Kendaraan dan Mesin Pengguna Fuel Cell

Tugas 12

Kendaraan dan Mesin Pengguna Fuel Cell

Zaenal Abidin (4209100102)

Teknik Sistem Perkapalan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

1. Pendahuluan                                   

Sel bahan bakar (fuel cell) merupakan sel elektrokimia yang mampu mengkonversi bahan bakar (fuel) menjadi energi listrik. Sel ini dapat digunakan sebagai pembangkit listrik skala besar, maupun skala kecil, misalnya untuk keperluan rumah tangga, atau biasa disebut dengan microCHP (micro Combined Heat and Power) yang mampu menyediakan kebutuhan listrik dan panas bagi rumah tangga. Fuel cell juga dapat digunakan dalam bidang otomotif. Bahkan Brazil telah melakukan uji coba prototipe bus fuel cell pada tahun 2009, yang bahan bakarnya, yaitu hydrogen, diproduksi dari elektrolisis air pada suatu stasiun produksi gas hidrogen. Pada tahun 2003, Honda juga telah meluncurkan mobil berbahan bakar hidrogen dengan menerapkan teknologi fuel (Honda FCX). DeimlerChrysler di Eropa bahkan telah meluncurkan proyek Sarana Transportasi Kota yang bersih untuk Eropa (CUTE = Clean Urban Transport for Europa) akhir tahun 2001 berupa sejumlah bus berbahan fuel cell yang beroperasi di Amsterdam, Barcelona, Hamburg, London, Luxemburg, Madrid, dan Reykjavik (Islandia).

Berbeda dengan teknologi penghasil energi yang berbasis pembakaran, teknologi ini bersih, karena jika digunakan hidrogen sebagai bahan bakar, maka tidak akan dihasilkan karbon dioksida (CO₂) sebagai hasil samping produksinya. Sedangkan jika digunakan bahan bakar hidrokarbon, yang bersumber dari bahan bakar fosil, maka karbon dioksida masih akan diproduksi, tetapi dengan kuantitas yang jauh lebih rendah dibandingkan karbon dioksida yang dihasilkan oleh mesin penghasil energi yang berbasiskan teknologi pembakaran. Berkaitan dengan fleksibilitas bahan bakar yang bisa digunakan tersebut, fuel cell juga dinyatakan sebagai teknologi yang berkelanjutan, karena selain mengandalkan gas hidrogen murni sebagai bahan bakar, teknologi ini juga tetap bisa menggunakan bahan bakar fosil, seperti gas metana, butana, etanol, metanol dan sebagainya.

Gambar 1. Skema komponen-komponen penyusun fuel cell dan reaksi di dalamnya

Prinsip dasar kerja fuel cell pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwan Jerman bernama Christian Frederic Schonbein pada tahun 1838, dan dipublikasikan dalam suatu majalah ilmiah. Sketsa pertama dari fuel cell dibuat oleh Sir William Robert Grove tahun 1842 pada majalah ilmiah Philosophical Magazine and Journal of Science. Tahun 1955, seorang ahli kimia, W Thomas Grubb, yang bekerja pada Perusahaan General Electric, memodifikasi desain fuel cell dengan mengaplikasikan membran penukar ion-polistiren tersulfonasi. Tiga tahun kemudian, modifikasi dilanjutkan oleh Leonard Niedrach, dengan mendeposisikan platinum pada membran polistiren tersebut. Platinum tersebut berfungsi sebagai katalis (pemercepat reaksi) bahan bakar. Selanjutnya perusahaan General Electric bekerjasama dengan NASA dalam Proyek Gemini, yang merupakan proyek yang pertama kali mempergunakan fuel cell secara komersial.

Tahun 1959, seorang Insinyur Inggris Francis Thomas Bacon, berhasil mengembangkan fuel cell yang mampu menghasilkan daya 5 kW. Pada tahun yang sama, Harry Ihrig dan timnya mampu membuat fuel cell berdaya 15 kW. UTC Power merupakan perusahaan yang pertama kali memproduksi secara komersial fuel cell stasioner yang digunakan sebagai pembangkit energi cadangan pada rumah sakit, universitas-universitas, maupun gedung-gedung perkantoran. Sampai akhir 2009, UTC Power telah memasarkan fuel cell dengan produksi daya mencapai 400 kW. Perusahaan ini juga tetap mensuplai fuel cell untuk NASA, selain juga mengembangkannya sebagai sumber energi dalam bidang otomotif. Perusahaan ini pula yang pertama kali mendemonstrasikan fuel cell untuk otomotif, yang menggunakan membrane PEM (proton exchange membrane) yang mampu beroperasi pada kondisi beku.

