Bab I Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Meningkatnya harga minyak dunia secara langsung mempengaruhi
harga bahan bakar minyak di dalam negeri dan juga berdampak pada
kenaikan harga kebutuhan pokok, hal ini menimbulkan keresahan di
berbagai lapisan masyarakat. Hal ini pun berdampak pada menurunnya
perkonomian nasional. Kondisi demikian membuat sebagian orang
mencari bahan bakar alternatif selain minyak bumi dan berusaha
menghemat konsumsi bahan bakar. Sehingga cadangan minyak bumi tidak
habis dan dapat dirasakan manfaatnya oleh generasi-generasi
berikutnya. Berbagai cara dilakukan untuk menghemat bahan bakar.
Bahkan, beragam alat untuk menghemat bahan bakar pun bermunculan di
pasaran. Namun disamping harganya cukup mahal, juga hasilnya kurang
maksimal. Salah satu hal yang menarik perhatian adalah penggunaan
hidrogen sebagai bahan bakar terbarukan. Di alam, hidrogen selalu
berada dalam bentuk gabungan (compound) dengan unsur lain. Dalam
hal ini objek molekul yang diamati adalah air, mengingat
ketersediaan air yang cukup melimpah.Air bahkan menutupi hampir 70%
permukaan bumi dan persediaannya mencapai 1,4 triliun km3 atau
setara dengan 330 juta mil.Sebagian besar air terdapat di lautan
dan di lapisan-lapisan es (di kutub dan puncak-puncak gunung). Air
bergerak mengikuti suatu siklus, yaitu penguapan, hujan, aliran air
di atas permukaan tanah (seperti mata air, sungai, dan muara yang
mengalir menuju ke laut), demikian seterusnya.
1.2 Identifikasi Masalah
Proses mendapatkan hidrogen dari sumber energi lain (reforming).
Dari berbagai sistem hydrogen reforming yang ada, elektrolisis
merupakan metode yang paling sederhana. Bagaimana prinsip
kerja/mekanisme kerja suatu elektroliser, dalam hal ini PEM
Elektroliser bagaimana pula efisiensi kerjanya serta pengaruhnya
terhadap lingkungan.
1.3 Tujuan Percobaan
Menentukan tegangan dekomposisi air Menentukan laju produksi
hidrogen pada berbagai jenis elektroliser Menentukan efisiensi
energi dan efisiensi faraday Mengamati berbagai pengaruh lingkungan
terhadap efisiensi elektroliser
Bab II Teori Dasar
2.1 Mengenali unsur HidrogenHidrogen (bahasa Latin: hydrogenium,
dari bahasa Yunani: hydro: air, genes: membentuk) adalah unsur
kimia pada tabel periodik yang memiliki simbol H dan nomor atom 1.
Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak berwarna, tidak
berbau, bersifat non-logam, bervalensi tunggal, dan merupakan gas
diatomik yang sangat mudah terbakar. Dengan massa atom 1,00794 amu,
hidrogen adalah unsur teringan di dunia.Hidrogen juga adalah unsur
paling melimpah dengan persentase kira-kira 75% dari total massa
unsur alam semesta. Kebanyakan bintang dibentuk oleh hidrogen dalam
keadaan plasma. Senyawa hidrogen relatif langka dan jarang dijumpai
secara alami di bumi, dan biasanya dihasilkan secara industri dari
berbagai senyawa hidrokarbon seperti metana.
2.1.1 Pembakaran
Hidrogen sangatlah mudah terbakar di udara bebas. Gambar diatas
merupakan peristiwa meledaknya pesawat Hindenburg pada tanggal 6
Mei 1937.Gas hidrogen sangat mudah terbakar dan akan terbakar pada
konsentrasi serendah 4% H2 di udara bebas. Entalpi pembakaran
hidrogen adalah -286kJ/mol. Hidrogen terbakar menurut persamaan
kimia:2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) + 572 kJ (286kJ/mol) Ketika dicampur
dengan oksigen dalam berbagai perbandingan, hidrogen meledak
seketika disulut dengan api dan akan meledak sendiri pada
temperatur 560C. Lidah api hasil pembakaran hidrogen-oksigen murni
memancarkan gelombang ultraviolet dan hampir tidak terlihat dengan
mata telanjang. Oleh karena itu, sangatlah sulit mendeteksi
terjadinya kebocoran hidrogen secara visual. Kasus meledaknya
pesawat Hindenburg adalah salah satu contoh terkenal dari
pembakaran hidrogen. Karakteristik lainnya dari api hidrogen adalah
nyala api cenderung menghilang dengan cepat di udara, sehingga
kerusakan akibat ledakan hidrogen lebih ringan dari ledakan
hidrokarbon. Dalam kasus kecelakaan Hidenburg, dua pertiga dari
penumpang pesawat selamat dan kebanyakan kasus meninggal disebabkan
oleh terbakarnya bahan bakar diesel yang bocor. H2 bereaksi secara
langsung dengan unsur-unsur oksidator lainnya. Ia bereaksi dengan
spontan dan hebat pada suhu kamar dengan klorin dan fluorin,
menghasilkan hidrogen halida berupa hidrogen klorida dan hidrogen
fluorida.
2.1.2 IsotopHidrogen memiliki tiga isotop alami, ditandai dengan
1H, 2H, dan 3H. Isotop lainnya yang tidak stabil (4H to 7H) juga
telah disintesiskan di laboratorium namun tidak pernah dijumpai
secara alami. 1H adalah isotop hidrogen yang paling melimpah,
memiliki persentase 99.98% dari jumlah atom hidrogen. Oleh karena
inti atom isotop ini hanya memiliki proton tunggal, ia diberikan
nama yang deskriptif sebagai protium, namun nama ini jarang sekali
digunakan. 2H, isotop hidrogen lainnya yang stabil, juga dikenal
sebagai deuterium dan mengandung satu proton dan satu neutron pada
intinya. Deuterium tidak bersifat radioaktif, dan tidak memberikan
bahaya keracunan yang signifikan. Air yang atom hidrogennya
merupakan isotop deuterium dinamakan air berat. Deuterium dan
senyawanya digunakan sebagai penanda non-radioaktif pada percobaan
kimia dan untuk pelarut 1H-spektroskopi NMR.Air berat digunakan
sebagai moderator neutron dan pendingin pada reaktor nuklir.
Deuterium juga berpotensi sebagai bahan bakar fusi nuklir
komersial. 3H dikenal dengan nama tritium dan mengandung satu
proton dan dua neutron pada intinya. Ia memiliki sifat radioaktif,
dan mereras menjadi Helium-3 melalui pererasan beta dengan umur
paruh 12,32 tahun. Sejumlah kecil tritium dapat dijumpai di alam
oleh karena interaksi sinar kosmos dengan atmosfer bumi; tritium
juga dilepaskan selama uji coba nuklir.Ia juga digunakan dalam
reaksi fusi nuklir,sebagai penanda dalam geokimia isotop,dan
terspesialisasi pada peralatan self-powered lighting.Tritium juga
digunakan dalam penandaan percobaan kimia dan biologi sebagai
radiolabel.
