Bateri kuasa ialah komponen kritikal teknologi moden yang menyimpan dan membebaskan tenaga, menjadikannya penting untuk telefon pintar, komputer riba, dan juga kenderaan elektrik.
Bateri kuasa telah melihat perkembangan terkini dari segi prestasi dan kecekapan. Salah satu kemajuan ini adalah permulaan sel bahan api hidrogen teknologi, yang semakin popular kerana potensinya untuk menyediakan tenaga mampan. Tidak seperti bahan api fosil konvensional, kuasa hidrogen ialah bahan api pengangkutan alternatif yang menghasilkan pelepasan sifar dan boleh diperbaharui.
Teknologi ini agak baru daripada kenderaan elektrik standard, yang telah mendapat daya tarikan sejak kebelakangan ini. Sejak 2015, hanya tiga syarikat kereta telah menjual kereta berkuasa hidrogen, dengan jualan tertinggi hanya lebih 10,700 dalam dua generasi. Tiga syarikat kereta ini ialah Hyundai, Honda, dan Toyota.
Terutama, syarikat media popular seperti CNN telah membuat laporan mengenai hidrogen. Sebagai contoh, salah seorang daripada mereka artikel terbaru mendedahkan rancangan antara RWE, salah satu pengeluar tenaga Jerman, dan firma tenaga negara Norway Equinox untuk membina loji kuasa bahan api hidrogen di Jerman dalam beberapa tahun akan datang, termasuk saluran paip untuk pengangkutan mereka.
Sekali lagi, satu lagi laporan meliputi kenyataan oleh syarikat penerbangan, Airbus, yang mengumumkan pembangunan enjin sel bahan api berkuasa hidrogen mereka secara terbuka sebagai sebahagian daripada inisiatif mereka untuk melancarkan pesawat sifar pelepasan menjelang 2035. Semua ini adalah usaha untuk memacu pertumbuhan teknologi.
Jadual Kandungan
Apakah teknologi sel bahan api hidrogen?
Kenderaan manakah yang boleh menggunakan teknologi kuasa hidrogen?
Apakah masa depan teknologi sel bahan api hidrogen?
Akhir fikiran
Apakah teknologi sel bahan api hidrogen?
Teknologi sel bahan api hidrogen menggunakan proses elektrokimia yang menukarkan tenaga kimia hidrogen dan oksigen kepada tenaga elektrik.
Ia dicapai dengan menggunakan timbunan sel bahan api, satu siri sel bahan api individu yang menghasilkan sejumlah kecil tenaga elektrik yang dijumlahkan untuk meningkatkan tenaga elektrik.
Prinsip penjanaan kuasa adalah berdasarkan tindak balas redoks hidrogen dan oksigen. Gas hidrogen dimasukkan pada anod manakala oksigen masuk melalui bahagian katod sel bahan api. Kedua-dua gas dipisahkan oleh elektrolit, yang membolehkan ion bercas positif melalui tanpa gas bercampur.
Seterusnya, hidrogen bersentuhan dengan mangkin yang diletakkan di anod dan dioksidakan untuk menghasilkan proton (ion hidrogen bercas positif) dan elektron (ion hidrogen bercas negatif). Proton melalui elektrolit ke katod, manakala elektron yang tidak boleh melalui elektrolit dipaksa untuk bergerak mengelilingi litar ke katod. Aliran ion inilah yang menghasilkan arus elektrik.
Di katod, pengurangan berlaku dengan oksigen, bertindak balas dengan proton dan elektron yang diterima untuk menghasilkan air. Jumlah tindak balas mengeluarkan tenaga elektrik melalui aliran ion-ion ini, sama ada digunakan untuk menggerakkan motor elektrik yang memacu kereta atau untuk mengecas sedikit bateri lithium-ion yang menjimatkan tenaga untuk digunakan nanti.
Bateri ini juga menangkap kuasa daripada sistem brek reformatif kenderaan dan menyimpan lebihan tenaga yang dikeluarkan daripada timbunan bahan api semasa pemanduan bertenaga rendah.
Kenderaan manakah yang boleh menggunakan teknologi kuasa hidrogen?
Teknologi kuasa hidrogen digunakan terutamanya dalam bas dan trak pada tahap aplikasi semasa. Walau bagaimanapun, penggunaannya sangat rendah kerana beberapa faktor, seperti kos yang tinggi dan infrastruktur yang terhad, menghalang pengembangan teknologi ini.
Namun begitu, kenderaan berkuasa hidrogen mempunyai faedah tertentu yang asing kepada rakan pembakaran mereka. Pertama, bas yang menggunakan bahan api hidrogen tidak mengeluarkan bahan pencemar berbahaya atau gas rumah hijau seperti yang dilakukan oleh kenderaan konvensional. Ini kerana proses kimia sel hanya membebaskan wap air dan haba sebagai hasil sampingan, menjadikannya alternatif bersih kepada bahan api fosil.
Selain itu, bas berkuasa hidrogen berjalan lancar dan senyap tanpa getaran atau bunyi bising, yang biasa berlaku pada kenderaan tradisional. Bateri HFC ini juga mempunyai ketumpatan yang lebih tinggi, jadi ia boleh bertahan lebih lama dan memberikan prestasi kenderaan yang lebih baik.
Pada masa penerbitan ini, kenderaan tenaga hidrogen biasa boleh bertahan selama 300-400 batu sebelum mengisi minyak, manakala kenderaan elektrik purata hanya bertahan selama 250 batu. Lebih-lebih lagi, masa mengisi minyak mereka hanya mengambil masa beberapa minit dan sangat rendah berbanding dengan kenderaan elektrik biasa, yang boleh mengambil masa beberapa jam untuk mengecas semula.
