Pendahuluan
Teknologi penyimpanan hidrogen dalam keadaan padat adalah salah satu arah inti untuk mengatasi hambatan dalam penyimpanan dan transportasi hidrogen. Material berbasis tanah jarang (seperti paduan penyimpanan hidrogen tipe AB₅) dan material berbasis magnesium (seperti MgH₂) saling melengkapi dalam hal densitas daya, biaya, dan keamanan karena perbedaan sifat materialnya. Pada April 2025, terobosan dalam industrialisasi kedua jenis material ini sering terlihat di sektor energi hidrogen global: Universitas Sains dan Teknologi China mengumumkan bahwa densitas penyimpanan hidrogen atmosferik dari tangki penyimpanan hidrogen berbasis tanah jarang mencapai 7,2wt%, dan ThyssenKrupp di Jerman merilis sistem penyimpanan hidrogen berbasis magnesium dengan siklus hidup melebihi 500 siklus. Artikel ini, berdasarkan perkembangan industri minggu ini, secara sistematis mengulas jalur teknologi, adaptabilitas skenario, dan praktik industrialisasi perusahaan domestik untuk kedua jenis material ini, serta mengeksplorasi jalur pengembangan kolaboratifnya.
I. Penyimpanan Hidrogen Padat Berbasis Tanah Jarang: "Teknologi Fondasi" untuk Skenario Densitas Daya Tinggi
1. Karakteristik Teknis dan Terobosan Inti
Material penyimpanan hidrogen berbasis tanah jarang, yang diwakili oleh LaNi₅ dan MmNi₅ (paduan nikel berbasis tanah jarang campuran), menyimpan hidrogen melalui reaksi hidrida logam. Keunggulan teknisnya meliputi:
Densitas Penyimpanan Hidrogen Volumetrik Tinggi: Di bawah tekanan normal, dapat mencapai 30-35 kg/m³ (lebih dari dua kali lipat penyimpanan hidrogen cair), cocok untuk skenario dengan ruang terbatas seperti kendaraan penumpang dan drone.
Stabilitas Rentang Suhu Luas: Rentang suhu operasi dari -30℃ hingga 100℃, dengan kinerja start dingin yang sangat baik pada suhu rendah (penyerapan hidrogen selesai dalam 5 menit).
Siklus Hidup: Tingkat laboratorium telah melebihi 10.000 siklus (diverifikasi oleh truk berat bertenaga hidrogen Toyota).
Kemajuan Utama pada April 2025:
Paduan Logam Transisi-Tanah Jarang Baru oleh USTC: Menggunakan sistem komposit CeCo₀.8Ni₀.2, densitas penyimpanan hidrogen mencapai 7,2 wt% di bawah tekanan normal 1 MPa, dengan siklus hidup melebihi 12.000 siklus, direncanakan untuk digunakan dalam proyek demonstrasi bus hidrogen Shanghai Lingang.
Lini Produksi Massal Berbiaya Rendah oleh China Northern Rare Earth: Diluncurkan di Baotou, Mongolia Dalam, dengan kapasitas produksi tahunan 50.000 set tangki penyimpanan hidrogen berbasis tanah jarang, menggunakan paduan berbasis Pr-Nd (kandungan lantanum-serium >60%), dengan biaya per tangki berkurang 40% dibandingkan produk impor.
Material Komposit Berbasis Tanah Jarang-Vanadium oleh Youyan Technology Group: Mengembangkan paduan baru (V₀.3Ce₀.7), dengan densitas penyimpanan hidrogen 35 kg/m³ di bawah tekanan 5 MPa, cocok untuk sistem propulsi kapal bertenaga hidrogen.