2.1.3 Keberadaan alamiHidrogen adalah unsur yang paling melimpah
di alam semesta ini dengan persentase 75% dari barion berdasarkan
massa dan lebih dari 90% berdasarkan jumlah atom. Unsur ini
ditemukan dalam kelimpahan yang besar di bintang-bintang dan
planet-planet gas raksasa. Awan molekul dari H2 diasosiasikan
dengan pembentukan bintang. Hidrogen memainkan peran penting dalam
pemberian energi bintang melalui reaksi proton-proton dan fusi
nuklir daur CNO.Di seluruh alam semesta ini, hidrogen kebanyakan
ditemukan dalam keadaan atomik dan plasma yang sifatnya berbeda
dengan molekul hidrogen. Sebagai plasma, elektron hidrogen dan
proton terikat bersama, dan menghasilkan konduktivitas elektrik
yang sangat tinggi dan daya pancar yang tinggi (menghasilkan cahaya
dari matahari dan bintang lain). Partikel yang bermuatan
dipengaruhi oleh medan magnet dan medan listrik. Sebagai contoh,
dalam angin surya, partikel-partikel ini berinteraksi dengan
magnetosfer bumi dan mengakibatkan arus Birkeland dan fenomena
Aurora. Hidrogen ditemukan dalam keadaan atom netral di medium
antarbintang. Sejumlah besar atom hidrogen netral yang ditemukan di
sistem Lyman-alpha teredam diperkirakan mendominasi rapatan
barionik alam semesta sampai dengan pergeseran merah z=4. Dalam
keadaan normal di bumi, unsur hidrogen berada dalam keadaan gas
diatomik, H2, Namun, gas hidrogen sangatlah langka di atmosfer bumi
(1 ppm berdasarkan volume) oleh karena beratnya yang ringan yang
menyebabkan gas hidrogen lepas dari gravitasi bumi. Walaupun
demikian, hidrogen masih merupakan unsur paling melimpah di
permukaan bumi ini. Kebanyakan hidrogen bumi berada dalam keadaan
bersenyawa dengan unsur lain seperti hidrokarbon dan air. Gas
hidrogen dihasilkan oleh beberapa jenis bakteri dan ganggang dan
merupakan komponen alami dari kentut. Penggunaan metana sebagai
sumber hidrogen akhir-akhir ini juga menjadi semakin penting.
2.1.4 Penemuan dan penggunaanGas hidrogen, H2, pertama kali
dihasilkan secara artifisial oleh T. Von Hohenheim (dikenal juga
sebagai Paracelsus, 14931541) melalui pencampuran logam dengan asam
kuat. Dia tidak menyadari bahwa gas mudah terbakar yang dihasilkan
oleh reaksi kimia ini adalah unsur kimia yang baru. Pada tahun,
Robert Boyle menemukan kembali dan mendeskripsikan reaksi antara
besi dan asam yang menghasilkan gas hidrogen. Pada tahun 1766,
Henry Cavendish adalah orang yang pertama mengenali gas hidrogen
sebagai zat diskret dengan mengidentifikasikan gas tersebut dari
reaksi logam-asam sebagai "udara yang mudah terbakar". Pada tahun
1781 dia lebih lanjut menemukan bahwa gas ini menghasilkan air
ketika dibakar. Pada tahun 1783, Antoine Lavoisier memberikan unsur
ini dengan nama hidrogen (dari Bahasa Yunani hydro yang artinya air
dan genes yang artinya membentuk) ketika dia dan Laplace mengulang
kembali penemuan Cavendish yang mengatakan pembakaran hidrogen
menghasilkan air. Hidrogen pertama kali dicairkan oleh James Dewar
pada tahun 1898 dengan menggunakan penemuannya, guci hampa.Dia
kemudian menghasilkan hidrogen padat setahun kemudian. Deuterium
ditemukan pada tahun 1931 Desember oleh Harold Urey, dan tritium
dibuat pada tahun 1934 oleh Ernest Rutherford, Mark Oliphant, and
Paul Harteck. Air berat, yang mengandung deuterium menggantikan
hidrogen biasa, ditemukan oleh Urey dkk. pada tahun 1932. Salah
satu dari penggunaan pertama H2 adalah untuk sinar sorot.Balon
pertama yang diisikan dengan hidrogen diciptakan oleh Jacques
Charles pada tahun 1783.Hidrogen memberikan tenaga dorong untuk
perjalanan udara yang aman dan pada tahun 1852 Henri Giffard
menciptakan kapal udara yang diangkat oleh hidrogen.Bangsawan
Jerman Ferdinand von Zeppelin mempromosikan idenya tentang kapal
udara yang diangkat dengan hidrogen dan kemudian dinamakan Zeppelin
dengan penerbangan perdana pada tahun 1900. Penerbangan yang
terjadwal dimulai pada tahun 1910 dan sampai pecahnya Perang dunia
II, Zeppelin telah membawa 35.000 penumpang tanpa insiden yang
serius.Penerbangan tanpa henti melewati samudra atlantik pertama
kali dilakukan kapal udara Britania R34 pada tahun 1919. Pelayanan
penerbangan udara dipulihkan pada tahun 1920 dan penemuan cadangan
helium di Amerika Serikat memberikan peluang ditingkatkannya
keamanan penerbangan, namun pemerintah Amerika Serikat menolak
menjual gas tersebut untuk digunakan dalam penerbangan. Oleh
karenanya, gas H2 digunakan di pesawat Hindenburg, yang pada
akhirnya meledak di langit New Jersey pada tanggal 6 Mei 1937.
Insiden ini ditayangkan secara langsung di radio dan direkam.
Banyak yang menduga terbakarnya hidrogen yang bocor sebagai akibat
insiden tersebut, namun investigasi lebih lanjut membuktikan sebab
insiden tersebut karena terbakarnya salut pabrik oleh keelektrikan
statis. Walaupun demikian, sejak itu keragu-raguan atas keamanan
penggunaan hidrogen muncul.
2.1.5 AplikasiSejumlah besar H2 diperlukan dalam industri
petrokimia dan kimia. Penggunaan terbesar H2 adalah untuk memproses
bahan bakar fosil dan dalam pembuatan ammonia. Konsumen utama dari
H2 di kilang petrokimia meliputi hidrodealkilasi,
hidrodesulfurisasi, dan penghidropecahan (hydrocracking). H2
memiliki beberapa kegunaan yang penting. H2 digunakan sebagai bahan
hidrogenasi, terutama dalam peningkatan kejenuhan dalam lemak
takjenuh dan minyak nabati (ditemukan di margarin), dan dalam
produksi metanol. Ia juga merupakan sumber hidrogen pada pembuatan
asam klorida. H2 juga digunakan sebagai reduktor pada bijih
logam.[63]Selain digunakan sebagai pereaksi, H2 memiliki penerapan
yang luas dalam bidang fisika dan teknik. Ia digunakan sebagai gas
penameng di metode pengelasan seperti pengelasan hidrogen atomik.
H2 digunakan sebagai pendingin rotor di generator pembangkit
listrik karena ia mempunyai konduktivitas termal yang paling tinggi
di antara semua jenis gas. H2 cair digunakan di riset kriogenik
yang meliputi kajian superkonduktivitas. Oleh karena H2 lebih
ringan dari udara, hidrogen pernah digunakan secara luas sebagai
gas pengangkat pada kapal udara balon. Baru-baru ini hidrogen
digunakan sebagai bahan campuran dengan nitrogen (kadangkala
disebut forming gas) sebagai gas perunut untuk pendeteksian
kebocoran gas yang kecil. Aplikasi ini dapat ditemukan di bidang
otomotif, kimia, pembangkit listrik, kedirgantaraan, dan industri
telekomunikasi.[68] Hidrogen adalah zat aditif (E949) yang
diperbolehkan penggunaanya dalam ujicoba kebocoran bungkusan
makanan dan sebagai antioksidan. Isotop hidrogen yang lebih langka
juga memiliki aplikasi tersendiri. Deuterium (hidrogen-2) digunakan
dalam reaktor CANDU sebagai moderator untuk memperlambat neutron.
Senyawa deuterium juga memiliki aplikasi dalam bidang kimia dan
biologi dalam kajian reaksi efek isotop. Tritium (hidrogen-3) yang
diproduksi oleh reaktor nuklir digunakan dalam produksi bom
hidrogen,[71] sebagai penanda isotopik dalam biosains, dan sebagai
sumber radiasi di cat berpendar. Suhu pada titik tripel hidrogen
digunakan sebagai titik acuan dalam skala temperatur ITS-90
(International Temperatur Scale of 1990) pada 13,8033kelvin.
