Menurut sekelompok peneliti dari University of Pennsylvania, kekuatan matahari, angin, dan laut akan segera bersatu untuk menghasilkan bahan bakar hidrogen yang ramah lingkungan. Tim mengintegrasikan teknologi pemurnian air ke dalam proyek eksperimental baru elektroliser air laut, yang menggunakan arus listrik untuk memisahkan hidrogen dan oksigen dalam molekul air.
Menurut Bruce Logan, profesor teknik lingkungan di Kappa dan profesor Universitas Evan Pugh, metode baru "pemisahan air laut" ini dapat memfasilitasi konversi energi angin dan matahari menjadi bahan bakar yang dapat disimpan dan portabel.
"Hidrogen adalah bahan bakar yang hebat, tetapi Anda harus mendapatkannya," kata Logan. - Satu-satunya cara berkelanjutan untuk melakukannya adalah dengan menggunakan energi terbarukan dan memproduksinya dari air. Anda juga perlu menggunakan air yang tidak ingin digunakan orang untuk keperluan lain, dan itu adalah air laut. Jadi Cawan Suci produksi hidrogen harus menggabungkan air laut, angin, dan energi matahari yang ditemukan di lingkungan pesisir dan laut."
Meskipun melimpah air laut, biasanya tidak digunakan untuk pemisahan air. Jika air tidak didesalinasi sebelum dialirkan ke elektroliser – langkah tambahan yang mahal – ion klorin dalam air laut berubah menjadi gas klorin beracun, yang merusak peralatan dan merembes ke lingkungan.
Untuk mencegah hal ini, para peneliti memasukkan membran semipermeabel tipis yang awalnya dirancang untuk memurnikan air dalam pengolahan reverse osmosis (RO). Membran reverse osmosis telah menggantikan membran penukar ion yang biasa digunakan dalam elektroliser.
"Gagasan di balik reverse osmosis adalah Anda memberikan tekanan yang sangat tinggi pada air, mendorongnya melalui membran dan menahan ion klorin," kata Logan.
Di dalam elektroliser, air laut tidak lagi terdorong melalui membran reverse osmosis, tetapi akan tertahan olehnya. Membran digunakan untuk memisahkan reaksi yang terjadi di dekat dua elektroda terendam - anoda bermuatan positif dan katoda bermuatan negatif - terhubung ke sumber daya eksternal. Saat listrik dihidupkan, molekul air mulai membelah di anoda, melepaskan ion hidrogen kecil yang disebut proton dan membentuk gas oksigen. Proton kemudian melewati membran dan bergabung dengan elektron di katoda untuk membentuk gas hidrogen.
Dengan dipasangnya membran reverse osmosis, air laut tetap berada di sisi katoda dan ion klor terlalu besar untuk melewati membran dan mencapai anoda, mencegah pembentukan gas klorin.
Namun dalam pemisahan air, seperti yang ditunjukkan Logan, garam lain sengaja dilarutkan ke dalam air agar konduktif. Membran penukar ion, yang menyaring ion dengan muatan listrik, memungkinkan ion garam melewatinya. Tidak ada membran reverse osmosis.
Karena pergerakan ion yang lebih besar dibatasi oleh membran RO, para peneliti perlu menguji apakah proton kecil yang bergerak melalui pori cukup untuk mempertahankan arus listrik yang tinggi.
Dalam serangkaian percobaan, para peneliti menguji dua membran reverse osmosis yang tersedia secara komersial dan dua membran penukar kation, sejenis membran penukar ion yang memungkinkan pergerakan semua ion bermuatan positif dalam sistem. Masing-masing diuji ketahanan membran terhadap pergerakan ion. Jumlah energi yang dibutuhkan untuk menyelesaikan reaksi juga dihitung, pembentukan gas hidrogen dan oksigen dipantau, interaksi dengan ion klorin dan kerusakan membran dianalisis.
Para peneliti baru-baru ini menerima hibah $300 dari National Science Foundation (NSF) untuk melanjutkan penelitian elektrolisis air laut. Logan berharap penelitian mereka akan memainkan peran penting dalam mengurangi emisi karbon dioksida di seluruh dunia.
Baca juga:
- TSMC: pada tahun 2021, salinan uji prosesor 3nm akan muncul
- Gravitasi menyebabkan keseragaman alam semesta