2. Skenario Aplikasi Inti dan Praktik Domestik
(1) Pasokan Hidrogen Dinamis untuk Kendaraan Sel Bahan Bakar
Adaptabilitas Teknis: Tangki penyimpanan hidrogen berbasis tanah jarang dapat memenuhi kebutuhan start-stop yang sering pada kendaraan sel bahan bakar. Sebagai contoh, truk berat bertenaga hidrogen China "Hydrogen Teng 3.0" dilengkapi dengan modul penyimpanan hidrogen berbasis tanah jarang, mencapai jarak tempuh 800 kilometer di jalur transportasi batu bara Ordos, dengan pengurangan konsumsi hidrogen sebesar 12% per 100 kilometer dibandingkan sistem hidrogen murni.
Kasus Terbaru: Shanghai Jie Hydrogen Technology bermitra dengan China Northern Rare Earth untuk mengintegrasikan tangki penyimpanan hidrogen berbasis tanah jarang ke dalam sistem penyimpanan stasiun pengisian hidrogen, kompatibel dengan stasiun pengisian hidrogen 35MPa, dengan target tingkat lokalisasi lebih dari 90% pada 2026.
(2) Pembangkit Listrik Terdistribusi untuk Pemangkasan Puncak
Solusi Integrasi Sistem: Tangki penyimpanan hidrogen berbasis tanah jarang diintegrasikan dengan sel bahan bakar untuk mencapai konversi dua arah "hidrogen-listrik". Sistem pembangkit listrik terdistribusi 50kW yang diluncurkan oleh Hyzon Motors Jerman dapat menyediakan pasokan daya stabil selama beban puncak jaringan, dengan efisiensi siklus 45%.
Aplikasi Domestik: Weishi Energy telah memperkenalkan sistem pembangkit listrik terdistribusi berbasis penyimpanan hidrogen tanah jarang-sel bahan bakar, cocok untuk skenario daya cadangan pusat data, mengurangi waktu respons menjadi 10 detik.
(3) Pasokan Daya Darurat dan Peralatan Berteknologi Tinggi
Solusi Toshiba: Sel bahan bakar 5kW yang dikombinasikan dengan tangki penyimpanan hidrogen berbasis tanah jarang telah digunakan sebagai pasokan daya cadangan di pusat data Tokyo.
Terobosan Domestik: Zhongzi Environmental Protection telah mengembangkan teknologi pemulihan katalis tanah jarang, mencapai tingkat pemulihan lebih dari 95% untuk lantanum dan serium melalui proses hidrometalurgi, mengurangi biaya sebesar 60% dibandingkan tanah jarang primer.
II. Penyimpanan Hidrogen Padat Berbasis Magnesium: "Pengganggu" untuk Penyimpanan Energi Durasi Panjang Berbiaya Rendah (LDES)
1. Karakteristik Teknis dan Terobosan Domestik
Material penyimpanan hidrogen berbasis magnesium (misalnya, MgH₂) menyimpan hidrogen melalui reaksi reversibel magnesium dan hidrogen, dengan densitas penyimpanan hidrogen teoritis 7,6wt%. Namun, kinetiknya lambat (membutuhkan aktivasi suhu tinggi). Terobosan teknologi pada 2025 berfokus pada:
Modifikasi Struktur Nano: Partikel magnesium diperkecil hingga di bawah 50nm melalui proses ball milling, mengurangi suhu penyerapan hidrogen dari 300°C menjadi 150°C dan meningkatkan laju penyerapan hidrogen tiga kali lipat.
Optimisasi Katalis: Katalis bimetal Ti/Fe yang dikembangkan oleh ThyssenKrupp meningkatkan siklus hidup MgH₂ dari 300 menjadi 500 siklus.
Kemajuan Utama pada April 2025:
Proyek Hidrogen Hijau Timur Tengah oleh China Energy Construction: Menggunakan tangki penyimpanan hidrogen berbasis magnesium untuk menyimpan kapasitas produksi hidrogen dari tenaga angin dan surya yang berfluktuasi, dengan durasi penyimpanan hidrogen 72 jam, mengurangi biaya sistem sebesar 40% dibandingkan penyimpanan hidrogen cair.
