Revolusi Teknologi Sel Bahan Api dalam Pengendalian Dron

Revolusi Perindustrian Keempat (IR 4.0) boleh dianggap sebagai anjakan paradigma terhadap pencapaian sains dan teknologi pada tahap inovasi yang lebih canggih, kreatif dan pintar berbanding dengan teknologi yang sedia ada. Tercetusnya IR 4.0 dapat dilihat daripada munculnya teknologi seperti superkomputer, pesawat tanpa pemandu atau dron, robot autonomi, integrasi sistem, keselamatan siber, dan lain-lain lagi. Penggunaan teknologi pintar ini memudahkan urusan seharian manusia dari sudut penjimatan masa serta meningkatkan kecekapan dan mutu sesuatu pekerjaan. Walaupun seluruh dunia sedang menuju ke arah IR 4.0, adakah semua pihak menyedari bahawa sumber tenaga yang digunakan sehari-harian, sebahagian besarnya masih lagi bergantung pada sumber yang tidak boleh diperbaharui seperti petroleum dan gas asli? Oleh sebab itu, penggunaan sumber tenaga yang boleh diperbaharui seperti sel bahan api ialah pendekatan yang boleh dikatakan tepat pada masanya.

Sel bahan api ialah teknologi yang berasaskan kepada tindak balas elektrokimia untuk menghasilkan tenaga elektrik. Secara umumnya, sel bahan api akan dibekalkan dengan hidrogen di bahagian anod (terminal negatif), gas oksigen di bahagian katod (terminal positif) dan dipisahkan oleh konduktor ion elektrolit. Penghasilan tenaga elektrik melalui sel bahan api adalah lebih efektif daripada penghasilan tenaga secara konvensional seperti enjin dan bateri. Hal ini kerana sel bahan api akan menghasilkan air dan haba sebagai hasil sampingan. Tambahan pula, sel bahan api dapat beroperasi untuk suatu tempoh yang lebih lama berbanding dengan bateri selagi bahan-bahan bakarnya seperti gas hidrogen dibekalkan secara berterusan. Sel jenis ini tidak perlu melalui proses pengecasan semula setelah digunakan untuk suatu tempoh seperti bateri.

Satu unit sel bahan api akan menghasilkan kuasa elektrik dalam kuantiti yang sedikit. Oleh sebab itu, setiap unit sel bahan api haruslah digabungkan dengan beberapa unit sel bahan api lain bagi menghasilkan kuasa yang tinggi. Kepelbagaian kuasa yang dapat dihasilkan oleh sel bahan api bermula daripada serendah-rendah miliwatt hingga megawatt. Hal ini menjadikannya sangat sesuai untuk digunakan dalam pelbagai aplikasi. Antara kelebihan lain daripada penggunaan sel bahan api ialah keupayaannya dalam menerima pelbagai jenis bahan bakar seperti ammonia, metana dan metanol. Di sebalik kelebihan tersebut, penyelidikan sel bahan api perlu dirancakkan dan diperkemas bagi menyelesaikan beberapa isu seperti kos, sensitiviti elektrod serta penguraian elektrod disebabkan oleh pemendakan karbon pada permukaan pemangkin. Dengan itu, penggunaan sel bahan api dapat diperluas pada masa akan datang seperti dalam teknologi dron.

Kini, teknologi dron telah banyak digunakan di kebanyakan negara untuk tujuan pengawasan dan pemantauan. Pada kebiasaannya, dron menggunakan bateri untuk beroperasi. Penggunaan bateri berasaskan logam litium seperti litium ion, sememangnya tidak asing lagi di seluruh dunia kerana ketumpatan tenaganya yang tinggi. Namun begitu, permasalahan timbul kerana bateri adalah berat dan hanyalah terhad kepada penghasilan kuasa antara 150 Wh/kg hingga 200 Wh/kg sahaja. Oleh sebab itu, penggunaan sel bahan api untuk diadaptasikan kepada dron atau pesawat tanpa pemandu secara tidak langsung dapat menyelesaikan beberapa cabaran dalam teknologi aviasi atau penerbangan. Penggunaan gas hidrogen dalam sel bahan api boleh dimanfaatkan kepada dron lantas menjadikan operasi dron lebih cekap berbanding dengan penggunaan bateri dan enjin biasa. Ketumpatan tenaga yang tinggi sel bahan bakar yang dijana oleh hidrogen ini memberikan lebih banyak tenaga per unit berat lantas menjadikan dron berada lebih lama di udara berbanding dengan tempoh masa antara 30 minit hingga 40 minit dengan menggunakan bateri.

Penggunaan sel bahan api ke atas dron memerlukan penelitian terhadap beberapa perkara seperti suhu, saiz dan berat sesuatu sel bahan api tersebut. Tambahan pula, tidak semua jenis sel bahan api sesuai digunakan ke atas dron seperti sel bahan api beralkohol atau alcoholic fuel cell, sel bahan api asid fosforik atau phosphoric acid fuel cell dan sel bahan api karbonat lebur atau molten carbonate fuel cell.

