Kota-kota di Jepang menggunakan kotoran sapi untuk menghasilkan energi.

Di Jepang, kotoran sapi diproses ulang untuk menghasilkan bahan bakar yang dapat digunakan untuk mobil dan traktor. Puluhan sapi tampak memperhatikan kami dengan curiga. Suara napas yang keluar dari hidung sapi-sapi mengingatkan saya pada adegan dalam film kartun.

Saat itu, di Hokkaido, sebuah pulau di utara Jepang, cuaca pagi tengah cerah dan bersalju.

Udara dingin membawa bau kotoran sapi yang tidak sedap. Namun, karena industri susu di wilayah tersebut berkembang pesat, bau ini sangat familiar.

Lebih dari satu juta sapi tinggal di pulau ini, yang menghasilkan lebih dari separuh susu dan produk susu negara.

Bagaimanakah kotoran sapi dapat diubah menjadi sumber energi?
Kami mengunjungi satu peternakan di Hokkaido yang berusaha mengubah bau menyengat udara ini menjadi sesuatu yang berharga: menghasilkan hidrogen dari kotoran sapi.

Hidrogen tidak mengeluarkan karbon saat dibakar, membuatnya menarik sebagai pengganti bahan bakar fosil.

Dengan demikian, di masa depan, ada kemungkinan bahwa hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar berkelanjutan untuk keperluan sehari-hari serta untuk menggerakkan kendaraan, kereta api, pesawat terbang, dan kapal.

Namun, metana—bahan bakar fosil yang disalurkan dari bawah tanah—masih merupakan metode produksi hidrogen yang paling umum saat ini.

Dengan menggunakan listrik, hidrogen juga dapat dihasilkan. Namun, proses ini bisa mahal dan hanya menghasilkan karbon yang rendah jika menggunakan sumber listrik terbarukan.

Namun, ladang hidrogen Shikaoi menggunakan kotoran sapi, yang merupakan limbah terbesar di Hokkaido. Sekitar 20 juta ton kotoran sapi diproduksi setiap tahun.

Kotoran tersebut dapat membahayakan lingkungan jika tidak diolah dengan benar.

Jika kotoran sapi dibiarkan bocor ke sungai dan anak sungai, itu dapat menimbulkan emisi metana yang signifikan dan mempengaruhi kualitas air.

Apakah kotoran ini dapat digunakan untuk menghasilkan energi berkelanjutan?

“Proyek ini bertujuan untuk memproduksi hidrogen dari kotoran ternak yang berasal dari Jepang dan merupakan proyek unik di tempat ini,” kata Maiko Abe dari Air Water, salah satu perusahaan yang berpartisipasi dalam proyek.

Kementerian Lingkungan Hidup Jepang meluncurkan proyek ini pada 2015.

Misi mereka adalah menghasilkan hidrogen dari produk pertanian dan peternakan untuk digunakan oleh masyarakat pedesaan lokal dalam ekonomi sirkular.

Sebelum dimasukkan ke dalam digester anaerobik di fasilitas pusat, urin dan kotoran sapi dikumpulkan dari peternakan sapi perah lokal.

Di sini, bakteri memecah limbah organik untuk menghasilkan biogas dan pupuk cair. Biogas kemudian dimurnikan menjadi metana, yang digunakan untuk membuat hidrogen.

Saat ini, pabrik dapat menghasilkan 70 meter kubik (18.500 galon) hidrogen, dan ada stasiun pengisian bahan bakar di lokasi yang dapat mengisi sekitar 28 mobil per hari yang dilengkapi dengan sel bahan bakar hidrogen, kata Abe.

Pabrik itu memiliki stasiun pengisian bahan bakar khusus untuk kendaraan pertanian, seperti traktor dan truk forklift. Namun, mobil dengan sel bahan bakar juga dapat menggunakan bahan bakar ini.

Karena ukurannya yang besar dan jenis pekerjaan yang dilakukannya, kendaraan pertanian ini sulit dialiri listrik dengan baterai.

Penggunaan kendaraan bertenaga hidrogen di lingkungan pertanian mengurangi emisi yang dihasilkan dari penggunaan bahan bakar alternatif.

Memanfaatkan hidrogen dari kotoran sapi adalah tantangan industri. Hidrogen yang dihasilkan oleh sapi ini disimpan dalam tabung yang diangkut dan digunakan untuk menghasilkan listrik dan panas untuk fasilitas lain di daerah tersebut, seperti budidaya ikan sturgeon lokal dan Kebun Binatang Obihiro yang terletak di dekatnya.

