Transformasi Desa: Membangun Akses Tenaga di Malaysia dengan Teknologi Sel Fuel Oksida Pepejal (SOFC) dan Tenaga Keterbaharuan

Penulis: Dyg Siti Nurzailyn Abg Shamsuddin, Ahmad Faris Mohd Fekeri, Prof. Madya. Dr. Masli Irwan Rosli
Jabatan Kejuruteraan Kimia dan Proses, Fakulti Kejuruteraan & Alam Bina,
Universiti Kebangsaan Malaysia

Di kebanyakan negara-negara membangun termasuk Malaysia, liputan bekalan elektrik yang terhad adalah cabaran yang biasa dialami terutama kepada penduduk luar bandar. Berdasarkan statistik, 3.8% daripada populasi rakyat Malaysia tinggal di bawah garis kemiskinan dan majoriti individu yang bertaraf miskin terkumpul di kawasan luar bandar. Malangnya, liputan bekalan elektrik di kawasan-kawasan ini hanya kira-kira 79%, berbeza dengan liputan 99% yang diperhatikan di kawasan bandar sekitar Semenanjung Malaysia [1].

Keadaan geografi yang mencabar dan pelaburan awal yang besar menjadi kekangan untuk memperbesar liputan bekalan elektrik melalui perluasan grid tenaga di kawasan-kawasan terpencil ini. Justeru, sumber tenaga keterbaharuan muncul sebagai alternatif sebagai bahan tenaga di kawasan luar bandar, yang bukan sahaja dapat membekalkan elektrik, malah dapat menguruskan sisa-sisa yang terhasil seperti daripada industri pertanian. Salah satu cara yang berpotensi tinggi adalah dengan mengolah sisa-sisa buangan yang boleh terbiodegradasi menjadi biogas yang kemudiannya boleh menjana tenaga atau elektrik. Proses pengubahan sisa-sisa menjadi biogas ini dikenali sebagai penguraian anaerobik. Ia melibatkan penguraian bahan organik dalam ketiadaan oksigen oleh mikroorganisma, menghasilkan biogas yang terutamanya terdiri daripada metana dan karbon dioksida. Salah satu sumber sisa yang dapat diolah menjadi biogas adalah daripada industri sawit atau industri sagu di Sarawak.

Di pedalaman hutan hujan Borneo, Sarawak, setiap tahun, sekitar 25,000 tan sisa-sisa sagu dihasilkan. Kuantiti ini cukup untuk mengisi lebih daripada 100 kolam renang bersaiz Olimpik. Bayangkan betapa banyak sisa terbuang ke dalam sungai yang akhirnya boleh mengakibatkan pencemaran air. Natijahnya, sungai menjadi keruh dan air menjadi tidak selamat untuk dijadikan sumber minuman. Malangnya, masih terdapat komuniti kecil penduduk asli yang tinggal berdekatan sungai tersebut dan sungai ini adalah kunci untuk kelangsungan hidup mereka. Oleh kerana mereka tidak mempunyai bekalan air bersih, sungai itu tetap menjadi sumber utama air minuman mereka, tempat bagi mereka mandi, mencuci pinggan dan pakaian. Sungai ini juga menjadi sumber makanan bagi mereka. Tanpa mengira umur, semua penduduk berdekatan tidak mempunyai pilihan selain menggunakan sungai yang tercemar ini untuk kelangsungan hidup.

Laporan daripada penduduk setempat membuktikan bahawa penggunaan air sungai tersebut menjejaskan kesihatan mereka, misalnya mengakibatkan iritasi kulit apabila bersentuhan untuk tempoh yang lama. Keadaan juga menjadi lebih buruk pada waktu malam. Tanpa bekalan air, mereka perlu mandi atau membuang air di kawasan sungai dalam kegelapan malam dan hanya ditemani cahaya bulan. Tanpa bekalan elektrik, mereka bergantung pada minyak tanah dan kayu untuk menerangi rumah-rumah mereka. Dengan keadaan sedemikian, bagaimana kita boleh mengharapkan mereka untuk menaikkan taraf hidup mereka? Seperti orang lain, mereka juga layak mendapatkan masa depan yang lebih baik. Hal ini dapat dicapai sekiranya mereka diberi peluang untuk mendapatkan bekalan elektrik dan sumber tenaga keterbaharuan seperti biogas yang dapat menjadi jalan penyelesaian bagi masalah ini.

