Metode Kompresi Baru Tingkatkan Jangkauan Pesawat Terbang Hidrogen

Metode hidrogen terkompresi krio yang memiliki kerapatan lebih tinggi dibandingkan hidrogen cair untuk meningkatkan jangkauan pesawat berbahan bakar hidrogen. Hasilnya pesawat dapat terbang 40 persen lebih jauh dibandingkan hidrogen cair.

Pengembang pesawat berbahan hidrogen-listrik Inggris/Amerika Serikat (AS), ZeroAvia, telah mencetak sejarah pada 19 Januari 2023 lalu karena telah menerbangkan pesawat pertamanya dengan bahan bakar hidrogen yang mengeluarkan nol emisi karbon.

Sejauh ini ZeroAvia bermaksud untuk menggerakkan pesawat komersial tanpa emisi pada 2025. Lompatan terbaru yang dicapai adalah peningkatan jangkauan pesawat sebesar 40 persen dengan menggunakan hidrogen terkompresi terkompresi krio (cryo-compressed hydrogen/CcH2) yang memiliki kepadatan lebih tinggi dibandingkan hidrogen cair (H2)

ZeroAvia bekerja sama dengan perusahaan rintisan (startup) San Francisco, Verne, untuk menghadirkan bentuk hidrogen yang lebih padat energi ke sektor penerbangan yang bersih. H2 yang dikompresi dengan krio dapat mengurangi biaya, mempercepat pengisian bahan bakar, dan membuka jangkauan penerbangan 40 persen lebih jauh dibandingkan hidrogen cair kriogenik (cryogenic liquid hydrogen).

Bagi para ilmuwan, hidrogen selama sangat menyebalkan. Unsur ini sulit untuk disimpan dan diangkut, karena memerlukan suhu yang sangat dingin. Untuk memampatkannya diperlukan kompresi yang haus energi untuk menghasilkan volume yang berguna.

Namun jika dunia ingin mendekarbonisasi dunia penerbangan, hidrogen adalah satu-satunya pilihan bahan bakar yang sebenarnya. Ruang penyimpanan atau tabungnya mungkin tidak membawa energi sebanyak bahan bakar jet, namun memberi peningkatan kepadatan energi yang sangat besar dibandingkan dengan baterai litium.

Oleh karena itu, perusahaan seperti ZeroAvia bekerja sepanjang waktu untuk menguji dan memvalidasinya untuk digunakan pada pesawat komersial. Pada penerbangan uji, sel bahan bakar hidrogen gas sudah berjalan dengan baik dan benar.

Pada skala pesawat kecil pada tahun tersebut, ZeroAvia telah melakukan penerbangan berawak pertama dari sebuah pesawat yang menggunakan hidrogen cair. Penerbangan ini menawarkan masa depan bagi solusi generasi berikutnya yang akan meningkatkan jangkauan secara signifikan.

Laman ZeroAvia menyebutkan, ide hidrogen terkompresi krio (CcH2) telah ada selama lebih dari 25 tahun. Ini pertama kali diusulkan sebagai media energi kepadatan tinggi oleh Salvador Aceves di Lawrence Livermore National Labs. Sementara BMW menciptakan prototipe sistem CcH2 untuk mobil penumpang lebih dari 10 tahun yang lalu.

Cryomotive adalah salah satu dari sejumlah perusahaan yang kini ingin menghadirkannya manfaat bagi angkutan truk jarak jauh, menjanjikan jangkauan dan waktu pengisian bahan bakar diesel yang cepat dalam bahan bakar tanpa emisi yang menyimpan lebih dari 3.000 watt hour (Wh) per kilogram (kg).

Apa Itu "CcH2"?

CcH2 secara efektif menggabungkan pendinginan kriogenik yang digunakan untuk mencairkan hidrogen dengan beberapa kompresi yang digunakan untuk menyimpan gas hidrogen. Hidrogen cair memerlukan suhu di bawah 20 Kelvin (K) atau minus 253 derajat Celsius pada tekanan sekitar. Sementara itu gas hidrogen cenderung dikompresi hingga kisaran 700 bar pada suhu sekitar. Sedangkan CcH2 menghasilkan titik praktis di antara keduanya, dan dapat memberi kepadatan penyimpanan yang jauh lebih tinggi.

Menurut Henrietta W Langmi dan kawan-kawan, penyimpanan volumetrik hidrogen meningkat dari 70 gram per liter menjadi 87 gram per liter. Namun hal ini juga akan sangat mengurangi, atau bahkan hampir menghilangkan, kerugian akibat proses pendidihan yang sering terjadi pada penyimpanan H2 cair.

"Dan Anda dapat mengisi ulang dengan kecepatan transfer cairan, tanpa memerlukan peralatan kompresor bernilai jutaan dolar di setiap stasiun pengisian bahan bakar," tulis ZeroAvia pada laman resminya.

Seperti yang dijelaskan oleh Composites World, pengisian dapat menggunakan tangki yang jauh lebih ringan atau membuatnya dari bahan yang lebih murah, karena tidak perlu menangani tingkat tekanan 700 bar.

Ketika tidak ada pendinginan aktif di kendaraan, maka tangki berinsulasi mempertahankan suhu kriogeniknya dengan sendirinya. Hal ini karena setiap kali menggunakan bahan bakar, sisa bahan bakar mengembang ke dalam tangki dan termodinamika menurunkan suhu.

ZeroAvia telah melakukan nota kesepahaman dengan Verne yang bekerja dengan Lawrence Livermore National Labs tahun lalu untuk mendemonstrasikan sistem CcH2 yang berjalan pada tingkat tekanan dan suhu yang dirahasiakan. Hasilnya mampu menyimpan hidrogen 27 persen lebih banyak dibandingkan sistem H2 cair dengan ukuran yang sama.

Verne yakin mereka dapat meningkatkan teknologi CcH2 hingga kepadatan hidrogen yang dapat digunakan 40 persen lebih besar daripada hidrogen cair. Kini mereka bekerja sama dengan ZeroAvia untuk bersama mengevaluasi peluang CcH2 dalam penerbangan, serta menyelidiki infrastruktur berbasis darat yang diperlukan untuk pengisian bahan bakar cepat di bandara.

Akan menarik untuk melihat ke mana arah perkembangnya. Dalam sesi wawancara dengan Composites World, Tobias Brunner dari Cryomotive menjelaskan bahwa perusahaannya yakin penyimpanan CcH2 akan cocok untuk penerbangan, namun hanya untuk pesawat yang lebih kecil. hay/I-1