Alam semesta terdiri dari banyak komponen. Komponen yang paling vital yang mendasari komposisi alam adalah hidrogen, nitrogen dan oksigen. Hidrogen adalah komponen yang paling banyak di alam semesta, yaitu 75 % dari total keseluruhan komponen yang ada. Hidrogen adalah unsur yang paling sederhana. Sebuah atom hidrogen terdiri dari hanya satu proton dan satu elektron. Meskipun keberadaan hidrogen sangat melimpah, hidrogen secara alami selalu dikombinasikan dengan elemen lainnya. Seperti air misalnya, yang kita lihat setiap hari merupakan kombinasi antara hidrogen dan oksigen (H2O).
Selain air, hidrogen juga ditemukan di banyak senyawa organik, terutama hidrokarbon yang membentuk banyak bahan bakar, seperti bensin, gas alam, metanol, dan propana. Hidrogen dapat dipisahkan dari hidrokarbon melalui penerapan panas, prosesnya disebut reforming. Arus listrik juga dapat digunakan untuk memisahkan air ke dalam komponen oksigen dan hidrogennya melalui proses elektrolisis. Beberapa alga dan bakteri, menggunakan sinar matahari sebagai sumber energinya untuk mengeluarkan hidrogen dalam kondisi tertentu.
Hidrogen termasuk teknologi energi tinggi, mesin yang menggunakan hidrogen murni sebagai bahan bakar hampir tidak menghasilkan polusi. Sejauh ini yang telah menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar adalah NASA. NASA telah menggunakan hidrogen cair sejak tahun 1970an untuk mendorong pesawat luar angkasa dan roket lainnya ke orbit. Sel bahan bakar hidrogen menyalakan sistem kelistrikan pada pesawat luar angkasa dan menghasilkan produk samping yang bersih berupa air murni yang dapat diminum oleh crew pesawat.
Sel bahan bakar hidrogen secara langsung mengubah energi kimia dalam hidrogen menjadi listrik, dengan hasil samping berupa air murni dan panas yang masih berguna. Sel bahan bakar bertenaga hidrogen tidak hanya bebas polusi, tapi juga bisa memiliki dua hingga tiga kali efisiensi teknologi pembakaran tradisional.
* Pembangkit listrik berbasis pembakaran konvensional biasanya menghasilkan listrik pada efisiensi 35 %, sementara sistem sel bahan bakar hidrogen dapat menghasilkan listrik dengan efisiensi hingga 60 %.
* Mesin bahan bakar minyak pada mobil konvensional dalam mengubah energi kimiawi menjadi bensin yang menggerakkan kendaraan memiliki efisiensi kurang dari 20 % dalam kondisi mengemudi normal. Kendaraan sel bahan bakar hidrogen, yang menggunakan motor listrik, jauh lebih hemat energi dengan efisiensi hampir 60 % dibanding bahan bakar konvensional sehingga akan mengurangi konsumsi bahan bakar hingga 50 %. Selain itu, sel bahan bakar hidrogen beroperasi dengan tenang, tidak menimbulkan polusi suara, sehingga dapat digunakan dalam berbagai aplikasi.
Bagaimana Sel Bahan Bakar Hidrogen Bekerja?
Sel bahan bakar hidrogen terdiri dari elektrolit yang terjepit di antara dua elektroda, anoda dan katoda. Pelat bipolar di kedua sisi sel membantu mendistribusikan gas dan berfungsi sebagai penyalur arus. Dalam sel bahan bakar hidrogen juga terdapat Polymer Electrolyte Membrane (PEM) sebagai pemisah. Pertama, gas hidrogen mengalir melalui saluran ke anoda, kemudian bertemu katalis yang menyebabkan molekul hidrogen terpisah menjadi proton dan elektron.
Membran hanya dapat dilewati oleh proton (selektif terhadap proton). Sementara proton melalui membran dan berpindah ke sisi lain sel, arus elektron bermuatan negatif mengikuti saluran eksternal ke katoda. Aliran elektron ini lah yang menghasilkan arus listrik. Di sisi lain sel, gas oksigen (biasanya diambil dari udara luar) mengalir melalui saluran ke katoda. Ketika elektron kembali lagi setelah menghasilkan arus listrik, elektron bereaksi dengan oksigen dan proton hidrogen (yang telah bergerak melalui membran) di katoda untuk membentuk air. Persatuan ini merupakan reaksi eksotermik, menghasilkan panas yang bisa digunakan di luar sel bahan bakar.
Sel bahan bakar hidrogen merupakan teknologi yang menjanjikan untuk digunakan sebagai sumber panas dan listrik untuk bangunan, dan sebagai sumber tenaga listrik untuk motor listrik yang menggerakkan kendaraan. Sel bahan bakar yang beroperasi paling baik adalah sel bahan bakar hidrogen murni. Bahan bakar seperti gas alam, metanol, atau bahkan bensin dapat direformasi untuk menghasilkan hidrogen yang dibutuhkan untuk sel bahan bakar.
Dengan berbagai kelebihan sel bahan bakar hidrogen, yang membuat energi ini tidak lazim digunakan adalah karena harganya yang sangat mahal. Proses elektrolisis dan reformingyang digunakan untuk mengekstraksi hidrogen memerlukan biaya yang sangat tinggi. Banyak penelitian dan inovasi diperlukan untuk menemukan cara murah dan berkelanjutan untuk memanfaatkan bentuk energi ini. Selain mahal, penyimpanan hidrogen juga menimbulkan masalah yang komplikatif.