Gambar 2. Beberapa contoh penggunaan fuel cell dalam kendaraan bermotor

Jenis-jenis fuel cell dapat dibedakan berdasarkan temperatur operasionalnya. Fuel cell yang dioperasikan pada temperatur kurang dari atau sampai 200 ^oC, contohnya yaitu PEMFC (proton exchange membrane fuel cell) dan DMFC (Direct methanol fuel cell). Kedua jenis fuel cell tersebut sudah dalam tahap komersial, tetapi risetnya masih berlanjut sampai sekarang dalam rangka meningkatkan efisiensinya. Fuel cell yang dioperasikan pada temperatur sedang, yaitu antara 600 ^oC – 800 ^oC, contohnya adalah MCFC (molten carbonate fuel cell) yang mampu menghasilkan daya sampai 100 MW dan DCFC (Direct Carbon Fuel Cell). Meskipun kedua jenis ini sudah sampai pada tahap komersial, risetnya juga tetap berlangsung dalam rangka peningkatan efisiensinya. Sedangkan fuel cell yang dioperasikan pada temperatur tinggi yaitu antara 850 ^oC – 1100 ^oC, adalah SOFC (solid oxide fuel cell). Kelebihan dari SOFC ini adalah tidak diperlukan keberadaan katalis dalam sistemnya, sehingga biaya produksinya dapat diturunkan, karena katalis merupakan material yang cukup mahal serta mudah teracuni oleh hasil samping reaksi dalam sel, yaitu karbon monoksida atau teracuni oleh kandungan sulfur dalam bahan bakarnya.

Salah satu jenis fuel cell yang cukup menarik adalah fuel cell yang menggunakan bakteri sebagai katalis. Tepatnya, menggunakan enzim dari bakteri tersebut sebagai katalis, dikarenakan enzim dari bakteri mikroba tersebut bersifat aktif secara elektrokimia, yaitu mampu mentransfer elektron-elektron ke material lain. Pada fuel cell jenis ini, yang biasa disebut dengan microbial fuel cell, bahan bakar dioksidasi oleh mikroorganisme di anoda, menghasilkan elektron-elektron dan proton-proton. Elektron-elektron ditransfer ke katoda melalui sirkuit eksternal, sedangkan proton-proton ditransfer ke katoda melalui separator membran.

Perkembangan teknologi yang menghasilkan sumber energi yang bersih dan dapat diperbarui sangat diperlukan saat ini, dengan tujuan utama mengurangi pelepasan karbon dioksida ke dalam atmosfir bumi yang berkontribusi besar pada pemanasan global. Bahkan, pemerintah Indonesia telah menjadikan hal tersebut sebagai salah satu kebijakannya yang tertuang dalam Peraturan Pemerintah RI tahun 2006. Dalam PP tersebut ditetapkan bahwa 5% dari konsumsi energi nasional harus merupakan sumber energi baru. Dewan riset nasional, pada tahun 2006 juga sudah mencanangkan bahwa pada tahun 2025, sel bahan bakar dengan kapasitas 250 MW harus sudah dikembangkan. Dengan perkembangan pesat riset-riset fuel cell di luar negeri, bahkan teknologi ini telah memasuki tahap komersial di negara-negara maju tersebut, terutama dalam bidang otomotif. Kita berharap bangsa Indonesia mampu secara mandiri mengembangkan teknologi ini sehingga tidak hanya menjadi pangsa pasar bagi produk-produk fuel cell dari Negara lain.

Saat ini para peneliti yang tergabung dalam konsorsium Fuel Cell Indonesia (FCI) telah menghasilkan prototype skala laboratorium pembangkit listrik tenaga (PLT) Fuel Cell dengan kapasitas 500 watt untuk pemakaian di rumah tangga. Penelitian-penelitian pembuatan komponen-komponen fuel cell telah dilakukan secara parsial di berbagai lembaga penelitian seperti LIPI, BPPT, Batan, ITB, UI, Lemigas maupun PLN. Selanjutnya, prototype PLT fuel cell tersebut akan dikembangkan untuk skala industri. Cetak biru produksi PLT fuel cell telah dibuat oleh konsorsium FCI dan telah ada industri yang tertarik untuk memproduksinya, yaitu Medco Energy. Dengan bantuan kebijakan dari pemerintah baik berupa pemberian insentif maupun keringanan pajak, diharapkan dapat menurunkan biaya produksi dan pembangkitan PLT fuel cell tersebut sehingga mampu bersaing dengan pembangkit listrik konvensional yang telah ada.

Gambar 3. PLTU Suralaya, Cilegon, Banten

Pengembangan selanjutnya adalah meningkatkan kandungan lokal dalam PLT fuel cell, antara lain pada bahan baku polimer dan oksida padat yang digunakan. Sedangkan gas hidrogen, sebagai bahan bakar fuel cell, keberadaannya melimpah di Indonesia. Dari PLTU Suralaya saja, gas hidrogen dihasilkan sebagai produk samping sebanyak 150 ton per hari, sedangkan yang dimanfaatkan kembali untuk pembangkitnya hanya 20 ton per hari. Dengan ketersediaan bahan bakar, bahan baku komponen fuel cell, serta para peneliti yang kompeten, maka selayaknyalah bangsa Indonesia menyandarkan harapan pada kelompok-kelompok riset di bidang fuel cell tersebut, baik yang berasal dari universitas-universitas, maupun lembaga-lembaga penelitian di Indonesia untuk mampu mengembangkan teknologi fuel cell sebagai pembangkit energi yang bersih, secara mandiri.