2.1.6 Pembawa energiHidrogen bukanlah sumber energi, kecuali
dalam konteks hipotesis pembangkit listrik fusi nuklir komersial
yang menggunakan deuterium ataupun tritium, sebuah teknologi yang
perkembangannya masih sedikit.Energi matahari berasal dari fusi
nuklir hidrogen, namun proses ini sulit dikontrol di bumi.Hidrogen
dari cahaya matahari, organisme biologi, ataupun dari sumber
listrik menghabiskan lebih banyak energi dalam pembuatannya
daripada pembakarannya. Hidrogen dapat dihasilkan dari sumber fosil
(seperti metana) yang memerlukan lebih sedikit energi daripada
energi hasil pembakarannya, namun sumber ini tidak dapat
diperbaharui, dan lagipula metana dapat langsung digunakan sebagai
sumber energi.Rapatan energi per volume pada hidrogen cair maupun
hidrogen gas pada tekanan yang praktis secara signifikan lebih
kecil daripada rapatan energi dari bahan bakar lainnya, walaupun
rapatan energi per massa adalah lebih tinggi. Sekalipun demikian,
hidrogen telah dibahas secara meluas dalam konteks energi sebagai
pembawa energi. Sebagai contoh, sekuestrasi CO2 yang diikuti dengan
penangkapan dan penyimpanan karbon dapat dilakukan pada produksi H2
dari bahan bakar fosil. Hidrogen yang digunakan pada transportasi
relatif lebih bersih dengan sedikit emisi NOx, tapi tanpa emisi
karbon.Namun, biaya infrastruktur yang diperlukan dalam membangun
ekonomi hidrogen secara penuh sangatlah besar.
2.1.7 KeselamatanHidrogen mendatangkan beberapa bahaya kesehatan
pada manusia, mulai dari potensi ledakan dan kebakaran ketika
tercampur dengan udara, sampai dengan sifatnya yang menyebabkan
asfiksia pada keadaan murni tanpa oksigen. Selain itu, hidrogen
cair adalah kriogen dan sangat berbahaya oleh karena suhunya yang
sangat rendah.Hidrogen larut dalam beberapa logam dan selain
berpotensi kebocoran, juga dapat menyebabkan perapuhan hidrogen.
Gas hidrogen yang mengalami kebocoran dapat menyala dengan spontan.
Selain itu api hidrogen sangat panas, namun hampir tidak dapat
dilihat dengan mata telanjang, sehingga dapat menyebabkan kasus
kebakaran yang tak terduga.Data hal keselamatan hidrogen dapat
dikacaukan oleh beberapa sebab. Sifat-sifat fisika dan kimia
hidrogen sangat bergantung pada nisbah parahidrogen/ortohidrogen
yang memerlukan beberapa hari untuk mencapai kesetimbangan
(biasanya data yang diberikan merupakan data pada saat hidrogen
mencapai kesetimbangan). Parameter ledakan hidrogen, seperti
tekanan dan temperatur kritis ledakan sangat bergantung pada
geometri wadah penampung hidrogen.
2.2 Memproduksi Hidrogen
2.2.1.a Skala LaboratoriumDalam skala laboratorium hidrogen
biasanya dibuat dari hasil samping reaksi tertentu misalnya
mereaksikan logam dengan asam seperti mereaksikan antara besi
dengan asam sulfat.Fe(s) + H2SO4(aq) -> FeSO4(aq) +
H2(g)Sejumlah kecil hidrogen dapat juga diperoleh dengan
mereaksikan kalsium hidrida dengan air. Reaksi ini sangat efisien
dimana 50% gas hidrogen yang dihasilkan diperoleh dari air.CaH2(s)
+ 2 H2O(l) -> Ca(OH)2(aq) + 2 H2(g)Elektrolisis air juga sering
dipakai untuk menghasilkan hidrogen dalam skala laboratorium, arus
dengan voltase rendah dialirkan dalam air kemudian gas oksigen akan
terbentuk di anoda dan gas hidrogen akan terbentuk di katoda.2
H2O(l) -> 2 H2(g) + O2(g)
2.2.1.b Skala industriDalam skala industri hidrogen dapat dibuat
dari hidrokarbon, dari produksi secara biologi melalui bantuan alga
dan bakteri, melalui elektrolisis, ataupun termolisis. Produksi
hidrogen dari hidrokarbon masih menjadi primadona disebabkan dengan
metode ini bisa dihasilkan hidrogen dalam jumlah yang melimpah
sehingga metode yang lain perlu dikembangkan lagi akar meningkatkan
nilai ekonomi hidrogen.
2.2.2 Pembuatan Hidrogen dari HidrokarbonHidrogen dapat dibuat
dari gas alam dengan tingkat efisiensi sekitar 80% tergantung dari
jenis hidrokarbon yang dipakai. Pembuatan hidrogen dari hidrokarbon
menghasilkan gas CO2, sehingga CO2 ini dalam prosesnya dapat
dipisahkan. Produksi komersial hidrogen menggunakan proses steam
reforming menggunakan methanol atau gas alam dan menghasilkan apa
yang disebut sebagai syngas yaitu campuran gas H2 dan CO.CH4 + H2O
-> 3H2 + CO + 191,7 kJ/molPanas yang dibutuhkan oleh reaksi
diperoleh dari pembakaran beberapa bagian methane. Penambahan hasil
hidrogen dapat diperoleh dengan menambahkan uap air kedalam gas
hasil reaksi yang dialirkan dalam reactor bersuhu 130 C.CO + H2O
-> CO2 + H2 40,4 kJ/molReaksi yang terjadi adalah pengabilan
oksigen dari molekul air ke CO untuk menjadi CO2. Reaksi ini
menghasilkan panas yang dapat dipakai untuk menjaga suhu
reactor.
2.2.3 Pembuatan Hidrogen dari air Melalui elektrolisisHidrogen
dapat dibuat dari proses elektrolisis air dengan menggunakan suplai
energi yang dapat diperbaharuhi misalnya angina, hydropower, atau
turbin. Dengan cara elektrolisis maka produksi yang dijalankan
tidak akan menghasilkan polusi. Proses elektrolisis menjadi salah
satu proses yang memiliki nilai ekonomi yang urah dibandingkan
dengan menggunakan bahan baku hidrokarbon. Salah satu teknik
elektrolisis yang mendapatkan perhatian cukup tinggi adalah
elektrolisis dengan menggunakan tekanan tinggi dalam teknik ini
elektrolisis dijalankan untuk menghasilkan gas hidrogen dan oksigen
dengan tekanan sekitar 120-200 Bar. Teknik lain adalah dengan
dengan menggunakan elektrolisis temperature tinggi dengan teknik
ini konsumsi energi untuk proses elektrolisis sangat rendah
sehingga bisa meningkatkan efisiensi hingga 50%. Proses
elektrolisis dengan menggunakan metode ini biasanya digabungkan
dengan instalasi reactor nulklir disebabkan karena bila menggunakan
sumber panas yang lain maka tidak akan bisa menutup biaya peralatan
yang tergolong cukup mahal.2.2.4 Pembuatan hidrogen melalui proses
biologiBeberapa macam alga dapat menghasilkan gas hidrogen sebagai
akibat proses metabolismenya. Produksi secara biologi ini dapat
dilakukan dalam bioreactor yang mensuplay kebutuhan alga seperti
hidrokarbon dan dari hasil reaksi menghasilkan H2 dan CO2 Dengan
menggunakan metode tertentu CO2 dapat dipisahkan sehingga kita
hanya mendapatkan gas H2nya saja.2.3 Dekomposisi air dengan
gelombang radioDengan menggunakan gelombang radio maka kita dapat
menghasilkan hidrogen dari air laut dengan dasar proses
dekomposisi. Jika air ini diekspos dengan sinar terpolarisasi
dengan frekuensi 13,56 MHz pada suhu kamar maka air laut dengan
konsentrasi NaCl antara 1-30% dapat terdekomposisi menjdi hidrogen
dan oksigen.
