Lima Fakta Menarik Tentang Hidrogen

Kita mungkin biasa dengar gas hidrogen semasa belajar subjek Sains atau Kimia semasa di sekolah bukan? Terkini, dengan adanya teknologi moden kereta hidrogen yang dihasilkan dapat bergerak sejauh lebih 500 km tanpa mengeluarkan sebarang pencemaran selain hanyalah air sebagai produk sampingan (by-product).

Hidrogen kebiasaannya dikaitkan sebagai gas ringan, mudah terbakar, meletup dan berbahaya jika tidak dikendalikan dengan cara yang betul. Walaupun gas hidrogen ini adalah ringan, tetapi gas ini tidak sesuai digunakan untuk mengisi belon acara perasmian atau keramaian. Gas yang lebih sesuai untuk digunakan bagi belon acara seperti ini adalah gas helium, walaupun lebih mahal kosnya kerana sifatnya yang lengai dan tidak mudah meletup atau terbakar.

Berikut adalah beberapa fakta menarik tentang hidrogen.

1. Unsur Teringkas di dalam Jadual Berkala

Hidrogen adalah sejenis gas yang tidak berwarna, tidak berbau, tiada rasa dan bahan mudah terbakar yang merupakan unsur pertama didalam jadual berkala dengan nombor atom 1 yang merupakan unsur teringkas dan terbanyak di bumi ini. Walau bagaimanapun, hidrogen tidak wujud secara atom tunggal (H) atau pun molekul hidrogen (H2) di dalam keadaan semulajadi. Hidrogen mendidih pada suhu -252.879 °C dan mempunyai ketumpatan gas pada 0.082 kg m-3 pada suhu bilik (25 °C, 1 atm). Sifat kimia hidrogen yang paling awal diketahui adalah hidrogen yang dibakar bersama oksigen akan menghasilkan air. Perkataan hidrogen sendiri berasal daripada perkataan Greek yang bermaksud pembuat air (water-maker).

Rajah 1: Jadual Berkala Unsur (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/periodic-table/)

2. Dihasilkan melalui kaedah pemprosesan kimia dan biologi

Hidrogen dihasilkan daripada pelbagai proses kimia seperti kaedah pembaharuan metana stim (steam methane reforming), gasifikasi arang (coal gasification), elektrolisis dan juga melalui kaedah biologi.

Sebanyak 97 peratus daripada hidrogen yang terhasil sekarang ini dihasilkan melalui proses pembentukan hidrogen berasaskan bahan api hidrokarbon. Walau bagaimanapun, proses penghasilan hidrogen ini menghasilkan gas rumah hijau (GHG) yang mencemarkan udara, menipiskan lapisan ozon serta menyebabkan peningkatan suhu secara global seterusnya memberi impak kepada perubahan iklim global.

Rajah 2: Kod warna hidrogen bagi pengkelasan sumber hidrogen boleh diperbaharui dan hidrogen bahan api fosil (https://www.climatecouncil.org.au/resources/what-is-hydrogen/)

Hasil usaha dan kajian para penyelidik dan saintis, mereka kini berupaya menghasilkan gas hidrogen hijau (green hydrogen) daripada penggunaan tenaga yang boleh diperbaharui serta tidak melepaskan gas rumah hijau. Contoh sumber tenaga yang boleh diperbaharui adalah daripada hidroelektrik, solar, geothermal, angin, ombak, dan tenaga haba lautan (ocean thermal energy).

3. Digunakan dalam penghasilan marjerin melalui proses penghidrogenan (hydrogenation)

Contoh marjerin yang terhasil daripada proses penghidrogenan minyak sayuran

Hidrogen digunakan untuk menukarkan minyak sayuran kepada produk minyak pepejal atau separa pepejal. Sebagai contoh dalam industri makanan, gas hidrogen digunakan untuk menghasilkan minyak sayuran yang terhidrogenasi seperti marjerin dan mentega.

Rajah 4: Perubahan fizikal minyak sayuran daripada cecair, separa pepejal dan pepejal setelah mengalami tindakbalas penghidrogenan

Minyak sayuran akan menghasilkan produk berlainan mengikut tahap penghidrogenan yang dikenakan terhadapnya. Sebagai contoh, produk yang terhasil apabila minyak sayuran mengalami penghidrogenan bermula daripada marjerin separa cecair, marjerin lembut sehinggalah terhasilnya lelemak (shortening).  Lelemak banyak digunakan dalam penyediaan pastri seperti kek, biskut dan merupakan penyumbang sumber asid lemak trans yang tinggi.

Lemak trans atau asid lemak trans ini merupakan suatu bentuk lemak tidak tepu. Lemak trans ini wujud dalam bentuk semulajadi dan juga bentuk buatan. Walau bagaimanapun, lemak trans buatan atau dikenali sebagai lemak trans industri atau lemak separa terhidrogenasi ini amatlah membahayakan kesihatan dan boleh menjadi punca penyakit berkaitan kardiovaskular.