2. Mesin Fuel Cell

Untuk mengurangi kadar gas beracun, telah banyak dilakukan pengembangan pada motor

bakar dengan cara menghasilkan pembakaran yang lebih sempurna, penggunaan katalisator untuk gas buang, pemanfaatan kembali gas buang, dsb. Langkah alternatif lain yang dilakukan adalah mengganti motor bakar dengan jenis mesin atau peralatan penghasil

energi yang lain, seperti penggunaan batere, solar cell atau fuel cell

A.      Fuel Cell

Ada beberapa jenis fuel cell yang telah dicoba pada kendaraan, salah satu jenis yang paling

sesuai adalah Proton Exchange Membrane (PEM).

Gambar 4. Proton Exchange Membrane Fuel Cell

Jenis ini beroperasi pada temperatur yang rendah : 60 – 100 o C, dapat segera menghasilkan

energi tanpa harus menunggu pemanasan, bentuknya tidak terlalu besar karena memiliki

kepadatan energi yang tinggi(high density energy).

Fuel cell adalah alat yang mampu menghasilkan listrik arus searah. Alat ini terdiri dari dua buah elektroda, yaitu anoda dan katoda yang dipisahkan oleh sebuah membrane polymer yang berfungsi sebagai elektrolit.mMembran ini sangat tipis, ketebalannya hanya

beberapa mikrometer saja. Hidrogen dialirkan ke dalam  fuel cell yaitu ke bagian anoda, sedang oksigen atau udara dialirkan ke bagian katoda, dengan adanya membran, maka gas hidrogen tidak akan bercampur dengan oksigen. Membran dilapisi oleh platina tipis yang berfungsi sebagai katalisator yang mampu memecah atom hidrogen menjadi elektron dan proton. Proton mengalir melalui membran, sedang electron tidak dapat menembus membran, sehingga elektron akan menumpuk pada anoda, sedang pada katoda terjadi penumpukan ion bermuatan positif. Apabila anoda dan katoda dihubungkan dengan sebuah penghantar listrik, maka akan terjadi pengaliran elektron dari anoda ke katoda, sehingga terdapat arus listrik. Elektron yang mengalir ke katoda akan bereaksi dengan proton dan oksigen pada sisi katoda dan membentuk air. Reaksi kimia yang terjadi pada  fuel cell

Anoda  : 2H 2 ⇒  4H +  +4e -

Katoda : 4e          - + 4H +  + O2 ⇒  2H2O

Untuk mengalirkan hidrogen, oksigen atau udara ke dalam fuel cell, maka lapisan luar dari

cell ini dibuat dari lembaran  bipolar yang diberi kanal-kanal untuk lewatnya gas maupun air

pendingin agar temperatur fuel cell dapat selalu terkendali. Satu unit  fuel cell tidak terlalu besar, tebalnya ada yang hanya 2 mm, untuk menghasilkan energi yang cukup, maka beberapa fuel cell harus ditumpuk menjadi satu disebut fuel cell stack.

B.       Bahan Bakar

Untuk mendapatkan energi yang diolah oleh fuel cell, yaitu dari bahan baku gas hidrogen,

maka perlu diketahui berapa banyak gas hidrogen yang harus dibawa agar kendaraan dapat beroperasi sesuai dengan standar apabila menggunakan bahan bakar bensin atau solar.

Dari tabel 1 dapat dihitung berapa kebutuhan hidrogen untuk mendapatkan energi setara

dengan energi yang dihasilkan oleh bahan bakar fosil. Pada kondisi normal gas hidrogen mempunyai berat jenis sangat rendah: 

γH2 : 9.10-5kg/l.

Untuk memperoleh energi yang setara dengan bahan bakar bensin dibutuhkan gas hydrogen dengan volume sebesar 3000 kali lebih banyak, tetapi dari segi berat, hidrogen yang dibutuhkan hanya ¼ dari berat bensin