2.4 TermokimiaTerdapat lebih dari 352 proses termokimia yang
dapat dipakai untuk proses splitting atau termolisis dengan cara
ini kita tidak membutuhkan arus listrik akan tetapi hanya sumber
panas. Beberapa proses termokimia ini adalah CeO2/Ce2O3, Fe3O4/FeO,
S-I, Ce-Cl, Fe,Cl dan lainnya. Reaski yang terjdi pada proses ini
adalah:2H2O -> 2H2 + O2Dan semua bahan yang dipergunakan dapat
didaur ulang kembali menuju proses yang baru.
2.5 Konsep Elektrokimia Dalam arti yang sempit elektrokimia
adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari peristiwa-peristiwa yang
terjadi di dalam sel elektrokimia. Sel jenis ini merupakan sistem
yang terdiri atas 2 buah elektrode dan larutan elektrolit,
peristiwa yang terjadi didalamnya adalah proses perpindahan
elektron (reaksi redoks) , dengan catatan : proses pelepasan
elektron (oksidasi) terjadi pada anoda dan proses penarikan
elektron (reduksi) terjadi pada katoda. Pada elektrokimia kedua
setengah sel (oksidasi dan reduksi) terjadi secara terpisah pada
elektroda-elektroda.Ada 2 macam sel elektrokimia : Sel Volta/sel
elektrokimia : reaksi redoks yang terjadi secara spontan ( reaksi
kimia yang dapat menghasilkan arus listrik) Sel Elektrolisis : Arus
listrik yang dialirkan kedalamnya menimbulkan reaksi redoks
/kimiaElektrolisisPada sel elektolisis arus listrik dari sumber
diluar sel dialirkan kedalam larutan di dalam sel. Ion-ion positip
(kation) bermigrasi ke elektroda negatip dan ion-ion negatip
(anion) bermigrasi ke elektroda positipElektrolit yang digunakan
bisa sebagai leburan dan sebagai larutan. Pada proses penggunaan
elektrolit kemungkinan terjadi reduksi atau oksidasi dari
molekul-molekul air harus pula diperhatikan. Misal ; pengendapan
logam pada katoda , maka potensial elektron dan atau konsentrasi
ion dalam larutan perlu diperhatikan. Elektroda yang digunakan
dapat bersifat elektroaktif/ lamban. Redoks (singkatan dari reaksi
reduksi/oksidasi) adalah istilah yang menjelaskan berubahnya
bilangan oksidasi (keadaan oksidasi) atom-atom dalam sebuah reaksi
kimia.Hal ini dapat berupa proses redoks yang sederhana seperti
oksidasi karbon yang menghasilkan karbon dioksida, atau reduksi
karbon oleh hidrogen menghasilkan metana(CH4), ataupun ia dapat
berupa proses yang kompleks seperti oksidasi gula pada tubuh
manusia melalui rentetan transfer elektron yang rumit.Istilah
redoks berasal dari dua konsep, yaitu reduksi dan oksidasi. Ia
dapat dijelaskan dengan mudah sebagai berikut: Oksidasi menjelaskan
pelepasan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion Reduksi
menjelaskan penambahan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau
ion.Walaupun cukup tepat untuk digunakan dalam berbagai tujuan,
penjelasan di atas tidaklah persis benar. Oksidasi dan reduksi
tepatnya merujuk pada perubahan bilangan oksidasi karena transfer
elektron yang sebenarnya tidak akan selalu terjadi. Sehingga
oksidasi lebih baik didefinisikan sebagai peningkatan bilangan
oksidasi, dan reduksi sebagai penurunan bilangan oksidasi. Dalam
prakteknya, transfer elektron akan selalu mengubah bilangan
oksidasi, namun terdapat banyak reaksi yang diklasifikasikan
sebagai "redoks" walaupun tidak ada transfer elektron dalam reaksi
tersebut (misalnya yang melibatkan ikatan kovalen).Reaksi
non-redoks yang tidak melibatkan perubahan muatan formal (formal
charge) dikenal sebagai reaksi metatesis.
2.6 Sifat Fisika Dan Kimia HidrogenSifat Fisika Titik lebur :
-259,140C Titik didih : -252,87 0C Warna : tidak berwarna Bau :
tidak berbau Densitas : 0,08988 g/cm3 pada 293 K Kapasitas panas :
14,304 J/gKSifat Kimia Panas Fusi : 0,117 kJ/mol H2 Energi ionisasi
1 : 1312 kJmol Afinitas electron : 72,7711 kJ/mol Panas atomisasi :
218 kJ/mol Panas penguapan : 0,904 kJ/mol H2 Jumlah kulit : 1
Biloks minimum : -1 Elektronegatifitas : 2,18 (skala Pauli) Konfig
electron : 1s1 Biloks maksimum : 1 Volume polarisasi : 0,7 3
Struktur : hcp (hexagonal close packed) (padatan H2) Jari-jari atom
: 25 pm Konduktifitas termal : 0,1805 W/mK Berat atom : 1,0079
Potensial ionisasi : 13,5984 eVGas hidrogen adalah gas yang mudah
terbakar. Gas hidrogen bersifat eksplosif jika membentuk campuran
dengan udara dengan perbandingan volume 4%-75% dan dengan klorin
dengan perbandingan volume 5%-95%. Disebabkan gas hidrogen sangat
ringan maka api yang disebabkan pembakaran gas hidrogen cenderung
bergerak ke atas dengan cepat sehingga mengakibatan kerusakan yang
sangat sedikit jika dibandingkan dengan api yang berasal dari
pembakaran hidrokarbon. Reaksi spontanitas ini biasanya di picu
oleh adanya kilatan api, panas, atau cahaya matahari. Entalpi
pembakaran gas hidrogen adalah -256 kJ/mol dengan reaksi:2 H2(g) +
O(g) -> 2H2O(l) + 572 kJHidrogen sangat reaktif dan bereaksi
dengan setiap unsur yang bersifat oksidator dan bersifat lebih
elektronegatif dibandingkan hidrogen seperti golongan halide.
Hidrogen dapat bereaksi secara spontan dengan klorin dan florin
pada temperature kamar membentuk hidrogen halide. Hidrogen juga
dapat membentuk senyawa dengan unsur yang kurang bersifat
elektronegatif misalnya logam dengan membentuk hidrida.Kelarutan
hidrogen dalam pelarut organic sangat kecil jika dibandingkan
dengan kelarutannya dalam air.Hidrogen dapat terserap dalam metal
seperti baja. Penyerapan hidrogen oleh baja ini menyebabkan baja
bersifat mudah patah sehingga menyebabkan kerusakan dalam pembuatan
peralatan. Dengan sifat ini maka ilmuwan dapat menyimpan ga
hidrogen dalam logam platinum.Pada suhu normal hidrogen terdapat
dalam bentuk diatomiknya akan tetapi pada suhu yang sangat tinggi
hidrogen terdisosiasi menjadi atom-ataomnya. Atom hidrogen sangat
reaktif dan dapat bereaksi dengan oksida logam seperti perak,
tembaga, timbale, bismuth, dan raksa untuk menghasilkan logam
bebasnya.Atom hidrogen juga dapat bereaksi dengan senyawa organic
untuk membentuk kompleks seperti dengan C2H4 membentuk C2H6 dan
C4H10.Pada tekanan yang sangat tinggi hidrogen bisa memiliki sifat
seperti logam
2.7 Kegunaan Hidrogen
2.7.1 Dalam kimia organik. Hidrogen sering dipakai untuk reaksi
hidrogenasi senyawa alkena atau alkuna untuk sintesis senyawa
organic. Senyawa hidrida misalnya MgH2, NaH, LiH dll sering dipakai
untuk reagen pereduksi senyawa organic dan hal ini sering dipakai
dalam proses sistesis senyawa organic misalnya untuk reduksi
senyawa aldehid atau keton.2.7.2 Dibidang Industri. Hidrogen banyak
digunakan dalam industri kimia maupun industri petrokimia.