Biogas secara amnya adalah sumber tenaga keterbaharuan yang boleh digunakan untuk menghasilkan elektrik, bahkan ia boleh mencukupi sehingga 20% permintaan gas di seluruh dunia [2], dan mengurangkan 10%-13% pelepasan gas rumah hijau dunia pada masa kini [3]. Kebiasaannya, biogas dibakar dalam enjin pembakaran dalam dan turbin stim yang mengubah biogas menjadi tenaga mekanikal yang menggerakkan penjana kuasa dan menghasilkan elektrik.

ARTIKEL BERKAITAN-Biogas: Keperluan dan Aspek-aspek Keselamatan

Biogas juga boleh diubah menjadi elektrik melalui teknologi lain seperti sel fuel. Terdapat banyak kategori sel fuel yang sedang dibangunkan antaranya sel fuel membran pertukaran proton (PEMFC). Terdapat beberapa kajian yang telah dijalankan yang menunjukkan penggunaan sel bahan bakar pertukaran proton (PEMFC) dalam mengubah biogas menjadi elektrik [4]–[7]. Walau bagaimanapun, kaedah ini memerlukan penyulingan biogas sebelum dapat digunakan, yang boleh mengakibatkan kos operasi menjadi tinggi. Pilihan lain adalah sel fuel oksida pepejal (SOFC), yang boleh mengubah biogas menjadi elektrik secara langsung.

SOFC adalah jenis sel fuel yang menggunakan elektrolit pepejal untuk menghasilkan tenaga elektrik melalui tindak balas elektrokimia antara bahan bakar dan udara. SOFC telah menarik perhatian besar dalam beberapa tahun ini kerana mempunyai kecekapan yang tinggi dan pelepasan karbon dioksida yang rendah, menjadikannya teknologi yang menjanjikan pengeluaran tenaga yang bersih dan cekap daripada pelbagai jenis bahan bakar, termasuk biogas. Kelebihan SOFC yang mana biogas boleh digunakan secara langsung sebagai bahan bakar untuk menghasilkan tenaga elektrik menjadikan pembangkit elektrik tenaga biogas SOFC sebagai pilihan yang menjanjikan untuk penghasilan tenaga lestari.

Dalam usaha untuk mendapatkan tenaga bersih dan lestari, Sel fuel Oksida Pepejal (SOFC) telah muncul sebagai teknologi yang berpotensi mengubah sektor penghasilan tenaga. Malaysia, sebagai negara yang sedang membangun dengan permintaan tenaga yang meningkat, berpotensi mendapat banyak manfaat daripada penggunaan teknologi SOFC. SOFC menawarkan beberapa kelebihan yang menjadikannya sesuai terutamanya untuk kawasan luar bandar di Malaysia, yang mana akses kepada tenaga elektrik sering terhad. Berikut adalah beberapa kelebihan penting pelaksanaan teknologi SOFC di kawasan luar bandar di Malaysia:

Penggunaan Langsung Biogas: Kelebihan penting SOFC berbanding dengan teknologi sel fuel lain, seperti Sel fuel Membran Pertukaran Proton (PEMFC), terletak pada kemampuannya untuk secara langsung menggunakan biogas sebagai sumber bahan bakar. Berbeza dengan PEMFC yang memerlukan hidrogen sebagai bahan mentah, SOFC boleh menerima biogas tanpa memerlukan proses penulenan gas yang mahal. Keserasian asas ini dengan biogas membolehkan Malaysia menggunakan sumber daya biogas yang berpotensi tinggi dan mengurangkan kos yang berkaitan dengan pemprosesan bahan bakar, menjadikan SOFC pilihan yang ideal untuk integrasi dengan loji biogas.

Penghasilan Tenaga Teragih: SOFC sangat berkesan dalam mengubah bahan bakar menjadi tenaga elektrik. Ciri ini menjadikannya sesuai untuk penghasilan tenaga teragih, yang mana tenaga elektrik boleh dihasilkan pada skala yang lebih kecil menggunakan sumber daya tempatan seperti biojisim dan biogas. Pemasangan sistem SOFC di kawasan luar bandar membolehkan penduduk setempat menghasilkan tenaga elektrik sendiri, mengurangkan kebergantungan pada grid tenaga terpusat dan meningkatkan akses kepada tenaga.

