Salah satu daya tarik terbesar dari ZC-DCFC bukan sekadar karena batu bara dipakai lagi, melainkan karena prosesnya tidak mengikuti pola pembangkit lama. Sistem fuel cell ini mengubah energi kimia batu bara langsung menjadi listrik di dalam sel elektrokimia, tanpa pembakaran, tanpa turbin, dan tanpa emisi karbon dioksida ke atmosfer.
Pendekatan seperti ini membuat batu bara ditempatkan dalam peran yang sangat berbeda dari citra klasiknya. Di tangan tim riset yang dipimpin Xie Heping di Shenzhen University, bahan bakar padat itu diproses sebagai sumber listrik yang bisa bekerja dalam sistem tertutup dan terkendali.
Cara kerja yang memangkas rantai pembangkit
ZC-DCFC adalah singkatan dari zero-carbon-emission direct coal fuel cell. Sebelum masuk ke anoda, batu bara digiling menjadi serbuk halus, lalu dikeringkan, dimurnikan, dan diberi perlakuan permukaan agar lebih reaktif.
Di sisi katoda, oksigen masuk ke fuel cell dan membran oksida membantu proses oksidasi langsung partikel batu bara. Dari situlah listrik muncul, tanpa perlu tahap pembentukan uap dan tanpa putaran turbin mekanis seperti pada pembangkit batu bara biasa.
Efisiensi yang diklaim jauh lebih tinggi
Pada pembangkit batu bara tradisional, energi harus melewati banyak tahap, mulai dari pembakaran, pembentukan panas, produksi uap, hingga menggerakkan turbin. Rantai ini dibatasi oleh Carnot limit dan biasanya membuat efisiensi termal berada di kisaran 40%.
ZC-DCFC diklaim tidak mengalami kehilangan energi yang sama karena tidak bergantung pada pembakaran. Dengan konversi langsung dari energi kimia ke listrik, efisiensinya disebut berpotensi mencapai 90%.
Karbon dioksida tetap muncul, tetapi tidak dilepas bebas
Meski tidak dibakar, batu bara yang masuk ke ruang anoda tetap menghasilkan karbon dioksida. Perbedaannya ada pada penanganan gas tersebut, karena karbon dioksida ditangkap di lokasi dan tidak dibuang ke atmosfer.
Gas itu kemudian dapat diubah menjadi bahan kimia berguna seperti synthesis gas atau distabilkan menjadi senyawa seperti sodium bicarbonate. Hasilnya bisa dimanfaatkan untuk aplikasi industri, bahan baku kimia, atau flue gas treatment.
Arah pengembangan sejak 2018
Tim Xie Heping telah mengembangkan pendekatan ini secara bertahap sejak 2018. Fokus pengembangannya mencakup persoalan material dan daya tahan sel, dua hal yang selama ini menjadi tantangan besar dalam direct carbon fuel cell.
Versi awal teknologi ini diketahui punya densitas daya rendah dan umur operasi yang pendek. Desain terbaru diklaim lebih baik dalam skalabilitas stack, stabilitas jangka panjang, dan efisiensi konversi karbon.
Potensi untuk batu bara dalam tanah
Xie juga mengklaim konsep ini dapat diterapkan pada lapisan batu bara dalam yang berada sekitar 1,2 mil di bawah permukaan. Dalam skenario itu, batu bara bisa diubah menjadi listrik langsung di tempat tanpa biaya besar untuk penambangan dan transportasi.
Jika pendekatan itu benar-benar bisa dijalankan, dampaknya tidak hanya penting bagi China. Negara-negara lain yang sudah meninggalkan tambang batu bara karena dominasi minyak mentah juga bisa melihat teknologi ini dari sudut pandang berbeda.
Relevansi di tengah kebutuhan listrik baru
Perhatian terhadap teknologi semacam ini ikut meningkat karena ledakan industri pusat data di China membutuhkan pasokan listrik dasar dalam jumlah besar. Di saat yang sama, tekanan untuk menekan emisi juga terus meningkat.
Karena itu, ZC-DCFC tidak hanya menarik sebagai inovasi laboratorium. Sistem ini juga dipandang sebagai upaya mencari cara baru memanfaatkan batu bara tanpa mengikuti pola pembakaran yang selama ini melekat pada industri tersebut.