PELUANG PENGEMBANGAN HIDROGEN SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF DI INDONESIA
Kurniawan 1 Nur Endah Eny Sulistyawati 1 , Abdul Hamid Budiman 1
PELUANG PENGEMBANGAN HIDROGEN SEBAGAI ENERGI
KONDISI KELISTRIKAN
Peraturan Pemerintah No 79 Tahun 2014 tentang Kebijakan Energi Nasional (KEN) dan Peraturan Presiden No. 22 Tahun 2017 tentang Rencana Umum Energi Nasional (RUEN) menyebutkan bahwa target kontribusi energi baru dan terbarukan dalam bauran energi nasional adalah sebesar 23% pada tahun 2025 dan sebesar 51% pada tahun 2050. Kapasitas pembangkit listrik dalam negeri baik milik PLN maupun perusahaan lainnya pada tahun 2017 mencapai 61 GW, dan 46% merupakan pembangkit listrik berbahan bakar batubara, 12% pembangkit listrik berbasis energi baru dan terbarukan seperti pembangkit listrik mini/mikro hidro, panasbumi, surya serta angin sedangkan sisanya merupakan pembangkit listrik berbasis minyak dan gas bumi.
Dengan asumsi pertumbuhan ekonomi dan populasi penduduk meningkat serta target rasio elektrifikasi sebesar 100% pada tahun 2025 maka kebutuhan listrik nasional diproyeksikan meningkat lebih dari enam kali lipat dari tahun 2017 sebesar 226TWh atau menjadi sekitar 1.471 TWh di tahun 2050.
Pada tahun 2019, Presiden mengesahkan Peraturan Presiden Nomor 55 Tahun 2019 tentang Percepatan Program Kendaraan Bermotor Listrik Berbasis Baterai untuk Transportasi Jalan. Hal ini diharapkan dapat memberikan iklim investasi yang baik bagi industri aki listrik sebagai komponen utama kendaraan listrik. Kunci sukses kendaraan listrik 60% terletak pada komponen
baterai. Selain itu, komponen utama pendukung
kendaraan listrik adalah tersedianya Stasiun Pengisian Listrik Umum (SPLU) dalam jumlah cukup sehingga tidak menyulitkan pengguna dalam mengisi ulang kendaraan listriknya. Saat ini Indonesia sudah tidak asing lagi dengan beberapa jenis kendaraan listrik seperti hybrid, plug-in hybrid, baterai dan fuel cell. RUEN menargetkan 2.200 unit mobil listrik akan dikembangkan pada tahun 2025, dengan asumsi ini jumlah mobil listrik di tahun 2025 sebanyak 20.000 unit dan akan meningkat menjadi 35,5 juta unit mobil listrik di tahun 2050. Sejalan dengan permintaan mobil listrik, maka kebutuhan listrik pada tahun 2025 akan meningkat menjadi 36,9 GWh dan 46,3 TWh pada tahun 2050. Produksi listrik tumbuh rata-rata 6% per tahun dari 255 TWh menjadi 1.581 TWh. Kendaraan listrik akan mengurangi kebutuhan bahan bakar minyak mobil dari 498 juta BOE menjadi 385 juta BOE, turun sekitar 22,7% pada tahun 2050. Dalam 33 tahun berikutnya akan ada pergeseran dominasi listrik dari sektor rumah tangga menjadi sektor industri.
HIDROGEN
Hidrogen merupakan unsur paling melimpah di alam, ditemukan pada banyak senyawa kimia, tetapi sebagai gas, hidrogen jarang terjadi secara alami. Produksi hidrogen skala besar memiliki potensi untuk memainkan peran penting dalam mengatasi perubahan iklim.
Hidrogen hadir dengan dua aspek, pertama hidrogen saat ini digunakan dalam berbagai proses industri. Produksi hidrogen menghasilkan emisi
karbon dioksida. Memproduksi hidrogen dengan Gambar 1. Bauran pasokan energi primer dan konsumsi energi final Indonesia menurut sektor termasuk biomassa
pada tahun 2018.
metode rendah karbon berpotensi mengurangi emisi tersebut. Kedua, menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar tidak menghasilkan karbon dioksida, hidrogen dapat digunakan untuk menggerakkan transportasi dan pada beberapa negara, hodrogen dapat mengurangi karbon dari beberapa sistem energi misalnya pada sistem pemanas. Konversi jaringan gas kota menjadi hidrogen dan penggunaaan hidrogen sebagai bahan bakar pada kendaraan fuel cell dapat menurunkan emisi gas rumah kaca dan polusi udara. Mayoritas hidrogen dihasilkan dari metana, menggunakan steam methane reformers (SMRs) dengan meledakkan gas alam pada suhu tinggi dan uap bertekanan tinggi. Hal ini merupakan proses intensif energi yang membutuhkan bahan bakar fosil dan menghasilkan limbah karbon dioksida, sehingga penggunaannya terbatas untuk dekarbonisasi sistem energi. Hidrogen juga dapat dihasilkan dari air dengan elektrolisis menggunakan listrik terbarukan berbiaya rendah, hidrogen yang dihasilkan adalah bahan bakar tanpa karbon, metode ini diharapkan memainkan peran yang semakin penting di masa depan.