Penggunaan terbesar hidrogen adalah untuk proses peng-upgrading-an
bahan bakar fosil dan untuk pembuatan gas NH3 sebagai bahan dasar
untuk industri pupuk. Dalam industri makanan hidrogen banyak
dipakai untuk meningkatkan kejenuhan minyak menjadi lemak seperti
banyak dipergunakan dalam industri margarine. Untuk industri
petrokimia maka hidrogen banyak dipakai untuk proses
hidrodealkilasi, hidrodesulfurasi, dan hidrocracking. Hidrogen juga
dipakai sebagai bahan dasar untuk industri penghasil methanol dan
industri penghasil HCl. Di industri pertambangan hidrogen dipakai
untuk agen pereduksi biji logam.2.7.3 Dalam bidang fisika dan
teknik. Hidrogen dipakai sebagai shielding gas untuk pengelasan.
Hidrogen juga dipakai sebagai zat pendingin rotor dalam generator
listrik di stasiun penghasil listrik. Disebabkan hidrogen memiliki
konduktifitas termal yang tingga maka hidrogen cair dipakai dalam
studi-studi kriyogenik meliputi penelitian superkonduktor. Karena
hidrogen sangat ringan maka banyak dipakai sebagai gas pengangkat
dalam balon dan pesawat udara kecil untuk tujuan
penelitian.Hidrogen di campur dengan nitrogen dipakai sebagai gas
pelaca kebocoran yang dapat diaplikasikan dalam bidang otomotif,
kimia, stasiun pembangkit listrik, aerospace, dan
telekomonikasi.Isotop hidrogen seperti Deuterium dipakai dalam
aplikasi reaksi nuklir sebagai medium yang dapat memperlambat laju
netron yang dihasilkan dari reaksi fisi dan fusi. Deuterium juga
dipakai untuk penanda reagen yang akan direaksikan untuk proses
sintesis. Tritium dihasilkan dari reactor nuklir dipakai untuk
produksi bom hidrogen dan sebagai label dalam cat luminasi.
2.8 Senyawaan Hidrogen
2.8.1 HidridaIstilah hidrida dipakai untuk menyatakan bahwa
bilangan oksidasi hidrogen yang bereaksi dengan unsur yang lain
adalah -1 dan dinotasikan sebagai H-. Beberapa contoh senyawa
hidrida adalah LiH, NaH, LiAlH4, BeH2 dan lainnya. Ikatan dalam
senyawa hidrida dapat bersifat kovalen hingga sangat bersifat ionic
dan hidrida ini bisa menjadi bagian molekul, oligomer, polimer,
padatan ion, layer dalam absorbsi kimia, atau bahkan menjadi bagian
dari suatu logam. Hidrida bereaksi sebagai basa lewis dan bersifat
sebagai reduktor dan bisa juga bisa bereaksi dengan radikal
hidrogen dan proton. Berbagai macam unsur dapat membentuk hidrida
dan sekarang menjadi subyek penelitian yang penting untuk menemukan
logam yang dapat menyimpan hidrogen untuk pembangkit listrik atau
baterai. Hidrida juga memerankan peranan yang penting dalam
sintesis senyawa organic disebabkan bersifat sebagai reduktor.
2.8.2 HidrokarbonDalam bidang organic senyawabhidrokarbon
didefinisikan sebagai senyawa yang pada dasarnya terdiri dari
hidrogen dan karbon, akan tetapi pengertian ini semakin meluas
disebabkan beberapa hidrokarbon juga mengandung unsur lain seperti
fosfor, nitrogen, belerang dan bahkan logam (organometalik).
Golongan hidrokarbon sangat luas diantaranya alkana, alkena,
alkuna, alkohol, ester, asam karboksilat, aldehid, keton, amida,
senyawa aromatic dan berbabagai macam makromolekul seperti golongan
proten, dan karbohidrat.Umumnya hidrokarbon merupakan sumber energi
utama yang ada di bumi akan tetapi dengan pertimbangan kondisi bumi
saat ini maka penggunaan energi ini mulai sedikit-demi sedikit
dialihkan ke sumber energi yang ramah lingkunga. Hidrokarbon juga
merupakan sumber atau bahan dasar untuk membuat berbagai macam
senyawa organic yang lain misalnya industru petrokimia menjadi
dasar untuk pembuatan senyawa kimia yang lain.
2.8.3 Hidrogen HalidaHidrogen halide adalah senyawa kimia yang
dihasilkan dari reaksi antara hidrogen dengan unsur halide yaitu
golongan 7 misalnya HF, HCl, HBr, dan HI. Senyawa HAt jarang
ditemukan di alam dan bersifat tidak stabil. Senyawa hidrogen
halide (HX) bersifat asam disebabkan kecenderungan mereka
melepaskan H+ dalam larutan. Kecuali HF maka hidrogen halide yang
lain adalah asam kuat. Dalam larutan sesama molekul halide dapat
membentuk ikatan hidrogen dimana ikatan ini menyebabkan beberapa
senyawa memiliki titik didih yang lebih tinggi dari yang
diperkirakan. Kecenderungan hidrogen bereaksi dengan halide ini
disebakan mereka memiliki perbedaan kelektronegatifitas yang cukup
besar. Berikut perbandingan ukuran atom dan momen dipole beberapa
hidrogen halide.
2.8.4 H2OAir merupakan oksida dari hidrogen dengan rumus H2O dan
air menjadi molekul yang paling banyak terdapat di bumi. Di alam
air terdapat dalam tiga wujud yaitu cair, padat, dan gas, tidak
bewarna, dan berbau. Terdapat banyak sekali senyawa kimia yang
larut dalam air sehingga tidak dipungkiri air merupakan pelarut
yang paling banyak dipakai. Air juga merupakan senyawa yang penting
bagi kehidupan manusia dan makhluk lain yang ada dibumi bisa
dibayangkan kehidupan makhluk hidup tanpa air bukan?Molekul air
memiliki dua atom hidrogen dan satu atom Oksigen yang terikat
secara kovalen. Oksigen mengikat hidrogen dengan kuat disebabkan
oksigen memiliki elektronegatifitas yang tinggi sehingga dihasilkan
kutub positif dan negative dalam molekul air sehingga hal ini
menyumbangkan bahwa molekul air memiliki momen dipole. Sesama
molekul air dapat membentuk ikatan hidrogen sehingga meningkatkan
titik didih air. Air dapat didiskripsikan sebagai molekul yang
memiliki kepolaran sehingga dapat terdeprotonasi dengan
reaksi:2H2O(l)H3O+ (aq) +OH? (aq)Konstanta disosiasi ini atau Kw
adalah 10-14 pada 25 C.
2.8.9 Sel bahan bakarSel bahan bakar (bahasa Inggris: fuel cell)
adalah sebuah alat elektrokimia yang mirip dengan baterai, tetapi
berbeda karena dia dirancang untuk dapat diisi terus reaktannya
yang terkonsumsi; yaitu dia memproduksi listrik dari penyediaan
bahan bakar hidrogen dan oksigen dari luar. Hal ini berbeda dengan
energi internal dari baterai. Sebagai tambahan, elektroda dalam
baterai beraksi dan berganti pada saat baterai diisi atau dibuang
energinya, sedangkan elektroda sel bahan bakar adalah katalitik dan
relatif stabil.Reaktan yang biasanya digunakan dalam sebuah sel
bahan bakar adalah hidrogen di sisi anode dan oksigen di sisi
kathoda (sebuah sel hidrogen). Biasanya, aliran reaktan mengalir
masuk dan produk dari reaktan mengalir keluar. Sehingga operasi
jangka panjang dapat terus menerus dilakukan selam aliran tersebut
dapat dijaga kelangsungannya.Sel bahan bakar seringkali dianggap
sangat menarik dalam aplikasi modern karena efisiensi tinggi dan
penggunaan bebas-emisi, berlawanan dengan bahan bakar umum seperti
methane atau gas alam yang menghasilkan karbon dioksida.
