Kenderaan Elektrik: Teknologi Bateri atau Sel Fuel Masa Hadapan?
Sesebuah kenderaan asasnya memerlukan tenaga untuk bergerak. Dari sudut perspektif kimia, tenaga tersebut diperlukan dan dijana melalui proses persamaan kimia bagi menghasilkan elektrik.
Umumnya, karbon dioksida yang terhasil melalui proses pembakaran tangki petrol kenderaan adalah disebabkan oleh wujudnya bahan pemula hidrokarbon. Hidrokarbon inilah yang digunakan bagi menghasilkan tenaga untuk kereta bergerak dan seterusnya mencemarkan alam sekitar dengan melepaskan gas karbon dioksida ke udara.
Lazimnya, elektrik yang dihasilkan oleh bateri kereta, menyimpan tenaga yang lama untuk membolehkan ianya beroperasi dalam tempoh tertentu. Bahan-bahan pemula tindak balas di dalam sel bateri boleh digunakan bagi menghentikan tindak balas kimia juga, namun terdapat sesetengah bateri berkebolehan untuk dicas semula, jika arus elektrik dibekalkan dari luar, yang mana lazimnya untuk menyongsangkan tindak balas itu. Meskipun begitu, bahan kimia di dalam bateri boleh dicas semula itu akan menyusut dan semakin lama hanya sedikit tenaga dapat dibekalkan kemudian perlu dibuang. Pembuangan bahan kimia yang salah akan mengakibatkan bahaya kepada persekitaran.
Adakah kenderaan elektrik lebih selamat?
Berpandukan matlamat pembangunan lestari (Sustainable Development Goal), adalah suatu kepentingan untuk mengaplikasikan tenaga yang boleh diperbaharui. Isu pencemaran udara yang boleh menipiskan lapisan ozon amat membimbangkan kerana mengakibatkan pemanasan global. Antara punca pencemaran udara ialah pembebasan gas karbon dioksida yang melampau. Berikutan peningkatan penggunaan kenderaan yang membebaskan gas ini, ia akan menjadi suatu masalah yang sukar dibendung. Malahan, gas tersebut merupakan produk terhasil daripada tindak balas gasoline (petrol) di dalam kereta itu. Namun, para saintis sudah mula menjalankan kajian untuk mengatasi masalah ini dengan alternatif yang bersifat mesra alam .
Alternatif tersebut ialah inovasi kenderaan elektrik. Terdapat dua jenis kenderaan elektrik, atau turut dikenali sebagai electric vehicle (EV), iaitu Battery-powered EV (BEV), yang merupakan kenderaan elektrik berkuasa bateri dan Fuel Cell EV (FCEV), iaitu kenderaan elektrik selfuel. Umum telah mengetahui BEV menggunakan kuasa bateri untuk menggerakkan kenderaan yang tidak membebaskan gas karbon dioksida namun, FCEV belum diketahui secara meluas di Malaysia terutamanya. FCEV menggunakan tenaga selfuel sebagai penjanaan kuasa elektriknya, dengan hanya memerlukan gas hidrogen di bahagian anod, dan gas oksigen di bahagian katod, lalu membebaskan molekul air (H2O); yang mana tidak langsung mencemarkan udara persekitaran. FCEV ini tidak pun memerlukan petrol sebagai penjanaan tenaga sebaliknya hanya menggunakan gas hidrogen sebagai tenaga fuel. Rajah 1 menunjukkan tindak balas kimia yang berlaku dalam sistem sel fuel secara asas.
Rajah 1: Tindak balas yang berlaku dalam sistem sel fuel
Beberapa syarikat luar dan dalam negara telah merealisasikan BEV dan telah memasarkannya kepada umum Model kenderaan BEV yang telah dipasarkan ialah Tesla Model 3, Nissan Leaf, Chevrolet Bolt EV dan BMW i3. Toyota Mirai 2014, Hyundai Nexo 2018 dan Honda Clarity 2016 adalah contoh model FCEV yang telah dipasarkan. Menurut Agensi Perlindungan Alam Sekitar (EPA), model BEV yang mencapai kadar EPA tertinggi ialah 2022 Lucid Air Dream Edition dengan jarak sejauh 505 batu perjalanan. Manakala model FCEV berkadar EPA tinggi ialah 2022 Toyota Mirai XLE, dengan jarak 402 batu perjalanan Namun begitu, adakah berbaloi dengan kos dan sejauh manakah keberkesanan dari sudut “well-to-wheel” (mesra perjalanan jauh)?