Produksi Hidrogen
Energi terbarukan yang tidak sewaktu- waktu dapat langsung digunakan seperti matahari dan angin, dapat dimanfaatkan secara ekonomis untuk menghasilkan hidrogen untuk konsumsi.
Hidrogen berpotensi dapat bertindak sebagai perantara energi karena produksi hidrogen dapat menggunakan listrik atau panas, atau keduanya.
Upaya penelitian dan pengembangan di bidang ini seperti misalnya sistem modular, konsep terukur untuk sistem produksi hidrogen yang dapat dikirim, pengiriman dan penyimpanan hidrogen, dan pencairan sedang dilakukan. Proton Exchange Membrane (PEM) merupakan teknologi yang ideal untuk memproduksi energi yang dihasilkan dari angin dan tenaga surya yang dihasilkan secara tidak teratur sepanjang hari, karena dapat dengan cepat dinyalakan dan dimatikan tanpa perlu
pemanasan awal. Elektroliser dapat diintegrasikan dengan jaringan dengan cara mengaktifkannya dan mengkonsumsi daya berlebih di siang hari (surya) atau malam (angin), hal tersebut mampu menjaga stabilitas jaringan sekaligus dapat memproduksi hidrogen secara ekonomis.
Teknologi elektrolisis berpotensi besar untuk ditingkatkan dan digunakan untuk memanfaatkan kelebihan energi terbarukan untuk memproduksi hidrogen secara cepat seperti proses steam methane reformers sebagai penyimpanan energi.
Memproduksi hidrogen dalam jumlah besar tidak sesederhana menaikan arus listrik karena pengoperasian elektroliser merupakan pertukaran efisiensi energi dan produksi dari sistem energi yang berlebih.
Studi terkait keekonomian elektrolisis PEM dari EBT angin di Jerman menyebutkan bahwa biaya elektrolisis menurun sekitar 60 % sejak tahun 2010, dari USD 10 - 15/kg hidrogen menjadi 4 USD (Hydrogen council, 2020).
Penyimpanan Hidrogen
Integrasi EBT yang energinya tidak didapatkan setiap saat seperti energi surya dan angin adalah menyediakan energi dan kemudian menyimpan energi sehingga dapat digunakan pada saat terjadi kekurangan pasokan energi.
Teknologi untuk menyimpan energi untuk jangka waktu yang lama telah diteliti selama bertahun- tahun, tidak hanya penyimpanan detik demi detik atau per jam, tetapi setiap hari bahkan setiap bulan untuk memastikan variasi jangka panjang pada energi surya dan angin. Baterai, kapasitor, dan roda gila serta penyimpanan energi udara terkompresi, tidak akan cukup untuk melakukannya. Solusi dengan kapasitas penyimpanan dalam terawatt-jam belum tercapai.
Sistem penyimpanan energi baterai (BESS) memang bagus tetapi sangat bergantung pada sumber daya yang pada langka dan mahal.
Penyimpanan hidrogen dalam waktu lama adalah sesuatu yang dapat dilakukan baik dalam skala
a. b c d
Gambar 2. Penelitian yang pernah dilakukan dan sedang dikerjakan badan pengkajian dan penerapan teknologi
kecil maupun besar, dengan menggunakan teknologi yang ada. Hidrogen memiliki energi per massa tertinggi dari semua bahan bakar, oleh karena itu diperlukan pengembangan metode penyimpanan canggih yang memiliki potensi yang sesuai dengan wilayah dan kebutuhan listrik di Indonesia.
Distribusi dan Pasar Hidrogen
Industri hidrogen telah banyak tersedia dan sektor industri telah menggunakan hidrogen sebagai bahan baku selama puluhan tahun.
Hidrogen di pasar bahan baku memiliki nilai perkiraan total sebesar USD 115 miliar dan diperkirakan akan terus bertambah secara signifikan di tahun-tahun mendatang, mencapai USD 155 miliar pada tahun 2022 (IRENA, 2018).
