Apa Itu Hidrogen Hijau Dan Mengapa Kita Membutuhkannya

Saatnya tepat untuk memanfaatkan potensi hidrogen untuk memainkan peran kunci dalam mengatasi tantangan energi kritis. Keberhasilan teknologi energi terbarukan dan kendaraan listrik baru-baru ini telah menunjukkan bahwa kebijakan dan inovasi teknologi memiliki kekuatan untuk membangun industri energi bersih global.

Hidrogen muncul sebagai salah satu pilihan utama untuk menyimpan energi dari energi terbarukan dengan bahan bakar berbasis hidrogen yang berpotensi mengangkut energi dari energi terbarukan jarak jauh – dari daerah dengan sumber daya energi yang melimpah, ke daerah yang haus energi ribuan kilometer jauhnya.

Hidrogen hijau ditampilkan dalam sejumlah janji pengurangan emisi di Konferensi Iklim PBB, COP26, sebagai sarana untuk mendekarbonisasi industri berat, pengangkutan jarak jauh, pengiriman, dan penerbangan. Pemerintah dan industri sama-sama mengakui hidrogen sebagai pilar penting ekonomi nol bersih.

Green Hydrogen Catapult, sebuah inisiatif Perserikatan Bangsa-Bangsa untuk menurunkan biaya hidrogen hijau mengumumkan bahwa mereka hampir menggandakan tujuannya untuk elektroliser hijau dari 25 gigawatt yang ditetapkan tahun lalu, menjadi 45 gigawatt pada tahun 2027. Komisi Eropa telah mengadopsi seperangkat undang-undang. proposal untuk mendekarbonisasi pasar gas UE dengan memfasilitasi penyerapan gas karbon rendah dan terbarukan, termasuk hidrogen, dan untuk memastikan keamanan energi bagi semua warga negara di Eropa. Uni Emirat Arab juga meningkatkan ambisi, dengan strategi hidrogen baru negara itu bertujuan untuk memegang seperempat dari pasar hidrogen rendah karbon global pada tahun 2030 dan Jepang baru-baru ini mengumumkan akan menginvestasikan $3,4 miliar dari dana inovasi hijau untuk mempercepat penelitian dan pengembangan dan promosi penggunaan hidrogen selama 10 tahun ke depan.

Anda mungkin menemukan istilah 'abu-abu', 'biru', 'hijau' yang dikaitkan saat menjelaskan teknologi hidrogen. Semuanya bermuara pada cara produksinya. Hidrogen hanya memancarkan air saat dibakar tetapi membuatnya bisa menjadi intensif karbon. Tergantung pada metode produksi, hidrogen bisa berwarna abu-abu, biru atau hijau – dan terkadang bahkan merah muda, kuning atau pirus. Namun, hidrogen hijau adalah satu-satunya jenis yang diproduksi dengan cara yang netral terhadap iklim sehingga sangat penting untuk mencapai nol bersih pada tahun 2050.

Kami meminta Dr Emanuele Taibi, Kepala Strategi Transformasi Sektor Tenaga, Badan Energi Terbarukan Internasional (IRENA) untuk menjelaskan apa itu hidrogen hijau dan bagaimana hal itu dapat membuka jalan menuju emisi nol bersih. Dia saat ini berbasis di Pusat Inovasi dan Teknologi IRENA di Bonn, Jerman, di mana dia bertanggung jawab untuk membantu Negara-negara Anggota dalam merancang strategi untuk transformasi sektor listrik, dan saat ini mengelola pekerjaan pada fleksibilitas sistem tenaga, hidrogen dan penyimpanan sebagai kunci enabler untuk transisi energi. Dr Taibi juga co kurator untuk platform Intelijen Strategis Forum Ekonomi Dunia, di mana timnya mengembangkan peta transformasi Hidrogen.

Teknologi hidrogen hijau

Apa yang memotivasi Anda untuk mengembangkan keahlian Anda dalam teknologi energi dan bagaimana kontribusi pekerjaan Anda di IRENA?

Itu selama tesis Master saya. Saya magang di Badan Nasional Energi dan Lingkungan Italia (ENEA), di mana saya belajar tentang pembangunan berkelanjutan dan energi, dan hubungan antara keduanya. Saya menulis tesis saya di bidang teknik manajemen tentang hal itu dan memutuskan ini adalah area di mana saya ingin memfokuskan kehidupan kerja saya. Maju cepat hampir 20 tahun pengalaman dalam energi dan kerjasama internasional, gelar PhD dalam Teknologi Energi dan waktu yang dihabiskan di sektor swasta, penelitian dan lembaga antar pemerintah, saat ini saya memimpin tim transformasi sektor listrik di IRENA sejak 2017.