Pada masa ini, sel bahan api membran pemindahan proton atau proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) menjadi pilihan utama untuk digunakan ke atas dron. Hal ini dikatakan demikian kerana PEMFC beroperasi pada suhu yang rendah, iaitu antara suhu 80^o Celsius hingga 160^o Celsius dan tidak memerlukan elektrolit cecair yang menghakis dan berketumpatan tenaga kuasa yang tinggi. Sementara itu, bagi sel bahan bakar berasaskan metanol atau direct methanol fuel cell, isu seperti ketoksikan metanol dan pengeluaran karbon monoksida perlu diambil kira jika sel ini hendak digunakan ke atas dron. Selain itu, sel bahan api oksida pepejal (SOFC) juga boleh dijadikan sebagai pilihan untuk digunakan kepada dron kerana keupayaannya beroperasi pada suhu yang tinggi, iaitu lebih daripada suhu 400^o Celsius.

Sebagai contohnya, satu daripada kejayaan penyelidikan SOFC dapat dilihat apabila sekumpulan penyelidik daripada Pohang University of Science and Technology di Korea Selatan telah menggabungkan antara keluli tahan karat berpori dengan filem nipis bagi elektrolit dan elektrod yang berasaskan oksida logam. Penyelidikan yang diketuai oleh Profesor Gyeong Man Choi ini telah menghasilkan SOFC dengan ketumpatan kuasa sebanyak 560 mW/cm² pada suhu operasi 550^o Celsius. Hal ini menyebabkan SOFC sesuai digunakan untuk dron yang memerlukan ketumpatan kuasa yang tinggi dan kecepatan masa dihidupkan.

Melalui data ini, penyelidik berharap dron dapat berada di udara lebih daripada satu jam berbanding dengan menggunakan bateri. Di samping itu, sifat SOFC yang fleksibel terhadap bahan api yang digunakan telah dimanfaatkan oleh penyelidik dari Korea Institute of Science and Technology dengan menggunakan butana sebagai bahan bakar serta memasukkan pemangkin sekunder, iaitu kuprum, paladium dan rutenium ke dalam anod nanostruktur. Komposit SOFC ini berjaya beroperasi pada suhu 600^o Celsius dan sesuai untuk digunakan ke atas robot, dron dan kenderaan elektrik.

Penggunaan dron yang dijanakan tenaganya oleh SOFC juga telah dibangunkan oleh negara Jepun dengan kerjasama beberapa firma penyelidikan seperti Pro Drone Co. Ltd., Atsumitec Co. Ltd., Pusat Teknologi Alam Sekitar Jepun, Agensi Penyelidikan dan Pembangunan Nasional Jepun, Institut Sains dan Teknologi Perindustrian Lanjutan Jepun dan Pusat Penyelidikan untuk Bahan Berfungsi Jepun. Penghasilan dron ini menjadi lebih menarik apabila terdapatnya pembahagian tugasan yang spesifik dan kesediaan institusi penyelidikan ini untuk membantu antara satu sama lain dalam menjayakan projek dron yang dijana oleh SOFC.

Sebagai contohnya, syarikat Atsumitec menyediakan SOFC bersepadu (stacking), manakala syarikat Pro Drone Co. Ltd. pula menggunakan SOFC bersepadu ke dalam dron serta diberikan tugasan untuk mengurangkan berat keseluruhan dron tersebut. Dron yang berasaskan SOFC ini dapat berada di udara lebih lama dengan pengurangan berat sebanyak 60 peratus daripada dron konvensional. Tambahan pula, penggunaan gas petroleum cecair dalam sistem dron tersebut dijangka dapat memberikan kemudahan kepada sektor logistik, infrastruktur, pemantauan bencana, dan sebagainya.

Di Malaysia, teknologi dron telah berjaya menembusi pelbagai sektor seperti pertanian, pertahanan, kesihatan, dan lain-lain lagi. Pihak berkuasa telah menyediakan pelbagai latihan dan inisiatif melalui pelbagai badan yang dilantik seperti Pusat Kreativiti dan Inovasi Global Malaysia dan Malaysia Digital Economy Corporation dalam pengendalian dron agar dapat melahirkan masyarakat yang celik teknologi. Namun begitu, penyelidikan terhadap dron yang berasaskan kepada sel bahan api masih berada pada peringkat permulaan.

Pencapaian yang sepatutnya dibanggakan adalah apabila telah adanya kerjasama antara NanoCommerce Sdn. Bhd., iaitu anak syarikat NanoMalaysia Sdn. Bhd. dengan Pulsar UAV Sdn. Bhd. untuk membangunkan dron yang berasaskan hidrogen. Kerjasama seperti ini amat penting kerana industri dron global dilihat akan meningkat dan dapat memberikan keuntungan kepada negara pada masa akan datang. Tambahan pula, pencapaian ini seiring dengan hasrat kerajaan untuk menjadikan Malaysia sebagai pusat teknologi dron Asia Tenggara walaupun terdapat saingan daripada negara jiran seperti Thailand dan Singapura.

Secara keseluruhannya, keupayaan sel bahan api menggantikan bateri untuk digunakan kepada dron sememangnya tidak dapat dinafikan. Hal ini menjadikan teknologi dron mengalami revolusi baharu ke arah teknologi yang lebih canggih. Tambahan pula, penggunaan sel bahan api bukan dapat dimanfaatkan oleh dron sahaja. Kemajuan penciptaan ini turut sama boleh diaplikasikan kepada teknologi lain. Walau bagaimanapun, penyelidikan terhadap sel bahan api sudah tentunya dimantapkan dan perlu melepasi beberapa ujian saringan agar bersifat lebih mesra alam dan pengguna. Di samping itu, kerjasama antara semua pihak termasuklah ahli akademik, pemain industri, kerajaan, dan swasta haruslah dipertingkatkan bagi menjayakan hasrat Malaysia untuk terus maju ke hadapan.