Selain pasar hidrogen dari fosil, pasar internasional untuk hidrogen yang berasal dari EBT juga telah berkembang, misalnya di Australia dan Jepang. Hidrogen dihasilkan dari kelebihan listrik EBT yang kemudian disimpan, digunakan ataupun didistribusikan. Penggunanya merupakan industri langsung yang membutuhkan
gas hidrogen dalam produksinya, ataupun dapat juga generator berbasis hidrogen yang menjadi generator pusat atau pembangkit distribusi.
Pilihan untuk secara langsung melakukan valorisasi hidrogen dari energi terbarukan adalah menjualnya sebagai bahan bakar pengganti atau untuk kendaraan berbasis hidrogen (FCEV). Pada tahun 2012, Audi mulai membangun e-gas yang memproduksi metana buatan dari karbondioksida dan hidrogen. CO2 dihasilkan dari pembangkit biogas dan hidrogen diproduksi secara langsung.
Untuk memudahkan distribusi, gas hidrogen dapat disalurkan melalui infrastruktur jaringan pipa gas alam yang ada sehingga aplikasinya terintegrasi dengan sistem yang lain. Telah ada pembangkit turbin gas siklus gabungan (CCGT) skala besar yang digunakan untuk pembangkit listrik dari gas alam, pada tahun 2010 Italia meresmikan CCTG berbahan bakar hidrogen murni 12 MW 100% di Fusina, dekat Venesia.
Saat ini Indonesia membangun green refinery yang memproses minyak sawit atau crude palm oil (CPO) menjadi green diesel dari hidrogen murni, yaitu hydrotreated vegetable oil (HVO) Gambar 3. Ilustrasi inetgrasi jaringan energy masa depan
Gambar 3 Ilustrasi jaringan energi terintegrasi masa depan
SYSTEM OPERATION SYSTEM OPERATION SYSTEM OPERATION
TRANSMISSION DISTRIBUTION
ELECTRICITY
TIDAL, HYDRO, SOLAR FARM, WIND, COAL
HYDROGEN NATURAL GAS
LARGE INDUSTRY
GAS THERMAL POWER
CCGT CHP
ELECTROLYIS
ELECTRICITY SOLAR PANELS,
DATA CENTER, STORAGE,
TRANSPORT:
FUELCELL CAR, PHEV, EV, ELECTRIC
POWERED PUBLIC TRANSPORT EXPORT/IMPORT
BIO METHANE PRODUCTION STEAM METHANE
REFORMER CYBER SECURITY
HEAT NETWORK
WASTER TO ENERGY PLANT MICROGRID
THERMAL STORAGE
dengan kapasitas 20000 barel/hari dan diharapkan dapat beroperasi pada tahun 2024 serta meningkat hingga 160 juta barel/hari pada tahun 2050.
Gambar 2 merupakan beberapa penelitian di bidang fuel cell dan produksi hidrogen di Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi sudah dirintis sejak tahun 2006 dimulai dengan penelitian fokus pada material komponen fuel cell, kemudian berkembang pada produksi biohidrogen menggunakan fermentor dengan bahan baku limbah tandan kosong kelapa sawit.
Sedangkan di Balai Besar Teknologi Konversi Energi sendiri telah melakukan pembuatan prototype produksi hidrogen menggunakan panel surya dan pem elektrolizer dengan kapasitas hidrogen 14L/m (gambar 2.a), selain itu melakukan penelitian aplikasi fuel cell untuk pendingin di Baron Techno Park - Yogyakarta, backup power di Kawasan Puspiptek Serpong (gambar 2.b) dan juga aplikasi pada kendaraan listrik roda dua menggunakan fuel cell kapasitas 500W. Penelitian terbaru ditahun 2020 yaitu prototype konversi Battery Electric Vehicles (BEV) menjadi mobil fuel cell yang saat ini masih terus dikembangkan (gambar 2. c dan d).
Jaringan Terintegrasi
Hal terakhir dan terpenting adalah jaringan yang terintegrasi, dimana pasokan dan kebutuhan dapat berkomunikasi satu dengan lainnya sehingga tercipta harmonisasi dan menjadi lebih efektif dan efisien. Di masa yang akan datang peranan teknologi informasi dan kecerdasan buatan akan sangat dibutuhkan untuk mencapai tujuan (gambar 3). PLN serta perusahaan energi di masa yang akan datang nantinya memasang smart meter di setiap rumah dan komersial. Smart meter, small scale batteries dan peralatan pintar lainnya terkoneksi pada internet of things (IoT). Jaringan yang terintegrasi juga melibatkan sektor rumah tangga dan komersial untuk berperan lebih aktif pada sistem manajemen energi, distribusi energi dan penggunaan kendaraan listrik sehingga dapat merevolusi bagaimana energi diproduksi dan digunakan. Konsumen individu seperti pemilik kendaraan dapat memperoleh layanan jasa secara virtual. Gambar di atas merupakan ilustrasi teknologi jaringan yang dapat diterapkan di Indonesia, meskipun dijalankan secara mandiri namun semua sistem operasi saling berkomunikasi untuk memastikan semua permintaan terpenuhi dan keamanan jaringan tetap terjaga.