Tabel 1.  Energi yang Dihasilkan oleh Bahan Bakar

Permasalahan yang dihadapi pada kendaraan adalah menyangkut tangki bahan bakar. Apabila bahan bakarnya berupa gas hidrogen, maka harus disediakan jumlah yang sangat besar. Ini hanya dapat dilakukan dengan menggunakan tangki bertekanan, yang tentunya akan mempunyai dinding yang tebal dan katup pengaman. Selain itu juga perlu adanya kompressor untuk memasukkan ke dalam tangki. Apabila yang dibawa hidrogen cair, maka

akan timbul kesulitan karena harus dipertahankan pada temperatur -253,15o C pada tekanan 105 Pa. Dengan demikian membawa hidrogen dalam kendaraan untuk saat ini masih sangat problematis, tetapi sebagai gantinya dapat,digunakan bahan bakar lain misalnya methanol. Methanol cair mempunyai kepadatan energi dan berat jenis yang mendekati bensin, merupakan alternatif yang lebih baik untuk bahan bakar kendaraan, walaupun methanol masih menghasilkan CO2  yang sama dengan motor bakar yang menggunakan bensin menurut standar  Ultra-Low Emission Vehicle (ULEV), tetapi untuk kandungan gas beracun lainnya jauh lebih kecil (Grafik dibawah). Untuk mendapatkan gas hidrogen dari methanol dibutuhkan suatu proses melalui sebuah alat yang disebut  reformer, dengan proses ini dibutuhkan panas dan uap air dan hal ini akan menyebabkan menurunnya efisiensi bahan bakar.

Gambar 5. Komposisi Gas Buang untuk Motor Bakar dan Fuel Cell

C.      Konsep Desain Kendaraan

Pada desain kendaraan yang sangat menentukan adalah berat awal kendaraan, jarak tempuh, kecepatan dan percepatan. Berat awal kendaraan merupakan penentu untuk daya angkut. Kemampuan menempuh jarak tertentu tanpa harus mengisi bahan bakar juga merupakan kriteria. Kecepatan dan percepatan kendaraan akan menentukan daya yang dimiliki oleh kendaraan. Penghematan energi dan zero emission merupakan trend yang tidak dapat diabaikan lagi. Hal-hal di atas ini merupakan kriteria yang sangat menentukan

dalam memilih mesin penggerak kendaraan. Adanya kendala-kendala pada motor bakar, mengakibatkan perlunya dicari suatu sistem yang baru yang lebih baik dan menguntungkan untuk menggantikan motor bakar yang menggunakan  fossil fuel. Oleh karena suatu sistem yang baru tidak akan mungkin menggantikan sistem yang telah ada dalam waktu yang singkat, maka perlu ada suatu masa transisi, yang mampu menjembatani peralihan sistem tersebut, salah satu sistem yang pada waktu ini banyak diterapkan yaitu sistem hybrid, yang menggabungkan dua sistem ke dalam sebuah kendaraan, misalnya motor bakar dan batere sebagai sistem penggerak

Percobaan dengan menggunakan  fuel cell telah dilakukan dengan menggabungkan  fuel cell dengan batere. Kesulitan yang masih ada pada  fuel cell dapat teratasi dengan menggunakan batere sebagai sistem pengganti. Sistem hybrid ini walaupun memiliki kelebihan tetapi harganya menjadi mahal, karena sistemnya lebih kompleks. Untuk menggantikan suatu konsep teknologi yang sudah berjalan selama lebih dari satu abad dibutuhkan suatu pemikiran dan perencanaan yang sangat matang dan melalui pengujian-pengujian oleh semua pihak terkait. Desain pemanfaatan  fuel cell untuk kendaraan masih merupakan hal yang tergolong baru. Walaupun pengenalan teknologi ini bagi kendaraan sudah ada sejak 40 tahun, tetapi pelaksanaan yang benar-benar diikuti oleh semua pihak, baru berlangsung 8 tahun ini. Dengan diterapkannya sistem yang baru ini, maka beberapa komponen kendaraan masih harus diganti atau dikembangkan. Beberapa komponen yang mutlak diganti adalah komponen pada sistem bahan bakar, sistem motor, sistem pelengkapan penggerak(drive train), sistem kontrol, sistem pembuangan gas dan yang sangat menentukan adalah infrastruktur penunjang sistem ini

C.1 Tangki Bahan Bakar

Seperti telah disinggung sebelumnya untuk mengangkut hidrogen di dalam kendaraan ada

kendalanya. Hidrogen cair menuntut temperatur yang sangat rendah (-253oC), sedang gas hidrogen dengan  low density energy harus

dibawa dalam kondisi bertekanan agar dapat memberikan volume yang diharapkan. Tabung hidrogen yang bertekanan tinggi dalam volume yang cukup tentunya membutuhkan material yang memadai dilihat dari segi kekuatan maupun berat dan segi keamanannya. Hidrogen yang dibutuhkan oleh kendaraan sedan umum untuk menempuh jarak sejauh 560 km diperlukan 350 l dengan tekanan 25 Mpa. Mengangkut hidrogen sebanyak ini membutuhkan ruang yang cukup besar, ruang ini sebenarnya dapat digunakan untuk keperluan lain. Kendaraan seperti bis dan truk, memungkinan membawa bahan bakar sebanyak itu, tetapi harus diingat akan bahaya-bahaya yang mungkin terjadi. Apabila ada kebocoran, dapat terjadi ledakan karena adanya listrik static. Untuk mencegah hal ini, sistem harus dilengkapi dengan katup pengaman pada saat pengisian

