PLT SEL TUNAM (Fuel Cell) pengganti PLTD

Pertumbuhan penggunaan PLT Sel Tunam / Fuel Cell (PLTST) untuk pembangkit listrik skala kecil-menengah di dunia meningkat tajam akhir-akhir ini, karena kelebihannya yang ramah lingkungan, handal, bandel, nyaris senyap (tidak terdapat komponen bergerak), dan perawatan yang rendah. Di sisi lain, penempatan PLTST yang berdaya cukup besar, terpencil, dan berada di luar jangkauan PLN amat diperlukan di masa depan. Bahkan, PLTST yang bertegangan d-c itu (dapat diubah ke a-c) dan tidak bergantung kepada cuaca (seperti PLTS/PLTB) dapat dibangun amat dekat dengan pengguna listrik, misalnya di lantai dasar / atap / pelataran / halaman gedung. Oleh karena itu, jalur tegangan tinggi (SUTET, dll,) tidak diperlukan. Lagi pula, pasokan aneka BB untuk PLTST terutama gas hidrogen, gas alam, biometanol, bioetanol dan biogas dengan kadar sulfur amat rendah (yang melimpah di desa-desa) amat menarik perhatian masyarakat pengguna listrik.

Ada 5 jenis teknologi sel tunam di dunia. Perbandingan kelima jenis sel tunam dapat dilihat dalam Tabel.

Tulisan ini hanya meninjau PLTST stasioner (tak bergerak) jenis MCFC dan SOFC sebagai pembangkit listrik bagi kawasan perumahan, kampus / universitas, institusi / perusahaan, kawasan industri, kawasan pariwisata, mall / pasar swalayan / super market, tempat hiburan, dll.

MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) 

MCFC adalah sel tunam temperatur tinggi yang beroperasi pada temperatur 600 oC ke atas yang bertoleransi terhadap aneka BB seperti syngas (hidrogen + CO), gas alam, bioetanol, dan biogas (tahan terhadap CO2) yang masuk pada sisi anoda. Elektrolit cair (pada suhu tinggi) berupa kombinasi Na dan K karbonat dalam keramik LiAlO2 yang sangat konduktif dan ion karbonat memberikan konduksi ionik pada suhu 600-700oC. Anoda berupa logam Ni dan katoda terbuat dari nikel oksida. Injeksi O2 dan CO2 diperlukan pada sisi katoda. Material yang digunakan harus tahan terhadap elektrolit yang korosif. Belerang (sulfur, H2S) dalam gas BB harus sekecil mungkin sebelum masuk sel tunam, karena ia bersifat racun bagi semua sel tunam.

PLTST 59 MW, Hwasung, Korsel

Pembangunan PLTST Gyeonggi 59 MW di kota Hwasung, Korsel (dibangun oleh POSCO Energy, Korsel lisensi dari FuelCell Energy, AS) jenis MCFC hanya memerlukan waktu 14 bulan dengan pasokan aneka macam BB termasuk gas alam (gas metan) / biogas (via steam reforming untuk mendapatkan syngas, H2 dan CO). PLTST tsb sekarang telah beroperasi penuh. Fasilitas itu terdiri atas 21 unit FuelCell Energy DFC3000 masing-masing berdaya 2,8 MW, yang pembangunannya memerlukan lahan 2,1Ha.
 

PLTST 360 MW, Pyeongtaek, Korsel

POSCO membangun lagi PLTST terbesar di dunia (360 MW) di kota Pyeongtaek, Prov. Gyeonggi, Korsel. Perjanjian investasi dilakukan dengan Doosan (pemasok peralatan PLTS), Korea Gas Corp. (pemasok gas alam), Korea Investment & Securities, Darby Overseas Investment (pengurusan pembiayaan dan pengadaan) dan GK Holdings (pengaturan poyek). Proyek tsb memanfaatkan dana sekitar USD 1,9 miliar atau sekitar Rp.22,8 triliun (pada lahan 14 Ha) berlokasi di Wonjung-ri, Pyeongtaek yang akan beroperasi tahun 2018. Fasilitas itu untuk memanasi Kompleks Turis Pyeongtaek, dan kebutuhan listrik di Kompleks Industri Poseung.

PLTST Ancol 300 kW, Jakarta Utara

Sebelumnya, POSCO Power telah membangun Pilot Project PLTST 300 kW (dana hibah USD3juta) di Pademangan, Jakarta Utara, Eco Park Ancol (Taman Impian Jaya Ancol) (2013) berbahan bakar gas alam  (Indonesia penghasil gas alam terbesar ke 8 di dunia), hasil kerjasama bilateral pemerintah Indonesia (via PT Jakarta Propertindo) dan Korea Selatan (via KOICA, Korea International Cooperation Agency). PLTST Ancol diharapkan berfungsi untuk melistriki 1000 rumah, fasilitas desalinasi air laut, dan kebutuhan air minum. Bila proyek ini berhasil, PLTST tersebut diharapkan dapat mengganti semua PLTD di luar sistem Jamali.

SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)

SOFC adalah sel tunam yang dikarakterisasi oleh bahan elektrolit padat berupa oksida logam atau keramik yang terbuat dari zirconia (zirkonium oksida distabilkan oleh Y2O3/YSZ atau Sc2O3/ScSZ) untuk mengonduksi ion oksigen negatif dari katoda (LaMnO3 didoping Sr) ke anoda (keramik logam CoZrO2 atau NiZrO2) yang selanjutnya bereaksi secara elektrokimia dengan hidrogen dan karbon monoksida (syngas) di anoda. Sel tunam ini bekerja pada suhu tinggi 800-1000oC, BB seperti gas hidrogen, gas alam (syngas, H2 + CO), bioetanol, biogas, propana, dll (via steam reforming + katalis untuk mendapatkan gas H2) masuk ke anoda, dan O2 berlebihan masuk ke katoda, ion oksigen melewati elektrolit yg tetap padat (walau suhu tinggi) menuju anoda. Gas pemasok SOFC harus bebas belerang (Sulfur, H2S) dengan cara diserap oleh adsorben (atau cara lain), karena ia sebagai racun bagi sel tunam.