Malangnya, teknologi tenaga hidrogen mempunyai beberapa kelemahan. Walaupun bahan api hidrogen kelihatan mampan, pengeluaran dan penyimpanan hidrogen itu sendiri adalah lebih mahal daripada diesel dan petrol tradisional. Walaupun merupakan unsur yang paling banyak di alam semesta, hidrogen tidak pernah ditemui tulen.
Oleh kerana sifat atomnya, ia sentiasa digabungkan dengan unsur lain, yang sukar untuk dipisahkan. Sebagai contoh, mendapatkan tenaga hidrogen daripada gas asli (CH4) memerlukan kuasa yang besar untuk "meretak" dan membebaskan CO2 sebagai hasil sampingan.
Akibatnya, kecekapan proses pembuatan perindustrian adalah agak rendah, yang bermaksud lebih banyak tenaga diperlukan untuk menghasilkan dan menghantar bahan api daripada tenaga yang akan disediakannya. Ini membawa kepada persoalan sama ada ia benar-benar mampan.
Selain itu, terdapat sangat sedikit stesen mengisi minyak hidrogen, yang tidak menggalakkan pemandu untuk memulakan perjalanan jauh. Contohnya, statistik menunjukkan bahawa bilangan stesen mengisi minyak hidrogen di California adalah hanya 60. Sementara itu, gas tradisional mempunyai lebih daripada 100,000 stesen mengisi minyak yang dibangunkan dengan baik di seluruh negara.
Kos bahan api hidrogen juga tinggi dari AS$ 10 hingga AS$ 17 berbanding stesen minyak yang berkisar antara AS$ 5 hingga AS$ 8.50 segelen. Selain itu, terdapat kebimbangan keselamatan tentang sama ada stesen mengisi minyak hidrogen adalah munasabah kerana hidrogen boleh menjadi sangat mudah terbakar jika tidak dikendalikan dengan sewajarnya.
Apakah masa depan teknologi sel bahan api hidrogen?
Di sebalik kelemahannya, permintaan untuk kenderaan berkuasa hidrogen mungkin meningkat dalam beberapa tahun akan datang kerana masalah pencemaran udara dan perubahan iklim terus berkembang. Peningkatan ini disebabkan oleh status pelepasan sifarnya yang memenuhi keperluan peralihan kepada pilihan pengangkutan yang lebih bersih.
Begitu juga, kemajuan teknologi dijangka meningkatkan kecekapan, keberkesanan kos dan kebolehpercayaan sel bahan api hidrogen, menjadikan kenderaan berkuasa hidrogen lebih menarik dan mampu dimiliki oleh pengguna.
Syarikat kerajaan dan swasta juga melabur dalam membina lebih banyak infrastruktur, seperti stesen mengisi minyak. Oleh itu, orang ramai lebih cenderung untuk menggunakan kenderaan berkuasa hidrogen pada tahun-tahun berikutnya.
Tetapi bukan itu sahaja. Dengan krisis tenaga semasa yang menjulang di seluruh dunia, kerajaan sedang mengejar strategi masa depan dengan pantas. Akibatnya, mereka melabur dalam LNG dan infrastruktur gas asli baharu, memberi laluan kepada pelaksanaan tenaga hidrogen bersih pada masa hadapan.
Jika semua projek semasa berjaya dimulakan menjelang 2030, hidrogen karbon rendah boleh meningkatkan sehingga 16-24 Mt setiap tahun. Berdasarkan ramalan ini, hidrogen hijau daripada elektrolisis akan menyumbang 9-14 Mt, manakala hidrogen biru akan menyumbang 7-10 Mt.
Walau bagaimanapun, sektor tenaga hidrogen secara berterusan mengalami rangka kerja kawal selia yang tidak konsisten, ketidakpastian tentang permintaan masa hadapan dan kekurangan peralatan untuk mengangkut sel bahan api hidrogen. Malangnya, hanya 4% daripada projek baharu telah mencapai keputusan pelaburan muktamad atau sedang dalam kerja.
Walaupun kapasiti elektrolisis tahunan tahun ke tahun 2022 dinaik taraf kepada 8 gigawatt, ia boleh mencapai 60 gigawatt setiap tahun menjelang 2030 jika semua projek baharu mencapai kemajuan. Lebih penting lagi, mungkin terdapat potensi penurunan harga sebanyak 70% menjelang 2030 jika kapasiti pembuatan meningkat—kesannya akan serupa dengan kejatuhan harga yang tidak dijangka yang membantu meningkatkan pertumbuhan tenaga solar dan angin.
Walaupun masa depan kelihatan menjanjikan, adalah perlu untuk ambil perhatian bahawa pengeluaran hidrogen bersih tidak bergerak cukup pantas untuk mencapai Pelepasan Sifar Bersih IEA menjelang 2050. Atas sebab ini, sektor ini memerlukan tindakan segera untuk menggalakkan insentif dan pelaburan yang lebih besar untuk meningkatkan bekalan dan permintaan bagi tenaga hidrogen karbon rendah harga premium.
Akhir fikiran
Kenderaan berkuasa hidrogen sememangnya merupakan ciptaan yang menjanjikan. Walaupun teknologi ini masih di peringkat awal, ia sudah pasti berpotensi untuk mencipta penyelesaian yang berdaya maju dan mampan kepada krisis perubahan iklim.
Artikel ini memberikan cerapan tentang bidang baharu dan memberi inspirasi ini, dan walaupun dengan pelbagai halangan, industri pengangkutan boleh optimis tentang kesan teknologi ini dalam masa terdekat.