C.2 Reformer

Untuk menghindari kendala yang ditimbulkan oleh hidrogen, maka dapat diganti dengan

methanol(methyl alcohol), yang mempunyaisifat cair pada kondisi lingkungan yang normal

(<64,5oC). Methanol dicampur dengan uap air didalam sebuah  reformer dan dengan adanya

katalisator akan terbentuk gas hidrogen yang diperlukan.Reaksi kimia dari methanol:

CH3OH + H2O ⇒  CO2 + 3H2

Methanol yang berbentuk cair pada temperatur udara normal memungkinkan untukditampung di dalam tangki dengan ukuran

standar kendaraan. Methanol bersifat asam,mudah terurai kalau bercampur dengan air dan

mudah menguap, sehingga memerlukan tangki khusus yang rapat. Dengan digunakannya  reformer untuk mendapatkan hidrogen, maka efisiensi menjadi
agak menurun. Apabila methanol dapat langsung digunakan tanpa memakai  reformer, seperti yang sedang dicoba oleh Daimler Chrysler, efisiensi tidak akan menurun.

C.3.  Sistem Penyaluran Bahan Bakar dan Udara ke Fuel Cell

Hidrogen yang terdapat di dalam tangki mempunyai tekanan 25 Mpa. Hidrogen ini disalurkan keluar melalui pipa dan katup pressure regulator yang akan menurunkan tekanannya hingga 1 Mpa. Gambar 6 adalah skema sistem suplai bahan bakar dari tangki ke  fuel cell  pada  Hybrid Electric Future Car yang didesain oleh Mechanical Engineering Department, Virginia Polytechnic Institute and State University, di Virginia, USA.

Gambar 6. Sistem Penyimpanan dan Suplai Hidrogen

Tekanan hidrogen yang masuk ke  fuel cell diatur sebesar 69 kPa(10 psi), dengan menggunakan pressure regulator kedua, diubahlah tekanan 1 MPa menjadi 69 kPa. Kelembaban hidrogen sebelum masuk  fuel cell harus dikendalikan, karena air yang masuk ke dalam  cell dapat merusaknya. Hidrogen sendiri harus memiliki kadar kelembaban tertentu pada saat masuk ke dalam cell. Hal ini dilakukan di dalam  humidification chamber yaitu dengan menyemprotkan kabut air pada aliran hidrogen. Berdasar percobaan pada  fuel cell, kelem-

baban yang diharapkan adalah 60% untuk temperatur operasi 60o C. Untuk mencegah masuknya air ke dalam fuel cell, maka sebelumnya dipasangi  water separator yang mampu

mengambil air dari aliran gas hidrogen. Selain sistem bahan bakar ini, masih ada beberapa sub sistem yang juga berperan dalam mengendalikan agar  fuel cell  selalu dalam keadaan yang baik. Sub sistem tersebut adalah sistem udara, sistem air yang deionisasi, system pendingin  fuel cell, dan sistem kelembaban hidrogen. Udara yang akan dipakai untuk bereaksi dengan proton dan membentuk air, harus mempunyai kelembaban dan temperatur tertentu. Gambar 7 menunjukkan skema proses suplai hidrogen, udara dan air, sebelum memasuki fuel cell. Selanjutnya ditampilkan pula pengaturan temperatur pada fuel cell.

Gambar 7. Skema Sistem Fuel Cell

C.4 Sistem  Thermal untuk Mengatur Temperatur Fuel Cell

Berhubung proses pembentukan energy listrik akan menimbulkan panas sebagai hasil sampingan  fuel cell, sedangkan panas yang berlebihan pada  fuel cell dapat merusaknya, maka panas ini harus disalurkan keluar. Dengan adanya pengaturan panas seperti yang tercantum pada gambar 3 yang menggambarkan secara skematis dan gambar 4 menunjukkan rangkaian komponen pengatur panas, maka temperatur  fuel cell dapat terkendali.

Gambar 8. Skema Sistem Pengaturan Panas

Air yang di “de-ionized” dipompa masuk ke dalam fuel cell dan mengambil kelebihan panas
yang terbentuk kemudian menuju ke  heat exchanger dan membuang panas tersebut. Selanjutnya air yang dingin masuk ke dalam reservoir. Karena reservoir selalu berisi air maka pompa tidak  akan kosong, sebagian air yang tidak masuk ke dalam  fuel cell akan dialirkan ke  de-ionizer untuk dibersihkan dan kembali ke reservoir. Hal ini diperlukan untuk menjaga kondisi fuel cell tetap prima dan tidak mudah rusak. Selain kondisi air yang perlu diperhatikan, temperatur dan kualitas bahan bakar maupun udara juga harus selalu dikontrol. Selain energi listrik,  fuel cell  juga mengeluarkan air dan panas. Kedua komponen

ini harus selalu dikeluarkan dari  fuel cell sebagai hasil pembuangan, sedang gas buang yang lain seperti halnya pada motor bakar biasa tidak ada.