Satu-satunya hasil produk dari bahan bakar yang beroperasi
menggunakan hidrogen murni adalah uap air. Namun ada kekhawatiran
dalam proses pembuatan hidrogen yang menggunakan banyak energi.
Memproduksi hidrogen membutuhkan "carrier" hidrogen (Biasanya bahan
bakar fosil, meskipun air dapat dijadikan alternatif), dan juga
listrik, yang diproduksi oleh bahan bakar konvensional. Meskipun
sumber energi alternatif seperti energi angin dan surya dapat juga
digunakan, namun sekarang ini mereka sangat mahal.
2.10 Elektroliser PEM (Polymer Electrolite Membran)Meskipun
persediaan hidrogen di alam berlimpah, namun tidak dapat diperoleh
secara langsung. Hidrogen selalu berada dalam bentuk gabungan
(compound) dengan unsur lain. Untuk mendapatkan hidrogen, perlu
dilakukan pemisahan hidrogen dari compound-nya. Proses mendapatkan
hidrogen dari sumber energi lain ini disebut reforming dan alat
yang digunakannya disebut reformer.Dari berbagai hidrogen reforming
yang ada, elektrolisis merupakan metode yang paling
sederhana.Elektrolisis air adalah peristiwa penguraian senyawa air
(H2O) menjadi oksigen (O2) dan hidrogen gas (H2) dengan menggunakan
arus listrik yang melalui air tersebut. Reformer ini disebut
Elektroliser.
Gejala yang terjadi selama proses elektrolisis dapat dipelajari
dalam sel elektrolisis sederhana seperti pada gambar 1. Larutan
elektrolit diletakkan dalam sebuah bejana, kedalam bejana
dicelupkan dua buah elektroda yang masing-masing dihubungkan dengan
kutub positif (bertindak sebagai anoda) dan kutub positif (sebagai
katoda) sebuah baterai.Bila diberikan potensial listrik ion-ion di
dalam elektrolit akan bermigrasi ke arah elektroda yang
prioritasnya berlawanan dengan muatan ion tersebut. Pada katoda,
dua molekul air bereaksi dengan menangkap dua elektron, tereduksi
menjadi gas H2 dan ion hidrokida (OH-). Sementara itu pada anoda,
dua molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O2), melepaskan 4
ion H+ serta mengalirkan elektron ke katoda. Ion H+ dan OH-
mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul
air. Reaksi keseluruhan yang setara dari elektrolisis air dapat
dituliskan sebagai berikut.
Gambar 1. Sel Elektrolisis sederhana
PEM Elektrolizer bekerja berdasarkan proses reduksi-oksidasi
yang terjadi pada elektroda. Ketika tegangan DC diberikan pada
elektroda, air akan teroksidasi di anoda membentuk oksigen, proton
(ion hidrogen) dan elektron bebas. Hidrogen terkumpul secara
langsung di anoda, sedangkan proton bermigrasi melalui membrane
elektrolit polimer ke katoda untuk kemudian tereduksi menjadi
hidrogen dengan mengikat electron yang disuplai rangkaian
eksternal. Reaksi yang terjadi pada sistem selengkapnya adalah
sebagai berikut :
Dari konsep elektrokimia yang telah diuraikan diatas terlihat
bahwa sautu atom hidrogen memberikan kontribusi satu elektron
terhadap arus yang mengalir, sehingga hubungan antara arus yang
mengalir dengan volume hidrogen yang dihasilkan dapat ditentukan
dengan menghitung energy listrik yang digunakan dan jumlah hidrogen
yang dihasilkan. Hubungan ini telah dirumuskan dalam Hukum-I
Faraday tentang elektrolisis yang secara matematis dinyatakan
dengan persamaan berikut,
Bab III Prosedur Percobaan
3.1 Alat dan Bahan1. PEM Elektroliser2. Sumber daya variable3.
Dua buah multimeter4. Tangki air5. Tangki hydrogen 6. Stopwatch7.
Kabel-kabel penghubung
3.2 Prosedur Percobaan1. Menentukan Tegangan Dekomposisi Air
Menyusun rangkaian seperti pada gambar 3 Mengisi tangki air dengan
air deionisasi (aquades murni) Mengisi tangki hidrogen dengan
aquades Menaikkan tegangan dari 0 sampai maksimum 2 V dengan
interval 0,1 V. mencatat nilai arus yang terukur untuk setiap nilai
tegangan dan mengamati tangki hidrogen, apakah pada tegangan
tersebut sudah mulai dihasilkan hidrogen, lalu memberikan tanda
pada tegangan berapa hidrogen mulai terlihat. Memberi tenggang
waktu sekitar 20 detik untuk setiap pengukuran.
2. Menentukan Efisiensi Energi dan Efisiensi Faraday
Elektroliser PEM Menyusun rangkaian seperti gambar 3 Mengisi tangki
hydrogen dengan air sampai penuh, sebelumnya terlebih dahulu
membuang semua hidrogen yang tersisa Memberikan tegangan elektroda
sedikit diatas tegangan dekomposisi air (misal 1,6 V ). Memutuskan
untuk sementara, menyiapkan stopwatch. Jangan memberikan tegangan
> 2 V Menghubungkan elektroliser dengan sumber tegangan,
mencatat penunjukkan arus dan tegangan, dalam waktu yang bersamaan
memulai mengukur waktu yang dibutuhkan elektroliser untuk
menghasilkan sejumlah hydrogen, misal setiap satu strip pada tangki
hydrogen ( 5 cm3 ). Melanjutkan pengukuran dengan mencatat waktu,
arus dan tegangan setiap kali dihasilkan sejumlah hidrogen yang
sama sampai tangki hidrogen penuh Mengulangi pengukuran dengan dua
nilai tegangan elektroda yang berbeda (tidak lebih dari 2 V)
Bab IV Data Percobaan
1. Menentukan Tegangan Dekomposisi AirTegangan (Volt)Kuat arus
(Ampere)
1,40
1,50,02
1,60,04
1,70,06
1,80,07
1,90,09
20,11
2. Menentukan Efisiensi Energi dan Efisiensi Faraday
Elektroliser PEMTegangan (Volt)Kuat arus (Ampere)Waktu
(sekon)Volume (dm3)Volume (m3)
1,60,07000
1,60,074200,550,00055
1,60,074761,100,00110
1,60,075201,650,00165
1,60,075702,200,00220
1,60,076102,750,00275
1,60,076753,300,00330
1,60,077503,850,00385
Bab V Pengolahan Data
1. Buat kurva karakteristik I-V elektroliser dari hasil
pengukuran (1) diatas. Dari kurva tersebut tentukan tegangan
dekomposisi air.
Dari kurva diatas dapat diketahui tegangan dekomposisi air = 1.5
volt
2. Bandingkan hasil yang diperoleh dengan hasil referensi,
berikan pembahasan terhadap hasil yang diperoleh.diketahui
:tegangan dekomposisi air (literatur) = 1,23 volttegangan
dekomposisi air (percobaan) = 1.5 voltmaka,KSR = = =
3. Buat kurva volume hidrogen yang dihasilkan terhadap waktu
untuk setiap nilai tegangan yang diberikan, hitung laju produksi
hidrogen masing-masing.
Kurva diatas menunjukkan laju produksi (volume) hidrogen yang
meningkat untuk setiap nilai tegangan yang diberikan dengan semakin
bertambahnya waktu.