Namun, penyimpanan hidrogen menghadirkan beberapa masalah khusus.

Karena berat molekulnya yang rendah, hidrogen harus disimpan sebagai gas dalam tangki bertekanan tinggi.

Karena hidrogen dapat membuat wadah penyimpanan logam rapuh dan mudah terbakar, diperlukan tindakan pencegahan keselamatan tambahan saat menggunakannya.

Selain itu, hidrogen dapat disimpan dalam bentuk cairan dengan mendinginkannya hingga suhu kriogenik di bawah -253 derajat Celcius. Namun, metode ini dapat menghabiskan banyak energi dan membutuhkan banyak infrastruktur.

Berdasarkan massa, hidrogen memiliki kandungan energi hampir tiga kali lipat dari bensin, tetapi berat molekulnya yang rendah berarti bahwa energi yang dikemas dalam satu liter hidrogen cair adalah seperempat dari bensin berdasarkan volume.

Dibandingkan dengan bahan bakar fosil seperti bensin, solar, dan gas alam, hidrogen membutuhkan ruang penyimpanan yang lebih besar. Selain itu, memproduksi dan menyimpan hidrogen dalam skala besar membutuhkan banyak energi dan infrastruktur.

Selain masalah penyimpanan, proyek energi hidrogen di Hokkaido menghadapi masalah iklim utara Jepang.

Dalam musim dingin Hokkaido, teknologi baru diperlukan untuk memproduksi hidrogen secara stabil tanpa membekuan uap air dalam metana.

Menghasilkan hidrogen dari limbah pertanian agak jarang, tetapi dapat dicapai melalui proses yang dikenal sebagai reformasi uap. Proses ini biasanya digunakan untuk menghasilkan hidrogen dari gas alam.

Ini adalah tempat di mana uap yang dipanaskan hingga 800 derajat Celcius bereaksi dengan metana untuk menghasilkan hidrogen dan produk turunan karbon monoksida dan karbon dioksida (CO2).

“Karena awalnya berada di atmosfer, maka karbon ini dianggap netral,” kata Abe, menunjukkan bahwa dalam kasus kotoran sapi, proyek akan terus berlanjut karena karbon ini berasal dari rumput yang digembalakan sapi.

Selain itu, hal ini membantu mencegah gas rumah kaca yang kuat, metana, dari kotoran sapi, masuk ke atmosfer.

Setelah biogas diekstraksi, sisa kotoran ternak disemprotkan ke ladang di sekitarnya sebagai pupuk, sementara asam format yang dihasilkan dari proses tersebut dapat diberikan sebagai bahan pengawet untuk pakan ternak, kata Abe.

Abe, bagaimanapun, menyatakan bahwa dengan potensi laut, angin, dan panas bumi yang menjanjikan di Hokkaido, ada kemungkinan untuk beralih ke energi hijau, yang akan mengurangi emisi karbon dari listrik.

Tetapi ada masalah tambahan.

Permintaan yang rendah dan biaya tinggi bahan bakar fosil menghalangi ekspansi operasi.

Abe menyatakan bahwa biaya konstruksi stasiun hidrogen sangat tinggi.

Untuk mengelola investasi tahap awal, kami menjaga kapasitas pengisian tetap rendah karena kendaraan hidrogen belum tersebar luas. Seiring dengan meningkatnya adopsi, kami akan memperluas pasokan.

Untuk mendorong penggunaan kendaraan hidrogen di daerah tersebut, harga hidrogen akan disubsidi oleh pabrik sesuai dengan harga bensin.

Kota-kota besar Hokkaido seperti Sapporo dan Muroran sedang membangun stasiun pengisian bahan bakar hidrogen.

Jepang telah menginvestasikan sejumlah besar uang dalam pengembangan kendaraan hidrogen. Negara ini adalah pemimpin global dalam tren kendaraan hidrogen.

Kendaraan listrik bertenaga baterai masih lebih murah daripada kendaraan bertenaga hidrogen pada saat ini.

Meskipun ada kemungkinan kecil bahwa kotoran sapi akan memenuhi permintaan hidrogen Jepang,

Saat Shikaoi tengah menciptakan model ekonomi sirkular yang dimaksudkan untuk mengurangi biaya produksi, kotoran sapi dianggap dapat memberikan kontribusi yang signifikan.