C.5 Kelengkapan Penerus Energi (Drive Train)

Berbeda dengan motor bakar yang meng hasilkan energi mekanik, hasil energi dari  fuel

cell adalah listrik, sehingga bentuk kelengkapan penerus energi akan mengalami perubahan yang sangat drastis. Pada kendaraan konventional ada kopling dan  gear box yang memindahkan energi mekanik dari motor bakar ke poros roda, pada sistem yang baru ini

digunakan jenis komponen yang berbeda. Gambar 9 menunjukkan skema dari pada sistem bahan bakar, sistem fuel cell dan system kelengkapan penerus(drive train) pada sebuah truk Chevrolet Suburban yang dimodifikasi. Kendaraan Chevrolet yang telah dimodifikasi  menjadi  fuel cell hybrid electric truck,  mempunyai dua sistem penggerak yang menghasilkan energi listrik yaitu fuel cell dan batere.

Tabung hidrogen memberikan bahan bakar untuk  fuel cell  stack dan bereaksi dengan oksigen yang diperoleh dari kompresor udara. Energi listrik yang dihasilkan oleh  boost converter diteruskan menuju inverter motor dan oleh  transaxle diubah menjadi energi mekanik yang mampu memutar poros roda.

Gambar 9. Skema Sistem Bahan Bakar,  Fuel Cell dan Drive Train

Energi listrik dari fuel cell stack mempunyai tegangan 60 – 110 V sedang tegangan kendaraan yang lain 336 V, sehingga perlu ada suatu  interface, yang digunakan adalah  boost converter, selain itu  converter juga berfungsi sebagai beban dari fuel cell. Variasi beban yang diberikan oleh  boost converter sesuai kebutuhan, dapat memberikan peningkatan efisiensi dari sistem tersebut. Traction inverter adalah pengubah arus searah(DC) yang dihasilkan  fuel cell menjadi arus bolak balik(AC) yang digunakan untuk menggerakkan motor. Motor listrik ini akan menggerakkan system transaxle  dan mengubahnya menjadi tenaga penggerak mekanis yang dapat memutar poros roda. Untuk mengatur kendaraan, termasuk pengaturan kecepatan, pengereman, posisi jalan, berhenti, mundur, maju, netral, dilakukan

dengan menggunakan Vehicle Interface  Module (VIM), bahkan impuls untuk bermacam-macam sinyal seperti kondisi tegangan, temperatur, tekanan, speedometer, tachometer, dan

sebagainya diberikan dari VIM. Pada gambar 10 dapat dilihat posisi pengatur kendaraan untuk mengatur kecepatan dan perlambatan dihubungkan dengan komponen kendaraan yang lain. Gambar 11 dan 12 menunjukkan penempatan komponen-komponen pada kendaraan sedan dan truk.

Gambar 10. Skema Sistem Bahan Bakar,  Fuel Cell dan Drive Train

Gambar 11. Penempatan Komponen pada Truck

Gambar 12. Penempatan Komponen

Berhubung kendaraan-kendaraan ini adalah fuel cell  hybrid electric car dan – truk, maka menggunakan batere yang tentunya memakan tempat yang cukup luas. Pada sedan, berat dari batere itu sangat membebani kendaraan, sehingga kapasitas angkut akan berkurang. Masalah penting yang dihadapi oleh batere adalah waktu pengisian yang sangat lama

7. Kendaraan pengguna Fuel Cell

Fuel Cell Vehicle (FCV) yang didukung oleh sel bahan bakar, yang menghasilkan listrik dari hidrogen, yang tidak hanya ramah lingkungan dan sangat hemat energi, tapi juga dapat diproduksi dengan menggunakan berbagai bahan baku tersedia. Berkat karakteristik ini, bahan bakar kendaraan sel yang ideal untuk mencapai mobilitas yang berkelanjutan.

Prinsip Kerja
Pada  kecepatan jelajah yang stabil , motor ini didukung oleh energi dari sel-sel bahan bakar. Ketika Anda membutuhkan lebih banyak daya, misalnya saat akselerasi berat, output dari  baterai melengkapi sel bahan bakar. Sebaliknya, pada kecepatan rendah bila kurang diperlukan, kendaraan berjalan hanya pada baterai. Selama perlambatan fungsi motor sebagai generator untuk menangkap pengereman energi, yang tersimpan di baterai.
Salah satu mobil fuel cell Toyota yang sudah diperkenalkan ke publik adalah Toyota Highlander FCHV (Fuel Cell Hydrogen Vehicle). Mobil ini sudah teruji melakukan perjalanan jauh. Di Jepang, Toyota Highlander FCHV terbukti mampu melakukan perjalanan Tokyo-Osaka sejauh 560km dengan satu tangki hydrogen.
Sampai saat ini teknologi fuel-cell masih mahal karena teknologi yang dipakai dan fakta bahwa masih belum ada teknologi yang bisa menyimpan hydrogen dalam mobil agar mobil ini memiliki daya jelajah sejauh mobil konvensional.