Lini Produksi Tahunan 200MWh oleh Yunhai Metals: Mendirikan lini produksi tangki penyimpanan hidrogen berbasis magnesium di Chizhou, Anhui, menggunakan proses ball milling-sintering terintegrasi, meningkatkan tingkat hasil hingga 75%, dan diterapkan dalam proyek fotovoltaik-hidrogen-penyimpanan terintegrasi di Qinghai.
Solusi Penyimpanan dan Transportasi Lintas Batas oleh Shanghai Magnesium Power: Bermitra dengan Mitsui untuk menguji coba "produksi hidrogen reformasi uap metana-penyimpanan berbasis magnesium" di Dubai, dengan kapasitas tangki penyimpanan hidrogen berbasis magnesium sebesar 10MWh, mengurangi volume sebesar 60% dibandingkan tangki hidrogen cair.
2. Skenario Aplikasi Inti dan Praktik Domestik
(1) Penyimpanan Energi Durasi Panjang Industri
Proyek Kota Baru NEOM di Arab Saudi: China Energy Engineering Corporation menyediakan sistem penyimpanan hidrogen berbasis magnesium 50MWh untuk mengurangi intermitensi pembangkitan tenaga angin dan surya, mengurangi biaya siklus hidup sebesar 40% dibandingkan penyimpanan hidrogen cair.
Material Penyimpanan Hidrogen Komposit Rare Earth-Magnesium oleh CATL: Mengembangkan material komposit Mg₂NiH₄/CeO₂, menurunkan suhu penyerapan hidrogen menjadi 150℃, cocok untuk truk berat di jalur transportasi batu bara Ordos, meningkatkan jarak tempuh hingga 1.000 kilometer.
(2) Pasokan Hidrogen Pulau dan Off-Grid
Proyek Kagoshima di Jepang: Toray menerapkan sistem elektroliser 5MW + penyimpanan hidrogen berbasis magnesium 20MWh untuk mencapai pasokan daya komunitas off-grid, mengurangi biaya siklus hidup sebesar 25% dibandingkan pembangkit listrik diesel.
Skenario Adaptasi Domestik: Yunhai Metals menyediakan sistem berbasis magnesium untuk Proyek Penyimpanan Angin-Surya-Hidrogen Qinghai, menyimpan kapasitas berfluktuasi selama 48 jam, mengurangi biaya sebesar 50% dibandingkan hidrogen cair.
(3) Perdagangan Energi Hidrogen Lintas Batas
Proyek Percontohan LNG ke Hidrogen Timur Tengah-Asia Timur: Shanghai Magnesium Power bekerja sama dengan Mitsui untuk mengangkut hidrogen dalam bentuk padat melalui laut ke Asia Timur, menghindari biaya tinggi dan risiko keamanan penyimpanan dan transportasi cair.
III. Perbandingan Jalur Teknis dan Strategi Pengembangan Kolaboratif
- Perbandingan Parameter Kinerja
|
Dimensi |
Penyimpanan Hidrogen Berbasis Tanah Jarang |
Penyimpanan Hidrogen Berbasis Magnesium |
|
Densitas Penyimpanan Hidrogen |
Densitas Massa 1,5-2,0 wt% |
Teoritis 7,6 wt%, volume >50 kg/m³ |
|
Suhu Operasi |
-30℃ hingga 100℃ |
150℃ hingga 300℃ (membutuhkan sumber panas) |
|
Siklus Hidup |
>10.000 siklus |
500-1.000 siklus (setelah optimisasi katalis) |
|
Biaya |
Tinggi (fluktuasi harga tanah jarang signifikan) |
Rendah (sumber daya magnesium melimpah) |
|
Keamanan |
Penyimpanan hidrogen pada tekanan atmosfer, tanpa risiko kebocoran |
Aktivasi suhu tinggi menimbulkan risiko runaway termal |
2. Skenario Aplikasi Kolaboratif dan Praktik Domestik
(1) Sistem Penyimpanan Hidrogen Hibrida
Skenario Stasiun Pengisian Hidrogen: Stasiun Pengisian Hidrogen Anting di Shanghai menggunakan tangki penyimpanan hidrogen berbasis tanah jarang untuk menangani pengisian kendaraan frekuensi tinggi, sementara tangki penyimpanan hidrogen berbasis magnesium menyimpan hidrogen hijau berbiaya rendah.Sistem kombinasi mengurangi biaya sebesar 20%.