Pekerjaan saya di IRENA adalah untuk berkontribusi, dengan tim saya dan dalam kerjasama yang erat dengan rekan-rekan di seluruh badan dan mitra eksternal seperti Forum Ekonomi Dunia, dalam mendukung 166 Negara Anggota kami dalam transisi energi, dengan fokus pada pasokan listrik terbarukan dan gunakan untuk mendekarbonisasi sektor energi melalui elektron hijau serta molekul hijau seperti hidrogen dan turunannya.

Apa itu hidrogen hijau? Apa perbedaannya dengan hidrogen 'abu-abu' dan hidrogen biru yang intensif emisi?

Hidrogen adalah unsur paling sederhana dan terkecil dalam tabel periodik. Tidak peduli bagaimana itu diproduksi, itu berakhir dengan molekul bebas karbon yang sama. Namun, jalur untuk memproduksinya sangat beragam, begitu pula emisi gas rumah kaca seperti karbon dioksida (CO2) dan metana (CH4).

Hidrogen hijau didefinisikan sebagai hidrogen yang dihasilkan dengan memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen menggunakan listrik terbarukan. Ini adalah jalur yang sangat berbeda dibandingkan dengan abu-abu dan biru.

Hidrogen abu-abu secara tradisional dihasilkan dari metana (CH4), dipecah dengan uap menjadi CO2 – penyebab utama perubahan iklim – dan H2, hidrogen. Hidrogen abu-abu juga semakin banyak diproduksi dari batu bara, dengan emisi CO2 yang jauh lebih tinggi per unit hidrogen yang dihasilkan, sehingga sering disebut hidrogen coklat atau hitam, bukan abu-abu. Ini diproduksi pada skala industri saat ini, dengan emisi terkait yang sebanding dengan emisi gabungan Inggris dan Indonesia. Ia tidak memiliki nilai transisi energi, justru sebaliknya.

Hidrogen biru mengikuti proses yang sama seperti abu-abu, dengan teknologi tambahan yang diperlukan untuk menangkap CO2 yang dihasilkan ketika hidrogen dipisahkan dari metana (atau dari batu bara) dan menyimpannya untuk jangka panjang. Ini bukan satu warna melainkan gradasi yang sangat luas, karena tidak 100 persen CO2 yang dihasilkan dapat ditangkap, dan tidak semua cara menyimpannya sama efektifnya dalam jangka panjang. Poin utamanya adalah menangkap sebagian besar CO2, dampak iklim dari produksi hidrogen dapat dikurangi secara signifikan.

Ada teknologi (yaitu pirolisis metana) yang menjanjikan tingkat penangkapan yang tinggi (90-95 persen ) dan penyimpanan jangka panjang yang efektif dari CO2 dalam bentuk padat, berpotensi jauh lebih baik daripada biru sehingga mereka layak mendapatkan warna mereka sendiri di " pelangi taksonomi hidrogen", hidrogen pirus. Namun, pirolisis metana masih dalam tahap uji coba, sementara hidrogen hijau dengan cepat ditingkatkan berdasarkan dua teknologi utama - energi terbarukan (khususnya dari PV surya dan angin, tetapi tidak hanya) dan elektrolisis.

Tidak seperti energi terbarukan, yang merupakan sumber listrik termurah di sebagian besar negara dan kawasan saat ini, elektrolisis untuk produksi hidrogen hijau perlu ditingkatkan secara signifikan dan mengurangi biayanya setidaknya tiga kali lipat selama satu atau dua dekade berikutnya. Namun, tidak seperti CCS dan pirolisis metana, elektrolisis tersedia secara komersial saat ini dan dapat diperoleh dari:beberapa pemasok internasional sekarang.

Solusi energi hidrogen hijau

Apa manfaat dari solusi transisi energi menuju ekonomi hidrogen 'hijau'? Bagaimana kita bisa beralih ke ekonomi hidrogen hijau dari tempat kita saat ini dengan hidrogen abu-abu?

Hidrogen hijau adalah bagian penting dari transisi energi. Ini bukan langkah segera berikutnya, karena pertama-tama kita perlu lebih mempercepat penyebaran listrik terbarukan untuk mendekarbonisasi sistem tenaga yang ada, mempercepat elektrifikasi sektor energi untuk memanfaatkan listrik terbarukan berbiaya rendah, sebelum akhirnya mendekarbonisasi sektor-sektor yang sulit untuk dialiri listrik – seperti industri berat, perkapalan dan penerbangan – melalui hidrogen hijau.