Fuel Cell Daihatsu, Hasil Pengolahan Air Murni dan Hidrogen

Mesin dan motor penggerak listrik semuanya berada di bagian bawah, diklaim bakal kurang cocok di negara-negara yang biasa dilanda banjir. Karena akan berbahaya bagi pengendara

Salah satu teknologi masa depan yang dipamerkan oleh Daihatsu adalah mobil dengan prototipe fuel cell, berbahan bakar air dan hidrogen. Teknologi mobil listrik yang tergolong baru ini sudah pernah di pamerkan oleh Daihatsu tapi masih banyak yang perlu dikembangkan. Karena untuk bodi dan kerangka mobilnya sendiri belum ada.

“Sebenarnya mobil listrik konsep ini merupakan mobil yang telah mengadopsi teknologi masa depan dari Daihatsu. Kendati modelnya belum ada, namun sirkuit dan cara kerja mesin penghasil listrik yang menggerakkan motor traksinya sudah ada. Di Jepang sendiri mobil ini diprediksi baru akan dipopulerkan pada 2015 mendatang,” ungkap Satriyo Budi Utomo, Product Specialist & Product Planning Department, PT Astra Daihatsu Motor.

Cara kerjanya sendiri sebenarnya cukup kompleks, karena menggunakan bahan bakar hidrogen dan air distilasi. Yaitu air dan hidrogen yang dipompakan kedalam baterai utama, kemudian udara bertekanan juga di masukkan. Jalur udara bertekanan ini ada dua, yaitu udara dingin dan panas, yang berfungsi untuk menekan air distilasi dan hidrogen ke dalam kisi-kisi baterai utama.

Nah, dari baterai utama inilah tercipta arus listrik yang diperlukan untuk menggerakkan motor traksi roda depan. Selain mengalirkan tenaga listrik ke motor traksi, baterai utama juga menyisihkan tenaganya di baterai cadangan.

“Namun yang paling boros digunakan adalah air distilasi, karena inilah yang menciptakan arus listrik lebih banyak. Sementara penggunaan hidrogen tidak akan terlalu banyak. Karena menggunakan bahan bakar air, maka yang keluar melalui pipa pembuangannya nanti juga berbentuk tetesan air,” imbuh Satriyo kemudian.

Dengan sistem kerja tersebut, tentunya kendaraan listrik dari Daihatsu yang satu ini bakal lebih aman. Sayangnya harga hidrogen untuk saat ini masih cukup tinggi. Namun diperkirakan paling lambat tahun 2015, di Jepang mobil ini akan mulai di produksi. 

Kendaraan Bahan bakar sel

Dari tahun 2000 hingga 2005, 95 kendaraan berbahan bakar ringan sel ditempatkan di California dan bepergian lebih dari 220.000 mil di jalan California dan jalan raya. Mobil-mobil ini masih sedang diuji dan tersedia untuk armada sedikit dan konsumen.

Fuel cell bus sedang diuji di Transit Sun Line di Thousand Palms, Alameda-Contra Costa Transit (AC Transit), dan Santa Clara Valley Transportation Authority (Santa Clara VTA). Bus mulai beroperasi pada tahun 2005.

Selain itu, bus sedang diuji di District Sacramento Municipal Utility dan University of California di Davis.

kendaraan bertenaga hidrogen, kendaraan dengan bahan bakar alternatif yang menggunakan hidrogen sebagai bahan bakarnya.

Kendaraan ini mengubah energi kimia hidrogen menjadi energi mekanik baik itu hidrogen terbakar di mesin dengan pembakaran internal, ataupun dengan mereaksikan hidrogen dengan oksigen dalam sel bahan bakar untuk menjalankan motor listrik.

1. Aston Martin DBGT 2025

Mobil ini mampu melaju dengan bahan bakar yang berasal dari air setelah melalui proses elektrolisis, yang mengarah ke nol emisi. Aston Martin DBGT 2025 adalah salah satu desain mobil terbaik masa depan. Aston Martin tampak berkelas dan sangat menarik

2. Honda FC Sport

Perusahaan telah merilis FC Sport, yang merupakan design mobil sport berbahan bakar sel hidrogen yang pernah ditampilkan pada event di LA Auto Show. 

FC Sport didasarkan pada V-Flow Stack dari konsep FCX Clarity. Mobil ini menggabungkan high-power fuel cell stack, yang terletak di antara tempat duduk belakang, dan baterai cadangan diletakkan di tengah mobil.

3. BMW HR2 Hybrid Car

BMW juga mengembangkan mobil bahan bakar sel, dengan menggunakan teknologi mobil hibrida. BMW menjanjikan untuk meluncurkan versi dual-mode Seri 7 saat ini selama siklus produksi model ini, dengan demikian mobil pertama dari jenisnya dapat melaju dengan bahan bakar hidrogen dan bensin.

4. Jaguar C-XC

Jaguar C-XC hadir dengan sel drive berbahan bakar hidrogen yang terpasang di bawah permukaan salah satu kacanya, yang meliputi seluruh panjang mobil, ditambah dengan estetika Aerodynamic. 