Jika dilihat dari sudut berat kenderaan, BEV berjumlah 2,269 kg, lebih berat berbanding FCEV sebanyak 1,280 kg sahaja. Begitu juga isipadu penyimpanan masing-masing berjumlah 560 L dan 310 L. Ini bermakna, FCEV lebih berkesan “well-to-wheel” berbanding BEV. Isipadu penyimpanan yang sedikit menjadikan kenderaan lebih ringan dan efektif untuk dipandu dalam perjalanan jarak jauh. Dengan memuatkan tangki gas hidrogen sahaja, tidaklah menelan kos penghasilan yang tinggi seperti BEV; iaitu FCEV lebih berpatutan dengan kos penghasilan 3,600 dolar. Jadual 1 di bawah menunjukkan perbandingan BEV dan FCEV.
Jadual 1: Perbandingan BEV dan FCEV
Rajah 2 di atas menunjukkan bagaimana sistem BEV dan FCEV beroperasi di dalam sesebuah kenderaan. Sistem BEV menghasilkan kuasa daripada pek bateri besar yang memerlukan pengecasan purata 13 jam daripada grid elektrik di stesen jana kuasa. Manakala, sistem FCEV menggunakan gas hidrogen untuk menghasilkan kuasa dan hanya memerlukan pengecasan purata 3 minit untuk menghidupkan unit bateri kecil semula . Dengan memuatkan tangki gas hidrogen, kenderaan FCEV bergantung sepenuhnya pada bekalan hidrogen ini untuk bergerak sejauh yang boleh (300 batu standard jarak perjalanan). Hal ini bermakna, FCEV lebih mesra perjalanan jauh, kerana BEV perlu menunggu semalaman untuk cas penuh jika terkandas di lebuh raya.
Ringkasnya, teknologi BEV dan FCEV sebenarnya adalah alternatif kenderaan elektrik yang baik kepada petrol, kerana kedua-duanya memberikan persekitaran bersih tanpa pengeluaran karbon. Namun, untuk pemasaran global secara efektif, perlu pertimbangan dari pelbagai sudut. Walaupun kos pembelian kenderaan BEV lebih mahal berbanding FCEV (seperti yang dinyatakan dalam jadual di atas), tetapi proses pengeluaran FCEV lebih mahal. Penghasilan gas hidrogen yang mencabar, menjadikannya amat bernilai dan mahal untuk menghasilkan sistem sel fuel secara meluas. Oleh itu, FCEV masih terhad untuk dipasarkan di Malaysia secara meluas. Namun, institusi-institusi penyelidikan di Malaysia semakin giat meneruskan kajian FCEV demi kelestarian alam sejagat dan menyahut matlamat pembangunan lestari melalui tenaga yang boleh diperbaharui.
SENARAI RUJUKAN
De Wolf, D., & Smeers, Y. (2023). Comparison of Battery Electric Vehicles and Fuel Cell Vehicles. World Electric Vehicle Journal, 14(9). https://doi.org/10.3390/wevj14090262
Lucas, L. (2015). Taiwan shows fuel cell scooter, Malaysia builds its first vehicle. Fuel Cells Bulletin, 2015(1), 2–3. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S1464-2859(15)70004-0
Markets and Research Biz. (2021, June). Global HEV, BEV, FCEV Market 2021 by Manufacturers, Regions, Type and Application, Forecast to 2026. Markets and Research Biz. https://www.marketsandresearch.biz/report/223528/global-hev-bev-fcev-market-2021-by-manufacturers-regions-type-and-application-forecast-to-2026
Musa, M. T. (2023). Penghasilan Biomembran Komposit Natrium Alginat/ Polivinil Alkohol-Montmorillonit/ Grafin Oksida (SA/PVA-MMT/GO) untuk Aplikasi Sel Fuel Metanol Langsung. Universiti Kebangsaan Malaysia.
Thomas, C. E. (n.d.). Fuel Cell and Battery Electric Vehicles Compared.
Disediakan oleh
Maryam Taufiq bt Musa (M.Sc.)