Sumber Tenaga Berterusan: Kawasan luar bandar sering menghadapi gangguan bekalan tenaga atau bekalan tenaga yang tidak stabil. Bahkan, sesetengah tempat seperti di pedalaman hutan hujan Borneo Sarawak, sesetengah penduduk lansung tidak mendapat akses elektrik. SOFC menawarkan sumber tenaga elektrik yang berterusan kerana ia beroperasi secara bebas daripada grid tenaga. Ini membolehkan penghasilan tenaga yang berpanjangan, memastikan perkhidmatan penting seperti telekomunikasi dan kemudahan kesihatan dapat berfungsi tanpa gangguan.

Kelestarian Alam Sekitar: SOFC dikenali dengan tahap pencemaran persekitaran yang rendah dan kebolehlestarian alam. Dengan menggunakan bahan bakar bersih dan tindakbalas elektrokimia, SOFC menghasilkan tenaga elektrik dengan pelepasan gas rumah hijau yang jauh lebih rendah berbanding dengan kaedah penghasilan tenaga berasaskan bahan bakar fosil yang tradisional. Pelaksanaan SOFC di kawasan luar bandar dapat mempromosi pembangunan lestari, menyumbang kepada pengurangan kesan alam sekitar dalam penghasilan tenaga dan dalam masa yang sama boleh mengurangkan sisa-sisa buangan.

Pemerkasaan Ekonomi: Teknologi SOFC juga dapat merangsang pertumbuhan ekonomi di kawasan luar bandar. Petani dan komuniti tempatan dapat menghasilkan pendapatan dengan menghasilkan dan menyediakan sumber bahan bakar yang diperlukan untuk sistem SOFC, seperti biojisim atau biogas. Penghasilan tenaga secara tempatan ini mendorong keusahawanan, mencipta peluang pekerjaan, dan kemandirian ekonomi dalam komuniti luar bandar.

Secara keseluruhan, pelaksanaan teknologi SOFC di Malaysia memberikan banyak manfaat seperti, kelestarian alam sekitar, dan pemerkasaan ekonomi. Dengan menggunakan bahan bakar tempatan yang tersedia, SOFC menyediakan sumber tenaga elektrik yang berterusan dan lestari, meningkatkan kualiti hidup dan mendorong perkembangan sosio-ekonomi dalam komuniti luar bandar.

Rujukan

[1]      H. Borhanazad, S. Mekhilef, R. Saidur, and G. Boroumandjazi, “Potential application of renewable energy for rural electrification in Malaysia,” Renew Energy, vol. 59, pp. 210–219, Nov. 2013, doi: 10.1016/J.RENENE.2013.03.039.

[2]      IEA, “Outlook for biogas and biomethane: Prospects for organic growth – Analysis – IEA,” 2020. Accessed: Aug. 31, 2021. [Online]. Available: https://www.iea.org/reports/outlook-for-biogas-and-biomethane-prospects-for-organic-growth

[3]      EBA, “EBA Statistical Report 2020 | European Biogas Association,” 2020. Accessed: Sep. 01, 2021. [Online]. Available: https://www.europeanbiogas.eu/eba-statistical-report-2020/

[4]      Y. O. Abdulsalam, A. S. Abdulkareem, H. Uthman, A. E. Afolabi, and G. A. Olugbenga, “Thermo-economic analysis of PEM fuel cell fuelled with biomethane obtained from human waste by computer simulation,” Sci Afr, vol. 9, p. e00485, Sep. 2020, doi: 10.1016/J.SCIAF.2020.E00485.

[5]      Y. Akimoto, Y. Minei, K. Okajima, L. M. Gandía, V. Meille, and F. Frusteri, “Evaluation of Impurity Concentration Process and Mitigation Operation in Fuel Cell System for Using Biogas,” Reactions 2021, Vol. 2, Pages 115-128, vol. 2, no. 2, pp. 115–128, May 2021, doi: 10.3390/REACTIONS2020010.

[6]      N. Anand, A. Bhattacharjee, K. Supradeepan, S. A. Singh, C. Chakraborty, and P. S. Ganesh, “Conversion of Biogas Generated from Anaerobic Digestion of Food Waste to Electricity Using Internal Combustion Engine and Fuel Cell,” pp. 53–91, 2022, doi: 10.1007/978-981-16-8094-6_4.

[7]      E. O. Koroglu, O. K. Ozdemir, B. Ozkaya, and A. Demir, “An integrated system development including PEM fuel cell/biogas purification during acidogenic biohydrogen production from dairy wastewater,” Int J Hydrogen Energy, vol. 44, no. 32, pp. 17297–17303, Jun. 2019, doi: 10.1016/J.IJHYDENE.2019.01.291.