Menguraikan air menjadi hidrogen dan oksigen dapat dijadikan sebagai alternatif untuk penggunaan bahan bakar fosil, tetapi air murni adalah sumber daya yang berharga. Sebuah tim yang dipimpin Stanford Unversity kini telah mengembangkan sebuah cara untuk memanfaatkan air laut menjadi energi kimia.
Peneliti Stanford telah menemukan cara untuk menghasilkan bahan bakar hidrogen menggunakan tenaga surya, elektroda dan air laut dari San Francisco Bay.
Temuan ini, yang diterbitkan di Proceeding National Academy of Sciences, menunjukkan cara baru untuk memisahkan gas hidrogen dan oksigen dari air laut melalui listrik. Metode pemisahan air yang ada mengandalkan air yang sangat murni, yang merupakan sumber daya berharga dan mahal untuk diproduksi.
Hidrogen adalah pilihan yang menarik untuk bahan bakar karena tidak memancarkan karbon dioksida, kata Dai. Pembakaran hidrogen hanya menghasilkan air dan seharusnya meringankan permasalahan perubahan iklim yang semakin memburuk.
Dai mengatakan labnya menunjukkan bukti konsep dengan sebuah demontrasi, tetapi para peneliti akan menyerahkannya kepada produsen untuk meningkatkan dan memproduksi secara massal desain tersebut.
Mengatasi korosi
Sebagai sebuah konsep, penguraian air menjadi hidrogen dan oksigen dengan listrik yang disebut elektrolisis, adalah ide yang sederhana dan sudah lama: sumber daya terhubung ke dua buah elektroda yang ditempatkan di dalam air. Ketika listrik menyala, gelembung gas hidrogen keluar dari ujung negatif – disebut katoda – dan oksigen muncul di ujung positif – anoda.
Tetapi klorida yang bermuatan negatif dalam garam air laut dapat merusak ujung positif, sehingga membatasi umur sistem. Dai dan timnya ingin menemukan cara untuk menghentikan komponen-komponen air laut yang dapat merusak anoda yang ditenggelamkan ke dalam air laut.
Para peneliti menemukan bahwa jika mereka melapisi anoda dengan lapisan-lapisan yang kaya akan muatan negatif, lapisan-lapisan itu dapat menolak klorida dan memperlambat pelapukan logam yang mendasarinya.
Mereka melapisi nikel sulfida dengan nikel-besi hidroksida, yang mencakup inti dari busa nikel. Busa nikel bertindak sebagai konduktor – mengangkut listrik dari sumber listrik – dan hidroksida besi-nikel memicu elektrolisis, menguraikan air menjadi oksigen dan hidrogen. Selama elektrolisis, nikel sulfida berevolusi menjadi lapisan bermuatan negatif yang melindungi anoda. Sama seperti ujung negatif dari dua magnet yang saling berhadapan, lapisan bermuatan negatif mengusir klorida dan mencegahnya mencapai logam inti.
Tanpa lapisan bermuatan negatif, anoda hanya bekerja selama sekitar 12 jam di dalam air laut, menurut Michael Kenney, seorang rekan penulis utama dari makalah. “Seluruh elektroda akan hancur,” kata Kenney. “Tapi dengan lapisan ini, ia bisa berjalan lebih dari seribu jam.”
Studi sebelumnya yang mencoba mengurai air laut menjadi bahan bakar hidrogen telah menjalankan arus listrik dalam jumlah rendah, karena korosi terjadi pada arus yang lebih tinggi. Tetapi Dai, Kenney dan rekannya mampu menghantarkan listrik hingga 10 kali lebih banyak melalui perangkat multi-layer mereka, yang membantunya menghasilkan hidrogen dari air laut dengan kecepatan yang lebih tinggi.
“Saya pikir kita menetapkan rekor pada saat ini untuk menguraikan air laut,” kata Dai.
Anggota tim melakukan sebagian besar tes mereka dalam kondisi laboratorium terkontrol, di mana mereka dapat mengatur jumlah listrik yang masuk ke sistem. Tetapi mereka juga merancang mesin demonstrasi bertenaga surya yang menghasilkan gas hidrogen dan oksigen dari air laut yang dikumpulkan dari San Francisco Bay.
Dan tanpa risiko korosi yang disebabkan oleh air laut, perangkat ini cocok dengan teknologi saat ini yang menggunakan air murni. “Hal yang mengesankan tentang studi ini adalah bahwa kami dapat beroperasi pada arus listrik yang sama dengan apa yang digunakan dalam industri saat ini,” kata Kenney.
Di masa depan, teknologi tersebut dapat digunakan untuk tujuan selain menghasilkan energi. Karena proses ini juga menghasilkan oksigen untuk pernapasan, penyelam atau kapal selam dapat membawa perangkat ini ke dalam laut dan menghasilkan oksigen di bawah tanpa harus muncul ke permukaan laut untuk mencari udara.
Dalam hal mentransfer teknologi, “seseorang dapat menggunakan hanya elemen-elemen ini dalam sistem electrolyzer yang ada dan itu bisa sangat cepat,” kata Dai.
“Ini tidak seperti memulainya dari nol – lebih mirip memulainya dari 80 atau 90 persen.”
