- Hidrogen merupakan bahan bakar roket karena ringan dan mampu menghasilkan tenaga yang besar
- Ada dua macam mesin berbahan bakar hidrogen, mesin kombusi internal dan mesin elektrik dengan aliran listrik yang dihasilkan dari fuel cell (sel bahan bakar)
- Pada mesin kombusi internal, bahan bakar hidrogen memiliki rasio kompresi mesin yang jauh lebih tinggi dibandingkan mesin bahan bakar minyak (BBM)
- Sedangkan pada fuel cell, terjadi reaksi kimia antara hidrogen dan oksigen yang menghasilkan listrik untuk memberikan tenaga pada mesin elektrik
- Hasil dari penggunaan hidrogen pada kedua mesin adalah air (H2O) , namun pada jenis mesin kombusi internal menghasilkan sedikit nitrogen oksida (NOx) akibat dari proses pembakaran dengan suhu yang sangat tinggi
Hidrogen merupakan senyawa kimia paling ringan
Inilah yang menjadi salah satu alasan agensi pesawat luar angkasa seperti NASA menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar roket. Senyawa kimia ini memiliki kecepatan jarak tempuh api yang besar yang berarti memiliki kekuatan besar ketika bereaksi. Meskipun ringan, namun hidrogen memiliki volume yang besar. Untuk membawa 1 kg hidrogen membutuhkan ruang sebesar 14,1 L pada suhu ruangan (21°C) dan tekanan normal (1 atm). Sebagai pembanding, oksigen (O2) hanya membutuhkan 0,876 L per kilogram. Jadi, untuk menampung hidrogen dalam jumlah besar, dibutuhkan ruang, dalam hal ini, tangki yang besar pula.
Apakah kelebihan dari mesin bahan bakar hidrogen dibandingkan mesin BBM?
Kelebihan hidrogen terletak pada hasil pembuangan yang dihasilkan. Mesin BBM menghasilkan karbon dioksida (CO2) dan nitrogen oksida (NOx) yang menjadi sumber polutan. Selain itu, BBM merupakan sumber daya yang tidak dapat diperbaharui sehingga saat ini jumlahnya semakin terbatas.
Oleh karena itu, muncullah mesin dengan bahan bakar hidrogen yang ramah lingkungan. Seperti yang sudah disebutkan di atas, pembuangan yang dihasilkan berupa H2O atau air. Pada mesin kombusi internal, proses penghasilan tenaga yang dilakukan serupa dengan mesin pada umumnya. Sedangkan pada mesin fuel cell, terjadi reaksi kimia antara hidrogen dan oksigen yang menghasilkan listrik sebagai sumber tenaga. Meskipun begitu, mesin kombusi internal tetap menghasilkan nitrogen oksida dalam jumlah kecil akibat panas yang dihasilkan dari proses pembakaran.
Bagaimana hidrogen bereaksi pada mesin kombusi internal?
Hidrogen pada mesin kombusi internal menggantikan tugas dari BBM. Meskipun terdengar sederhana, namun ada hal lain yang perlu diperhatikan. Hidrogen membutuhkan rasio kompresi mesin yang jauh lebih tinggi dari pada BBM.
Menurut akun kanal Youtube Engineering Explained, rasio kompresi mesin BBM pada umumnya berada di kisaran 14,7:1 hingga 18,1:1. Pengecualian untuk mesin Mazda Skyactiv X yang mampu menembus 37:1. Angka yang semakin besar menunjukkan efisiensi mesin dan bahan bakar.
Pada mesin hidrogen, tingkat rasio kompresi berada di antara 34:1 hingga 180:1. Semakin besar rasio, maka tekanan yang diberikan semakin tinggi. Singkatnya, rasio komperasi ini adalah perbandingan volume silinder pada ukuran terbesar (piston berada pada posisi terendah) hingga ukuran terkecilnya (piston pada posisi tertinggi). Sebagai contoh, 8:1 dengan stroke (jarak tempuh piston dari atas ke bawah) berukuran sama, 8 cm. Pada posisi tertinggi piston (1 cm), maka volume silinder menjadi 1/8 dari ukuran normal. Bayangkan, jika stroke berukuran 8 cm, namun dengan rasio sebesar 160:1, maka akan ada jarak lebih sedikit atau hanya 0,05 cm.
Lalu, apa kaitan antara jarak yang lebih sedikit dengan hidrogen?
Sebelum masuk kesana, mari kita bahas mengenai angka oktan / RON (Research Octane Number). Semakin tinggi angka oktan, maka semakin besar tekanan / kompresi yang dibutuhkan untuk menghasilkan pembakaran. Mobil dengan performa tinggi biasanya memiliki kompresi mesin yang tinggi untuk menghasilkan tenaga yang besar dan efisien.
BBM untuk mobil dan motor di Indonesia memiliki RON di kisaran 90 (Pertalite) hingga 98 (Pertamax Turbo), sedangkan angka oktan bahan bakar hidrogen mencapai 120 hingga diatas 130. Jadi, bahan bakar hidrogen perlu mendapatkan kompresi / tekanan yang besar (dihasilkan dari jarak yang lebih sedikit / rasio yang semakin besar) untuk menghasilkan panas yang juga lebih besar agar terbakar. Dari kompresi tersebut, maka BBM akan terbakar pada suhu 230 hingga 280°C, sedangkan hidrogen akan terbakar pada +500°C. Ingat, semakin besar tekanan, maka akan menghasilkan panas yang semakin besar. Hasil dari panas yang besar ini akan meledakkan campuran udara dan bahan bakar yang menentukan power atau daya kuda dari mesin. Itulah mengapa mesin dengan bahan bakar hidrogen memiliki output atau keluaran tenaga yang jauh lebih besar dari BBM.
Pembahasan selanjutnya mengenai bahan bakar hidrogen ada di bagian kedua, 6 Hal Yang Harus Anda Pahami Dari Mesin Bahan Bakar Hidrogen (Bagian II)
JR Automotive Indonesia 