Sebaliknya, minat untuk menghasilkan hidrogen dari limbah semakin meningkat di seluruh dunia. Limbah babi, unggas, dan bahkan sabut kelapa telah dieksplorasi sebagai bahan baku potensial.

Bahkan, produsen mobil Toyota di Thailand sedang mempertimbangkan untuk menggunakan hidrogen yang terbuat dari limbah ayam sebagai bahan bakar kendaraan mereka.

Para insinyur di University of Illinois Chicago di Amerika Serikat baru-baru ini mengembangkan teknik tambahan yang menjanjikan untuk menghasilkan hidrogen dari pupuk kandang.

Pupuk kandang, limbah tebu, dan kulit jagung digunakan untuk membuat biochar, zat kaya karbon yang sangat mengurangi jumlah listrik yang diperlukan untuk mengubah air menjadi hidrogen.

Di sisi lain, di kota Fukuoka di Kyushu, di selatan Jepang, produk limbah tambahan digunakan untuk menghasilkan hidrogen, dan kotorannya berasal dari manusia.

Hidrogen telah dibuat untuk bahan bakar kendaraan selama lebih dari sepuluh tahun di pabrik limbah kota. Baru-baru ini, ia digunakan untuk armada truk sampah.

Manajer pemanfaatan hidrogen Kota Fukuoka, Akira Miyaoka, mengatakan truk-truk yang mengangkut kebutuhan sehari-hari bukan pabrik besar yang menghasilkan karbon dioksida paling banyak.

Menurutnya, “oleh karena itu, kami berupaya mengurangi emisi CO2 dari truk komersial.”

Dimulai sebagai kerja sama antara Universitas Kyushu dan Kota Fukuoka, inisiatif ini sekarang melibatkan beberapa perusahaan besar termasuk Toyota.

Miyaoka mengatakan, “Limbah adalah sesuatu yang terus-menerus dibuang dalam kehidupan sehari-hari warga, jadi dengan memanfaatkan limbah tersebut secara efektif dan mengekstraksi hidrogen sebagai energi, kita dapat mencapai produksi dan konsumsi energi lokal.”

Ambulans, truk sampah, dan van pengiriman termasuk dalam armada kendaraan layanan bertenaga hidrogen pertama Jepang yang diluncurkan Toyota pada tahun 2024.

Seorang pejabat di pabrik pengolahan limbah mengatakan bahwa pabrik dapat menghasilkan 300 kilogram hidrogen dalam dua belas jam, yang cukup untuk bahan bakar untuk tiga puluh truk.

Truk sampah, yang mengangkut 1,7 ton sampah setiap minggu, berangkat pukul enam malam setiap minggu. Truk tersebut berjalan dengan tenang dan tidak mengeluarkan emisi.

Sejak 2015, stasiun pengisian bahan bakar bersumber limbah di Fukuoka telah beroperasi, dan metode serupa sekarang diterapkan di banyak negara lain di seluruh dunia.

Pabrik Concord Blue mengubah limbah dan biomassa menjadi hidrogen dan bioenergi di Jerman, India, Jepang, dan Amerika Serikat.

Beberapa lembaga pemerintahan Inggris yang menangani air juga sedang mengerjakan proyek untuk mendapatkan hidrogen dari limbah.

Di Inggris, hidrogen yang berasal dari limbah juga digunakan untuk membuat mobil balap prototipe.

Warwick Manufacturing Group (WMG), yang bekerja sama dengan Severn Trent Water, menggunakan bakteri yang menghasilkan hidrogen dari limbah. Mereka memperkirakan bahwa dalam lima tahun, ini dapat menjadi teknologi arus utama.

Penerbangan menyumbang 2% emisi karbon dunia dalam skala yang lebih besar, dan para peneliti di laboratorium di Inggris telah mengembangkan bahan bakar jet yang seluruhnya terbuat dari limbah manusia.

Meskipun ada harapan, semua teknologi ini belum dapat digunakan dalam skala yang signifikan.

Proyek Jepang yang ada yang berfokus pada komunitas lokal sangat menginspirasi di lanskap pedesaan dan perkotaan.

Mobil hidrogen belum banyak digunakan, tetapi truk hidrogen mulai muncul. Kontribusi paling signifikan terhadap emisi gas rumah kaca kendaraan adalah kendaraan industri yang lebih besar dan lebih berat.

Proyek-proyek ini menunjukkan bahwa energi dapat ditemukan di tempat-tempat yang paling tidak mungkin dengan menggunakan limbah sebagai sumber daya.