4. Hitung efisiensi energi dan efisiensi faraday elektroliser
dari setiap data yang diperoleh.Hukum faraday I : ; Dimana : V =
volume gas hidrogen yang dihasilkan secara teoritis (m3)R = 8,314
J/mol.Kp = 1Pa = 1 N/m2F = 96.485 C/molT = temperatur ruang dalam
KelvinI = arus, Amperet = waktu, sekonz = jumlah elektron untuk
membebaskan satu molekul
Tegangan (Volt)Kuat arus (A)waktu(s)Volume hasil(m3)Volume
hitung(m3)Efisiensi Faraday
1,60,070000
1,60,074200,00055345,800,000001590495661229560
1,60,074760,00110391,910,000002806757049228630
1,60,075200,00165428,140,000003853893332979320
1,60,075700,00220469,310,000004687776685729230
1,60,076100,00275502,240,000005475476866527990
1,60,076750,00330555,760,000005937850468590360
1,60,077500,00385617,510,000006234742992019870
Tugas Pendahuluan1. Turunkan persamaan 2.1.2. Dari persamaan
2.2, berikan analisis, faktor-faktor apa saja yang dapat di kontrol
agar elektrolizer dapat bekerja secara optimal.3. Selain
elektrolizer, tuliskan beberapa contoh reformer hidrogen yang lain,
lengkap dengan mekanisme kerjanya.4. Berikan beberapa contoh
mesin/equipment yang telah menggunakan hydrogen sebagai bahan
bakarnya.5. Berikan bahasan singkat mengenai prospek penggunaan
hidrogen sebagai bahan bakar terbarukan, sejauhmana pengembangannya
dan factor-faktor apa saja yang dapat merupakan kendala dalam
penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar. Jawaban -1. Penurunan
persamaan 2.1Keterangan :w = massa zat yang diendapkan (g).Q =
jumlah arus listrik = muatan listrik (C)e = tetapan = (gek : F) I =
kuat arus listrik (A)t= waktu (dt).gek = massa ekivalen zat
(gek).Ar = massa atom relatif F = bilangan faraday = 96 500 C.Massa
ekivalen = massa zat yang sebanding dengan 1 mol elektron
; ;
Sehingga,
2. faktor-faktor yang dapat di kontrol agar elektrolizer dapat
bekerja secara optimal : temperatur ruang tekanan ruang
3. Contoh reformer hidrogen berikut mekanisme kerjanya.
Hybrid Hydro Cyclo (HHC)Teknologi HHC adalah optimalisasi air
menjadi gas hidrogen sebagai bahan bakar alternatif yang
di-hybrid-kan dengan bahan bakar minyak pada berbagai jenis mesin
untuk meningkatkan daya pembakaran internal mesin.
Dengan HHC, alat yg di pasang di badan mobil atau motor untuk
menghasilkan gas hidrogen. Dengan menggunakan metode elektrolisis
air sistem water circle dengan daya listrik rendah akan
menghasilkan sistem pengkabutan air.
Alat HHC ini akan memadatkan bahan bakar pada saat langkah isap
mesin yang digabungkan dengan BBM sehingga diperoleh daya bakar
internal mesin yg jauh lebih optimum.
Dengan demikian, gas buang berupa CO yg merupakan gas beracun,
menjadi sangat rendah dan akan keluar air (H2O) sebagai ciri
pembakaran optimum sehingga ramah lingkungan.
4. Beberapa contoh mesin/equipment yang telah menggunakan
hidrogen sebagai bahan bakarnya. Generator Electrolizer Hemat BBM
dengan metode elektrolisis / Brown Energy
(Electrolyzer)electrolizer, Otomotive
Banyak sekali artikel-artikel mengenai penghematan BBM ini,
mulai dari menambahkan boster pada pengapian, sampai metoda
electrolisa ini.Gambar disamping adalah salah satu model
Electrolizer yang dapat menghemat penggunaan BBM pada kendaraan
bermotor hingga 50% lebih dan meningkatkan performa kendaraan
hingga 20%.
Alat yang disebut electrolizer ini menghasilkan HHO (2 part
Hydrogen + 1 Oxygen) gas yang sangat mudah terbakar yang kemudian
HHO ini dimasukan ke intake manifold pada kendaraan bermotor.
Dengan adanya campuran BBM + HHO yang kaya ini memungkinkan
pembakaran menjadi lebih sempurna sehingga BBM menjadi efisien.
Berikut adalah diagram sederhana Electrolyzer :
Sebenarnya teknologi ini sudah lama ada penemunya adalah Dr.
Yule Brown maka sering disebutnya sebagai brown's gas atau Bronwn
Energy dan sudah banyak yang mencoba membuatnya baik di luar negeri
maupun di indonesia , seperti di Jogjakarta adalah Bapak Joko
beliau juga membuat generator electrolyzer ini dan telah
menerapkanya ke lebih 1000 kendaraan di Jogja.
Selain untuk kendaraan berbahan bakar premium, alat ini juga
dapat di gunakan pada kendaraan bermesin Diesel yang berbahan bakar
solar.
Hybrid Hydro Cyclo (HHC)keprihatinan atas kondisi bumi yang
tercemarkan karena ulah manusia telah mendorong peduli lingkungan
hidup untuk menemukan tekonogi ramah lingkungan. Salah satunya
adalah temuan Hybrid Hydro Cyclo (HHC).Teknologi HHC adalah
optimalisasi air menjadi gas hidrogen sebagai bahan bakar
alternatif yang di-hybrid-kan dengan bahan bakar minyak pada
berbagai jenis mesin untuk meningkatkan daya pembakaran internal
mesin.
Keberhasilan teknologi HHC ini telah di buktikan pada uji emisi
gas buang kendaraan. Uji emisi yang dilakukan Dinas Perhubungan
Kota Bogor menunjukkan adanya penurunan emisi gas buang. Motor yang
telah dipasang HHC menunjukkan emisi gas buang berada di bawah
nilai ambang batas yang ditetapkan.
Lebih lanjut, bahwa sumber energi yang didapat dari proses
elektrolisis air menjadi gas hidrogen akan berdampak secara
ekonomis dan ramah lingkungan.
Dengan HHC, alat yg di pasang di badan mobil atau motor untuk
menghasilkan gas hidrogen. Dengan menggunakan metode elektrolisis
air sistem water circle dengan daya listrik rendah akan
menghasilkan sistem pengkabutan air.
Alat HHC ini akan memadatkan bahan bakar pada saat langkah isap
mesin yang digabungkan dengan BBM sehingga diperoleh daya bakar
internal mesin yg jauh lebih optimum.
Dengan demikian, gas buang berupa CO yg merupakan gas beracun,
menjadi sangat rendah dan akan keluar air (H2O) sebagai ciri
pembakaran optimum sehingga ramah lingkungan.
Hidrogen Reformator untuk Kendaraan Fuel Cell Sebuah sel bahan
bakar hidrogen onboard, pembaharu mobil adalah perangkat yang dapat
mengambil bahan bakar hidrokarbon cair (seperti bensin, propana ,
biodiesel , etanol dan biobutanol ) dan "mengubah" mereka menjadi
gas hidrogen yang dapat digunakan untuk daya sel bahan bakar
hidrogen kendaraan. The trick is to make them small enough to fit
within the confines of a vehicle without sacrificing cargo and/or
passenger space. Caranya adalah dengan membuat mereka cukup kecil
untuk muat dalam batas-batas kendaraan tanpa mengorbankan kargo dan
/ atau ruang penumpang. Further, they need to have quick enough
startup-to-hydrogen-production-speed to make them useful and
acceptable for normal everyday transportation. Selanjutnya, mereka
harus memiliki cukup cepat
startup-untuk-hidrogen-produksi-kecepatan untuk membuat mereka
berguna dan dapat diterima untuk transportasi sehari-hari
normal.
5. Bahasan singkat mengenai prospek penggunaan hidrogen.Metode
revolusioner menggunakan energi matahari untuk menghasilkan
hidrogen sebagai sumber energi yang bersih, aman, dan murah telah
dikembangkan para ilmuwan dari Israel, Swedia, Swiss, dan Perancis.