4. Digunakan bagi bahan api kereta hidrogen dan roket

Hidrogen boleh digunakan sebagai bahan api dalam kereta hidrogen melalui tindak balas gas oksigen dan hidrogen di dalam sel fuel untuk menghasilkan tenaga elektrik dan juga air.

Rajah 5: Sel fuel tunggal dalam tindakbalas antara hidrogen dan oksigen dalam penghasilan tenaga elektrik (utama) dan air (sampingan).

Di dalam kenderaan fuel cell electic vehicle (FCEV) ataupun lebih dikenali dengan panggilan kereta hidrogen, sel fuel ini dipasang secara bersiri dan tersusun untuk mendapatkan keluaran voltan dan arus yang sesuai bagi kegunaan motor elektrik kenderaan hidrogen untuk membolehkannya bergerak.

Rajah 6: Bahan api hidrogen cecair digunakan dalam pelancaran roket ke angkasa lepas (https://wha-international.com/wp-content/uploads/2020/10/NASA-Space-Shuttle-WEB.jpg)

Hidrogen cecair (liquid hydrogen) telah memainkan peranan yang sangat penting dalam penjelajahan angkasa lepas oleh National Space Agency (NASA) sejak permulaan program Apollo. Hidrogen cecair mempunyai kelebihan yang tidak ditawarkan oleh bahan bakar lain seperti berat molekul yang rendah and keluaran tenaga yang sangat tinggi semasa dibakar bersama dengan oksigen cecair (liquid oxygen). Bahan bakar cecair selalu digunakan sebagai daya tujahan tambahan untuk pelepasan roket daripada tarikan graviti bumi setelah menggunakan bahan bakar pepejal.

5. Penghasilan gas ammonia (NH3) dan baja

Sebelum terhasilnya baja, gas hidrogen ini diproses dan bertukar bentuk kepada gas ammonia (NH3) melalui proses Haber-Bosch. Proses ini melibatkan kombinasi antara gas hidrogen dan nitrogen dibawah tekanan dan suhu yang ditetapkan dengan pemangkin keluli.

Rajah 7: Proses Haber-Bosch bagi tindakbalas antara gas nitrogen dan hidrogen dalam penghasilan gas ammonia (https://ib.bioninja.com.au/options/option-c-ecology-and-conser/c6-nitrogen-and-phosphorus/haber-process.html)

Gas ammonia yang diperolehi, digunakan pula untuk menghasilkan ammonium nitrat sejenis baja yang digunakan bagi menambahkan kesuburan tanah bagi tujuan penanaman pokok dan sayur-sayuran. Selain itu, ammonia juga banyak digunakan sebagai produk pembersih rumah.

Kesimpulannya, banyak lagi kegunaan hidrogen dalam kehidupan kita hari ini termasuklah sebagai agen pengeluaran asid hidroklorik, gas penyejuk, penghasilan metanol dan lain-lain. Setiap ciptaan Allah SWT ini dijadikan sebaiknya untuk dikaji serta digunakan bagi manfaat manusia sejagat jika diuruskan dengan baik. Apa sahaja ilmu yang baik haruslah dikongsi untuk manfaat bersama seperti peribahasa Melayu yang mengatakan, membaca itu jambatan ilmu.

Disediakan oleh:

Mohd Fadhzir Ahmad Kamaroddin (P. Tech, AMIChemE)

Pegawai Penyelidik Kanan,

Institute of Future Energy,

Jabatan Timbalan Naib Canselor (Penyelidikan & Inovasi),

Universiti Teknologi Malaysia,

81310 UTM Johor Bahru, Johor.

Pelajar Tahun Akhir Doktor Falsafah (PhD) – Hydrogen Production

Jabatan Kejuruteraan Kimia & Alam Sekitar,

Fakulti Kejuruteraan, Universiti Putra Malaysia,

43400 UPM Serdang, Selangor.

Rujukan:

  1. National Center for Biotechnology Information (2021). PubChem Periodic Table of Elements. Retrieved April 19, 2021 from https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/periodic-table/.
  2. Hydrogen; chemical element. Retrieved April 19, 2021 https://www.britannica.com/science/hydrogen
  3. Periodic table; Hydrogen. Retrieved April 19, 2021, https://www.rsc.org/periodic-table/element/1/hydrogen
  4. Hydrogen Production by Membrane Water Splitting Technologies http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.76727
  5. Uses of Hydrogen in Industry. Retrieved April 19, 2021 https://www.thechemicalengineer.com/features/uses-of-hydrogen-in-industry/
  6. What Are Trans Fats, and Are They Bad for You?. Retrieved April 20, 2021 https://www.healthline.com/nutrition/why-trans-fats-are-bad
  7. Will Hydrogen Power the Future of Aerospace?. Retrieved April 20, 2021

Total
1
Shares
Leave a Reply

Your email address will not be published.

Related Posts