Dunia saat ini sedang beralih dari bahan bakar fosil ke sistem energi rendah karbon. Analisis termodinamika sangat krusial untuk menentukan apakah sebuah teknologi baru benar-benar efisien atau hanya “hijau” di permukaan saja.
A. Termodinamika Ekonomi Hidrogen (Green Hydrogen)
Hidrogen dianggap sebagai pembawa energi masa depan. Namun, mengubah air menjadi hidrogen dan kembali menjadi energi memiliki tantangan termodinamika yang besar.
- Elektrolisis (Water Splitting): Memerlukan energi listrik dan panas. Secara termodinamika, efisiensi elektrolisis diukur berdasarkan LHV (Lower Heating Value) atau HHV (Higher Heating Value) dari hidrogen.
- Penyimpanan Hidrogen: Hidrogen memiliki kerapatan energi per massa yang sangat tinggi, tetapi kerapatan per volume yang sangat rendah. Termodinamika Kompresi dan Likuifaksi (mencairkan hidrogen pada -253°C) memakan sekitar 30% dari isi energi hidrogen itu sendiri. Ini adalah contoh nyata dari Eksergi yang Musnah.
B. Sel Bahan Bahan Bakar (Fuel Cells)
Berbeda dengan mesin pembakaran (Siklus Otto atau Diesel) yang dibatasi oleh Efisiensi Carnot, sel bahan bakar mengubah energi kimia langsung menjadi energi listrik.
- Keunggulan Termodinamika: Karena tidak melalui konversi panas menjadi kerja mekanik, sel bahan bakar secara teoretis dapat melampaui batas Carnot.
- Efisiensi Gibbs: Efisiensi maksimum sel bahan bakar ditentukan oleh rasio antara perubahan Energi Bebas Gibbs ($\Delta G$) dan Entalpi Reaksi ($\Delta H$):$$\eta_{\text{max}} = \frac{\Delta G}{\Delta H}$$
C. Carbon Capture and Storage (CCS)
Menangkap $CO_2$ dari cerobong asap pabrik adalah proses yang melawan hukum alam (menurunkan entropi campuran gas).
- Biaya Termodinamika: Memisahkan $CO_2$ dari campuran gas (seperti nitrogen) memerlukan energi minimum yang disebut Work of Separation.
- Hukum Kedua di CCS: Proses pemisahan gas selalu menghasilkan peningkatan entropi di lingkungan yang harus dibayar dengan input energi (Eksergi) yang besar. Analisis termodinamika membantu mencari pelarut kimia yang meminimalkan “Penalty Energy” ini.
📊 Ringkasan: “The Big Picture” Termodinamika
Setelah semua materi yang kita bahas, berikut adalah cara menghubungkan semuanya:
| Jika Anda ingin tahu tentang… | Gunakan Konsep… |
| Berapa banyak energi yang tersedia? | Hukum I (Energi Dalam, Entalpi) |
| Ke mana arah aliran energinya? | Hukum II (Entropi, Suhu) |
| Seberapa bagus kualitas energinya? | Eksergi |
| Apakah reaksi kimia bisa terjadi? | Energi Bebas Gibbs & Potensial Kimia |
| Mengapa air mendidih pada 100°C? | Termodinamika Statistik & Fungsi Partisi |
| Berapa cepat panas berpindah? | Termodinamika Tak-Setimbang |