KESIMPULAN
Dimasa depan diharapkan seluruh sistem energi di dunia akan bertransisi menuju ekonomi rendah karbon, Indonesia sebagai negara dengan pertumbuhan penduduk yang tinggi membutuhkan pasokan energi yang berkelanjutan untuk kebutuhan saat ini dan masa depan. Untuk memenuhi kebutuhan dan mencapai ketahanan energi yang berkelanjutan, sumber energi terbarukan merupakan pilihan terbaik untuk memenuhi kebutuhan energi tersebut. Sebagai negara kepulauan satu pulau membutuhkan solusi khusus untuk setiap daerah dan tidak mungkin teknologi yang sama diterapkan di daerah atau pulau lain. Untuk mencapai tujuan nasional tersebut seluruh pemangku kepentingan dapat menyatukan visi dan misi dalam rangka menjaga ketahanan energi dan menjaga kedaulatan nasional seiring dengan kelestarian lingkungan.
Tantangan lain yang harus diselesaikan adalah:
- Infrastruktur produksi hidrogen terpusat dan terdesentralisasi akan membawa pendekatan yang berbeda disesuaikan dengan sumber daya yang tersedia.
- Penyebaran di luar jaringan akan cenderung ke arah penggunaan energi terbarukan dengan fasilitas produksi di lokasi untuk mengurangi biaya distribusi.
- Biaya modal elektroliser harus serendah mungkin untuk realisasi ekonomi berbasis hidrogen.
- Diperlukan inovasi, riset dan inovasi berkelanjutan yang didukung oleh kebijakan dan strategi jangka panjang.
REFERENSI
Ira Fitriana ... [et al.]. (2017). Outlook Energi Indonesia 2017. Jakarta: Pusat Teknologi Sumber Daya Energi dan Industri Kimia.
Agus Sugiyono ... [et al.. (2019). Outlook energi Indonesia 2019. Jakarta: Pusat Pengkajian Industri Proses dan Energi.
ENERGY OFFICE of ENERGY EFFICIENCY
& RENEWABLE. (2020, April 03).
https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydr ogen-storage. Retrieved from
https://www.energy.gov/
ESDM. (2018). Handbook of Energy and Economic Statistics of Indonesia. Jakarta:
Pusat Data dan Teknologi Informasi, Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral.
fuelcelltoday. (2013, May). Retrieved from fuelcelltoday.com:
http://www.fuelcelltoday.com/
Hydrogen Council (2020), “ Path of hydrogen competitivness: A cost perspective.
Retrieved from :
https://hydrogencouncil.com/wp- content/uploads/2020/01/Path-to- Hydrogen-Competitiveness_Full-Study- 1.pdf
Hutapea, M. (2016). Solusi listrik off-grid berbasis energi terbarukan di Indonesia : kerangka regulasi dan program. Jakarta:
ESDM.
IRENA. (2018). Hydrogen From Energy Power:
Technology Outlook For The Energi Transition. Retrieved from
https://www.irena.org/-
/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2 018/Sep/IRENA_Hydrogen_from_renewab le_power_2018.pdf
Kurniawan. (2017). Strategi Peningkatan
Pemasaran Fuel Cell Catu Daya Cadangan pada PT. Cascadiant Indonesia. Pamulang:
Universitas Pamulang.
The Jakarta Post. (2017, December 7). Indonesia in energy crisis: Pertamina director.
Retrieved from
http://www.thejakartapost.com/news/2017/
12/07/indonesia-in-energy-crisis- pertamina-director.html
The Royal Society. (2018, January). Options for producing low-carbon hydrogen at scale.
Retrieved from royalsociety.org/low- carbon-energy-programme
Sesi Tanya Jawab:
Mengapa hidrogen disebut ramah lingkungan padahal untuk memproduksi hidrogen akan menghasilkan karbon dalam jumlah yang cukup besar?
Produksi hidrogen masih banyak yang menggunakan teknologi Steam reforming. Saat ini telah ada teknologi ramah lingkungan untuk memproduksi hidrogen yaitu dengan cara elektrolisa air menggunakan PEM elektroliser, dan untuk sumber energinya dapat menggunakan energi terbarukan yang bersifat intermittern seperti energi surya dan angin.