Roda mobil juga ditutup untuk lebih meningkatkan sifat Aerodynamic. Selain didukung oleh mesin nol-emisi, bahan yang digunakan untuk membangun tubuh mobil memiliki dampak lingkungan yang minimal. Mobil dirancang bangun dari kulit sayuran dan daur ulang botol PET.

5. General Motors' HydroGen4

HydroGen4 menggunakan 440 sel hidrogen tunggal yang menggabungkan hidrogen dari serat dengan tangki penyimpanan karbon dan oksigen dari udara untuk menghasilkan listrik, yang kemudian mendorong mobil menghasilkan kecepatan maksimum 100 mph.

Mobil ini dari saat berhenti hingga melesat dengan kecepatan 62 mph hanya membutuhkan waktu 12 detik.

6. RT20

RT20 juga didukung oleh hidrogen cair. Dengan mesin V6 twin-turbo berbahan bakar hidrogen ini sangat menjanjikan kenyamanan dalam berkendara serta dilengkapi fitur-fitur keamanan yang lengkap. 

Suspensi pegas yang biasanya berbasis konvensional diganti dengan elektromagnet untuk respon yang lebih baik.

7. H2 Racer

Mobil dengan Zero-Emisi telah dirancang untuk pembalap tercepat di dunia yang berbahan bakar hidrogen pada tahun 2009. 

Selain bertujuan untuk memecahkan rekor, mobil ini juga telah dirancang untuk menunjukkan kekuatan bahan bakar bersih seperti hidrogen ke seluruh dunia.

Mobil ini didukung oleh mesin dengan pembakaran internal yang telah dimodifikasi untuk melaju dengan hidrogen. Dengan mesin yang ecofriendly, mobil ini diperkirakan mampu mencapai kecepatan lebih dari 170km / jam.

8. Mazda TONBO

Dirancang oleh Dedek Design dan Mazda Eropa, mobil dengan sel bahan bakar hidrogen ini dipastikan mengeluarkan air murni dari knalpotnya.

Sama halnya dengan Rinspeed Scuba, mobil ini juga dirancang dapat dikemudikan di air. Fitur lain yang inovatif dari mobil ini adalah penggunaan sistem parkir anti-perusak.

9. Ronn Motors Scorpion Roadster

Roadster yang didukung mesin bertenaga hidrogen / bensin yang tidak hanya memastikan emisi rendah, tetapi juga menjanjikan sensasi yang dikenal untuk sebuah supercar. Scorpion dilengkapi dengan body dengan tampilan berkelas dan futuristik.

10. Honda PUYO

Honda PUYO diaktifkan oleh sel bahan bakar hidrogen. Sebuah karya yang inovatif, dengan berbentuk kotak halus yang lembut dan memberikan ruang maksimum. Body yang seluruhnya hampir transparan menjadikannya berpenampilan paling unik.

Tak hanya untuk mobil, teknologi fuel cell masih berkembang secara luar biasa meskipun banyak kendala yang dihadapi. Berikut adalah contoh-contoh kendaraan yang berhasil diciptakan dengan menggunakan teknologi fuel cell:

Gambar 13. Perahu fuel cell pertama kali di dunia yang tersertifikasi. (HYDRA) di Leipzig/Jerman

Gambar 14. Toyota FCHV PEM FC fuel cell Vehicle

Gambar 15. Fuel Cell Bus oleh Mercedes Benz di London

7. Kesimpulan

Mengingat makin mendesaknya pencarian jalan keluar untuk mengatasi problem yang ditimbulkan oleh motor bakar yang menggunakan bahan bakar fosil, maka sudah sewajarnya kalau  fuel cell yang mampu menandingi motor bakar konvensional dari segi teknis, mendapatkan prioritas khusus untuk dipertimbangkan penggunaannya pada kendaraan. Berbagai jenis komponen kendaraan seperti tangki bahan bakar,  fuel processor,  drive train dan alat-alat kontrol untuk mengendalikan kendaraan nantinya akan menggantikan system yang lama, masih harus lebih banyak dikembangkan dan diteliti untuk mendapatkan hasil yang optimal. Hal ini akan terus dilakukan oleh para teknisi dan tenaga ahli lainnya

8. Referensi

http://www.1000guru.net/htmls/articles/Ed2-Kim-FuelCell.html

http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/ Suhada, hendrata. Fuel Cell Sebagai Pengganti Motor Bakar Pada Kendaraan. Universitas Kristen Petra: Surabaya

http://blogmechanical.blogspot.com/2011/08/prinsip-kerja-fuel-cell.html

http://adrian222.blogspot.com/2012/12/7-mobil-yang-menggunakan-air-sebagai.html

http://teknikfisika.wordpress.com/

http://anti-basabasi.blogspot.com/2011/08/10-mobil-terbaik-yang-menggunakan-air.html