Penting untuk dicatat bahwa saat ini kami memproduksi sejumlah besar hidrogen abu-abu, dengan emisi CO2 (dan metana) yang tinggi: prioritasnya adalah mulai mendekarbonisasi permintaan hidrogen yang ada, misalnya dengan mengganti amonia dari gas alam dengan amonia hijau.

Studi terbaru telah memicu perdebatan tentang konsep hidrogen biru sebagai bahan bakar transisi sampai hidrogen hijau menjadi biaya-kompetitif. Bagaimana hidrogen hijau menjadi biaya kompetitif vis-à-vis hidrogen biru? Investasi strategis seperti apa yang perlu dilakukan dalam proses pengembangan teknologi?

Langkah pertama adalah memberikan sinyal bagi hidrogen biru untuk menggantikan abu-abu, karena tanpa harga untuk emisi CO2, tidak ada kasus bisnis bagi perusahaan untuk berinvestasi dalam sistem penangkapan karbon (CCS) yang kompleks dan mahal serta penyimpanan geologis CO2. Setelah kerangka kerja sedemikian rupa sehingga hidrogen rendah karbon (biru, hijau, pirus) bersaing dengan hidrogen abu-abu, maka pertanyaannya menjadi: haruskah kita berinvestasi di CCS jika risikonya adalah memiliki aset yang terdampar, dan seberapa cepat hijau akan menjadi lebih murah daripada biru.

Jawabannya tentu akan berbeda-beda tergantung wilayahnya. Dalam dunia nol bersih, tujuan yang semakin banyak dilakukan oleh negara, emisi yang tersisa dari hidrogen biru harus diimbangi dengan emisi negatif. Ini akan datang dengan biaya. Secara paralel, harga gas akhir-akhir ini sangat fluktuatif, membuat harga hidrogen biru sangat berkorelasi dengan harga gas, dan tidak hanya terpapar pada ketidakpastian harga CO2, tetapi juga pada volatilitas harga gas alam.

Untuk hidrogen hijau, bagaimanapun, kita mungkin menyaksikan cerita yang mirip dengan PV surya. Ini padat modal, oleh karena itu kita perlu mengurangi biaya investasi serta biaya investasi, melalui peningkatan produksi teknologi terbarukan dan elektroliser, sambil menciptakan offtake berisiko rendah untuk mengurangi biaya modal untuk investasi hidrogen hijau. Ini akan mengarah pada penurunan biaya hidrogen hijau yang stabil, dibandingkan dengan biaya hidrogen biru yang mudah menguap dan berpotensi meningkat.

Teknologi energi terbarukan telah mencapai tingkat kematangan saat ini yang memungkinkan pembangkit listrik terbarukan yang kompetitif di seluruh dunia, prasyarat untuk produksi hidrogen hijau yang kompetitif. Elektroliser meskipun masih digunakan dalam skala yang sangat kecil, membutuhkan peningkatan tiga kali lipat dalam tiga dekade ke depan untuk mengurangi biaya tiga kali lipat.

Saat ini jalur pipa untuk proyek hidrogen hijau berada di jalur yang tepat untuk mengurangi separuh biaya elektroliser sebelum tahun 2030. Ini, dikombinasikan dengan proyek besar yang berlokasi di mana sumber daya terbarukan terbaik berada, dapat menghasilkan hidrogen hijau yang kompetitif untuk tersedia dalam skala besar di {{1 berikutnya }} bertahun-tahun. Ini tidak menyisakan banyak waktu untuk hidrogen biru – masih dalam tahap percontohan hari ini – untuk meningkatkan dari skala percontohan ke skala komersial, menyebarkan proyek yang kompleks (misalnya penyimpanan CO2 geologis jangka panjang) pada skala komersial dan biaya yang kompetitif, dan memulihkan investasi yang dilakukan di {3}} tahun ke depan.

Beberapa pemerintah kini telah memasukkan teknologi bahan bakar hidrogen dalam strategi nasional mereka. Mengingat meningkatnya tuntutan untuk transisi menuju dekarbonisasi ekonomi dan memungkinkan teknologi dengan tingkat penangkapan karbon yang lebih tinggi, apa saran Anda kepada pembuat kebijakan dan pembuat keputusan yang mengevaluasi pro dan kontra dari hidrogen hijau?

Kita akan membutuhkan hidrogen hijau untuk mencapai emisi nol bersih, khususnya untuk industri, perkapalan dan penerbangan. Namun, yang paling kami butuhkan adalah:

1) efisiensi energi;

2) elektrifikasi;

3) percepatan pertumbuhan pembangkit listrik terbarukan.