Skenario Mikrogrid: Bahan tanah jarang memenuhi permintaan daya tinggi instan (seperti selama fluktuasi daya PV), sementara bahan berbasis magnesium menangani produksi dan penyimpanan hidrogen selama periode listrik off-peak murah di malam hari.
(2) Teknologi Modifikasi Material
Pengembangan Paduan Tanah Jarang-Magnesium: Misalnya, bahan komposit Mg₂NiH₄ mencapai kepadatan penyimpanan hidrogen 3,5wt% dan menurunkan suhu penyerapan hidrogen menjadi 100℃, saat ini dalam tahap uji coba pilot.
Proses Nano-Coating: Melapisi partikel magnesium dengan oksida tanah jarang (seperti CeO₂) menghambat dekomposisi hidrogen, meningkatkan umur siklus hingga 800 siklus.
IV. Tantangan Industrialisasi dan Peluang Kebijakan
1. Hambatan Teknis dan Arah Pemecahan
Serangkaian Tanah Jarang: Fluktuasi pasokan tanah jarang ringan (misalnya, lantanum, serium) mendorong kenaikan biaya, perlu pengembangan sistem bebas kobalt/nikel (misalnya, paduan penyimpanan hidrogen berbasis besi).
Serangkaian Berbasis Magnesium: Hasil garis produksi ribuan ton kurang dari 60%, membutuhkan terobosan dalam proses penggilingan bola otomatis dan teknologi manajemen termal.
2. Hubungan Kebijakan dan Modal
Kebijakan Dalam Negeri: Kementerian Keuangan telah memasukkan R&D bahan penyimpanan hidrogen berbasis tanah jarang dalam lingkup subsidi, dengan subsidi maksimum 500.000 yuan per kendaraan; sistem penyimpanan hidrogen berbasis magnesium menerima subsidi 0,3 yuan/Wh berdasarkan kapasitas ESS.
Penempatan Modal: Pada Q1 2025, pendanaan dalam negeri di sektor energi hidrogen melebihi 20 miliar yuan, dengan jalur penyimpanan hidrogen padat menyumbang 35%, fokus pada bahan berbasis magnesium (Yunhai Metals, Magnesium Power) dan katalis tanah jarang (Zhongzi Environmental Protection).
V. Prospek Masa Depan: Dari Penggerak Dual-Roda ke Kompetisi dan Kerja Sama Global
Jangka Pendek (2025-2030): Tanah jarang mendominasi transportasi dan skenario terdistribusi, sementara berbasis magnesium fokus pada ESS industri dan perdagangan lintas batas.
Jangka Menengah (2030-2035): Bahan paduan tanah jarang-magnesium mencapai komersialisasi, dan sistem penyimpanan hidrogen hibrid menjadi mainstream.
Jangka Panjang (pasca-2035): Penyimpanan hidrogen padat, hidrogen cair, dan penyimpanan hidrogen cair organik membentuk kompetisi rute teknologi multi, mendorong biaya seluruh rantai energi hidrogen lebih dekat ke energi tradisional.
Kesimpulan Inti: Perusahaan domestik, melalui strategi penggerak dual-roda "tanah jarang menjaga transportasi dan berbasis magnesium memperluas ESS," telah mengembangkan kemampuan full-chain dalam material, integrasi sistem, dan perdagangan lintas batas. Di masa depan, perlu lebih lanjut memecahkan hambatan seperti manajemen termal dan manufaktur berskala besar, mendorong transisi teknologi penyimpanan hidrogen padat dari laboratorium ke aplikasi berskala besar, dan memberikan solusi Cina dengan keunggulan biaya dan kinerja bagi industri energi hidrogen global.