Bloomenergy 200kW

Perusahaan Bloomenergy (Sunnyvale, California, AS) memanfaatkan lempeng paduan logam SOFC, dan bila hanya satu sel (100mm x 100 mm) akan menghasilkan 25W pada suhu 980oC. Teknologi Bloomenergy (Bloom Box) (menggunakan gas alam) telah dipakai di perusahaan seperti eBay (500kW), Google, Yahoo, Coca-Cola Co. (500kW, biogas), Staples Inc. (300kW), California Institute Technology, Kaiser Permanente, Bank of America (500 kW), AT&T, Adobe, FedEx (500 kW), Life Technologies, Safeway, Honda dan Wal-Mart (800kW). 

Ongkos pasang (2010) sekitar USD7-8/Watt  dan harga listrik (2013) sekitar 8-10 cent USD/kWh. Biaya BB sekitar USD3,96/jam. Pada bulan Nov 2013 Bloomenergy mengembangkan PLTST pertamanya secara internasional di luar Amerika, yaitu di Fukuoka (telkom raksasa Softbank), Jepang, sekaligus membuka usaha patungan 50/50 dengan Jepang (Bloom Energy Japan Ltd). Program 'sewa PLTST' juga dilakukan oleh Bloomenergy kepada para pelanggan Bank of America Merrill Lynch (TaylorMade Adidas Golf, dan Honda Center, California). PLTST 30 MW (150 x 200kW) dibangun Di Delaware (Delmarva Power). Selanjutnya, pada bulan Juli 2014, Bloomenergy berhasil menjual PLTST 21MW ke Exelon Corp (EXC) untuk dibangun di 75 tapak korporat (rerata 280kW/tapak) di 4 negara bagian di AS.

BlueGEN 1,5 kW

BlueGEN (Ceramic Fuel Cells, CSIRO, Melbourne, Australia) juga telah siap memasarkan produknya yang hanya didesain menggunakan gas alam sebagai bahan bakar (tidak didesain untuk LPG, biogas kotor, dan gas hidrogen) untuk penerangan, memasak, dan air panas (200 L/hari, seukuran mesin cuci) untuk pemakaian di pemukiman, hotel, gedung perkantoran, mall/supermarket, dll. dengan daya 36 kWh/hari (1,5 kW) per unit. BlueGEN masih perlu dikoneksi dengan grid (impor pada pagi/malam), sedangkan pada siang hari, listrik yang tidak diperlukan diekspor ke grid.

Redox Power 25 kW

Perusahaan baru, Redox power, si pendatang baru dari AS yang menyebut dirinya 'The Cube' (si dadu, PowerSERG 2-80) dengan teknologi LT-SOFC (Lower Temperature SOFC) siap-siap akan menundukkan Bloom box dengan ukuran peralatan lebih kecil (seukuran mesin cuci, untuk 25 kW, 1m3, berat 455kg, gas alam, 10cmx10cm menghasilkan ~200W, 1 stack  / 10x10x10cm = 50sel / 10 kW, 1 modul = 10stack / 100 kW, umur sel 10 th, BEP 5 th) dan sel lebih tipis yang menghasilkan listrik dengan efisiensi 70-80%. Elektrolit padatnya menggunakan bahan lebih murah (Cerium Oksida) termasuk anoda (Cerium Oksida) dan katodanya (Bismuth Oksida). Suhu operasi hanya 650oC (kelak akan diturunkan lagi hingga 300oC). Redox power berkantor di Univ. Maryland bermitra dengan Microsoft sekaligus sebagai tempat uji-fungsi LT-SOFC tsb untuk pertama kalinya. Harganya pun lebih murah sekitar USD 800/kW bila dibandingkan dengan tradisional SOFC, misalnya Bloom Box (USD10.000/kW). Pesaing lain adalah PLUG, FCEL, BLDP, dan HYGS. Si dadu ini efisien, bersih (sedikit CO2), handal, daya tak terputus, di tapak tak perlu tersambung dengan PLN, harga cukup kompetitif, aman, dan ramah lingkungan. Ia dapat dipasang di lantai dasar, di luar / di atap gedung, senyap tanpa ada bagian-bagian yang bergerak. Bahan bakar dapat berupa gas alam, propan, bioetanol, biogas, atau gas hidrogen, dll.

Di Indonesia, percobaan yang berhubungan dengan SOFC terutama penyiapan elektrolit padat berbasis YSZ dilakukan oleh peneliti BATAN Widdi Usada dkk., berbasis ceria oksida oleh Ismunandar (2011) ITB, input gas propana pada SOFC oleh I. Nurdin dkk, ITB. Namun, pemanfaatan kandungan lokal SOFC di Indonesia hingga menghasilkan listrik belum dilaporkan terbuka.

 Permintaan PLTST tahun 2013 telah menyentuh 3 GW dan diharapkan akan mencapai 50 GW (setara dengan 50 x PLTN 1000 MW) pada tahun 2020. Opsi pembangunan PLTST adalah pilihan jitu menghindari pembangunan PLTN di Indonesia saat ini dengan cara memanfaatkan limpahan gas alam yang ada. Sementara, masa konstruksi PLTST paling lama hanya 1,5 tahun.

PLTST daya menengah (jenis MCFC atau SOFC) dapat dipilih oleh Indonesia sebagai salah satu opsi bauran energi nasional.

Ditulis oleh: Fathurrachman