Setelah ini tercapai, kita dibiarkan dengan ca. 40 persen dari permintaan untuk didekarbonisasi, dan di sinilah kita membutuhkan hidrogen hijau, bioenergi modern, dan penggunaan langsung energi terbarukan. Setelah kami semakin meningkatkan daya terbarukan untuk mendekarbonisasi listrik, kami akan berada dalam posisi untuk lebih memperluas kapasitas daya terbarukan untuk menghasilkan hidrogen hijau yang kompetitif dan mendekarbonisasi sektor yang sulit dikurangi dengan biaya tambahan minimal.

Di mana Anda melihat teknologi energi yang berkaitan dengan hidrogen berkembang pada tahun 2030? Bisakah kita mengantisipasi kendaraan komersial bertenaga hidrogen?

Kami melihat peluang untuk penyerapan hidrogen hijau yang cepat dalam dekade berikutnya di mana permintaan hidrogen sudah ada: dekarbonisasi amonia, besi, dan komoditas lain yang ada. Banyak proses industri yang menggunakan hidrogen dapat menggantikan abu-abu dengan hijau atau biru, asalkan CO2 diberi harga yang memadai atau mekanisme lain untuk dekarbonisasi sektor-sektor tersebut diterapkan.

Untuk pelayaran dan penerbangan, situasinya sedikit berbeda. Bahan bakar drop-in, berdasarkan hidrogen hijau tetapi pada dasarnya identik dengan bahan bakar jet dan metanol yang dihasilkan dari minyak, dapat digunakan di pesawat dan kapal yang ada, dengan sedikit atau tanpa penyesuaian. Namun, bahan bakar tersebut mengandung CO2, yang harus ditangkap dari suatu tempat dan ditambahkan ke hidrogen, untuk dilepaskan kembali selama pembakaran: ini mengurangi tetapi tidak menyelesaikan masalah emisi CO2. Bahan bakar sintetis dapat digunakan sebelum tahun 2030, jika ada insentif yang tepat untuk membenarkan biaya tambahan dari pengurangan (tidak menghilangkan) emisi.

Di tahun-tahun mendatang, kapal dapat beralih ke amonia hijau, bahan bakar yang dihasilkan dari hidrogen hijau dan nitrogen dari udara, yang tidak mengandung CO2, tetapi investasi akan diperlukan untuk mengganti mesin dan tangki, dan amonia hijau saat ini jauh lebih mahal daripada minyak bakar.

Pesawat hidrogen (atau amonia) lebih jauh, dan ini pada dasarnya akan menjadi pesawat baru yang harus dirancang, dibangun, dan dijual ke maskapai penerbangan untuk menggantikan pesawat bertenaga bahan bakar jet yang ada – jelas tidak layak pada tahun 2030: dalam pengertian ini, jet hijau bahan bakar – diproduksi dengan kombinasi hidrogen hijau dan bioenergi berkelanjutan – adalah solusi yang dapat diterapkan dalam waktu dekat.

Kesimpulannya, tindakan utama untuk mempercepat dekarbonisasi antara sekarang dan 2030 adalah 1) efisiensi energi 2) elektrifikasi dengan energi terbarukan 3) percepatan cepat pembangkit listrik terbarukan (yang selanjutnya akan mengurangi biaya listrik terbarukan yang sudah rendah) 4) peningkatan berkelanjutan , bioenergi modern, diperlukan - antara lain - untuk menghasilkan bahan bakar hijau yang membutuhkan CO2 5) dekarbonisasi hidrogen abu-abu dengan hidrogen hijau, yang akan membawa skala dan mengurangi biaya elektrolisis, membuat hidrogen hijau kompetitif dan siap untuk pengembangan lebih lanjut ditingkatkan pada tahun 2030-an, menuju tujuan mencapai emisi nol bersih pada tahun 2050.

Forum Ekonomi Dunia adalah pendukung lama agenda hidrogen bersih sejak 2017, telah membantu -antara lain- dengan pembentukan Dewan Hidrogen, pembentukan Tantangan Inovasi hidrogen dalam kemitraan dengan Mission Innovation, dan pembentukan, bersama dengan Komisi Transisi Energi, dari platform Mission Possible untuk membantu mentransisikan sektor-sektor yang sulit dikurangi ke emisi nol bersih pada tahun 2050. Baca lebih lanjut tentang Inisiatif Akselerasi Hidrogen Bersih di sini.