Teknik ini terutama ditujukan untuk mengekstrak seng murni lebih
mudah, cepat, dan ramah lingkungan guna mendorong produksi bahan
bakar hidrogen, menggantikan BBM yang semakin langka. Hidrogen
adalah salah satu kandidat sumber energi yang berpotensi sebagai
pegganti bahan bakar mesin kendaraan bermotor. Hidrogen dapat
ditemukan dalam jumlah yang sangat besar khususnya karena
terkandung di air. Selain itu, hidrogen tidak menghasilkan Polusi
udara saat dibakar dan menghasilkan energi yang lebih besar
daripada bahan bakar lainnya. Salah satu alasan utama mengapa
hidrogen belum dapat memasuki pasaran yang luas adalah harga
produksi dan ongkos transportasi yang masih tinggi. Meskipun bahan
Baku utama untuk memproduksi hidrogen adalah air, metode
elektrolisis yang paling umum digunakan untuk menghasilkan hidrogen
sekarang masih terlalu mahal. Perlu diketahui, elektrolisis akan
memecah molekul-molekul air menjadi atom-atom penyusunnya yaitu
hidrogen dan oksigen dengan mengalirkan Arus ke dalamnya. Proses
ini relatif sederhana namun membutuhkan arus yang sangat besar
sehingga membutuhkan biaya yang tinggi. Cara lainnya, memecah
molekul air dengan memanaskannya, kurang praktis karena membutuhkan
suhu di atas 2.500 derajat Celcius. Sebenarnya, beberapa tahun yang
lalu telah diketahui bahwa seng murni dapat digunakan untuk
mengambil oksigen dari air sehingga lepas dari hidrogen. Proses ini
dapat dilakukan pada suhu 350 derajat Celcius. Karena seng adalah
logam yang berlimpah dan merupakan empat besar logam yang
diproduksi - selain besi, aluminium, dan tembaga - menghasilkan
hidrogen mungkin dapat dilakukan secara alami. Masalahnya, untuk
memperoleh seng murni dari seng oksida yang tersedia di alam, baik
dengan proses elektrolisis maupun meleburnya, hanya dapat dilakukan
dengan konsumsi energi yang besar pula. Di samping itu, proses
ekstraksinya menghasilkan polusi karena seringkali dilakukan dengan
membakar bahan bakar fosil untuk menghasilkan panas dan listrik.
Ramah lingkungan Meskipun demikian para ilmuwan berhasil
menggantinya dengan cara yang ramah lingkungan menggunakan deretan
cermin yang memantulkan panas matahari ke satu titik. Reaktor yang
dibangun di Weitzman Institute di Israel ini dapat menghasilkan
panas hingga 1.200 derajat Celcius. Dengan menambahkan sedikit
karbon, seng murni dapat dipisahkan pada suhu tersebut. Dengan cara
ini tim ilmuwan dapat memperoleh sekitar 50 kilogram seng murni
setiap jam. Pendinginan seng murni menghasilkan bubuk seng yang
lebih mudah dipakai dan didistribusikan. Untuk menghasilkan
hidrogen murni, bubuk seng tinggal dicampur ke dalam air dan
dipanaskan pada suhu 350 derajat Celcius. Oksigen dalam air akan
berikatan dengan seng menjadi seng oksida dan sisanya adalah
hidrogen murni yang siap disimpan ke dalam tabung bahan bakar.
Sel bahan bakar hidrogen yang didengung-dengungkan secara luas
sebagai sumber energi yang bebas polusi bisa jadi tidak sebersih
dugaan semula. Demikian diungkapkan para ilmuwan dari California
Institute of Technology di Pasadena.Menurut para peneliti itu,
proses penyediaan hidrogen pada sel-sel bahan bakar bisa membuat
bumi lebih dingin, lebih berawan, dan menciptakan lubang ozon yang
lebih besar di kutub-kutub bumi. Mengapa? Karena dalam proses
produksi dan transportasinya, sekitar 10 hingga 20 persen gas itu
akan lepas memenuhi atmosfer, begitu ditulis dalam laporan
penelitian di journal Science.Peningkatan konsentrasi gas hidrogen
itu ke udara tepatnya dua molekul hidrogen dari level normal 0,5
ppm (parts per million) akan menciptakan lebih banyak air (H2O)
karena hidrogen (H2) akan bereaksi dengan Oksigen (O2). Akibatnya
langit bumi akan dipenuhi lebih banyak awan.Lubang Ozon MembesarSel
bahan bakar hidrogen dianggap sebagai bentuk energi multi guna,
yakni bisa dipakai untuk apa saja, mulai dari keperluan rumah
tangga hingga menjadi bahan bakar kendaraan. Hidrogen sekaligus
dipercaya sebagai ramah lingkungan karena tidak menghasilkan gas
buangan. Bahan ini berpotensi menggantikan bahan bakar fosil
(minyak bumi dan gas) yang dituduh sebagai biang keladi polusi
udara dan menimbulkan efek rumah kaca karena gas buangannya
menutupi atmosfer bumi.Namun simulasi komputer yang dilakukan untuk
menguji teori ini memperlihatkan bahwa penggunaan hidrogen
mengakibatkan suhu stratosferis turun hingga 0,5 derajat Celcius,
sehingga kedatangan musim semi di kutub Utara dan Selatan akan
terlambat. Selain itu lubang ozon yang terdapat di atas kedua
wilayah tersebut akan makin lebar, dalam dan bertahan
lama.Hilangnya lapisan ozon di bagian atas atmosfer membuat sinar
matahari menerobos langsung ke bumi dan akan meningkatkan resiko
kanker kulit. Adapun mengenai hilangnya lapisan ozon itu, banyak
orang menyalahkan penggunaan chlorofluorocarbon, bahan kimia yang
digunakan pada lemari es. Bahan ini sekarang telah dilarang
penggunaannya.Lapisan ozon yang bolong diharapkan bakal menutup
lagi dalam waktu 20 hingga 50 tahun seiring dengan hilangnya
chlorofluorocarbon dari atmosfer. Namun masuknya hidrogen ke
atmosfer dikatakan akan memperburuk kondisi ini. Bukan menyehatkan,
hidrogen barangkali justru memperparah penyakit yang diderita bumi
ini.
AnalisaInput tegangan pada percobaan pertama dari kurva
karakteristik I-V elektroliser dapat diketahui tegangan dekomposisi
air = 1.5 volt. Tegangan dekomposisi air adalah tegangan minimum
untuk dapat medekomposisi (mengurai) molekul air menjadi hidrogen
dan oksigen, hidrogen inilah yang digunakan untuk dimanfaatkan.
Jadi, berdasarkan percobaan ini dibutuhkan tegangan sebesar 1.5
volt untuk mendekomposisi molekul air menjadi hidrogen dan oksigen.
Perbandingan nilai tegangan dekomposisi air (KSR) literatur dan
percobaannya menghasilkan KSR sebesar 21.95%. nilai KSR yang cukup
besar, hal ini dapat disebabkan kesalahan alat, karena pada saat
praktikum power supply yang digunakan tidak bekerja optimum,
seperti tombol (arus dan tegangan) tidak bekerja sebagaimana
mestinya (rusak) sehingga praktikan mengalami kesulitan.Kurva
diatas menunjukkan laju produksi (volume) hidrogen yang meningkat
untuk setiap nilai tegangan yang diberikan dengan semakin
bertambahnya waktu.Efisiensi faraday menunjukkkan nilai yang
meningkat dengan semakin bertambahnya waktu.
Kesimpulan
PEM (Polymer Electrolite Membran) merupakan reformer yakni untuk
memperoleh hidrogen dengan meng-elektrolisis/memecah molekul air
menjadi hidrogen dan oksigen. PEM ini disebut elektroliser.Untuk
dapat mendekomposisi (menguraikan) molekul air menjadi hidrogen dan
oksigen dibutuhkan suatu tegangan minimum, tegangan minimum ini
disebut tegangan dekomposisi air. Jadi, berdasarkan percobaan ini
dibutuhkan tegangan sebesar 1.5 volt untuk mendekomposisi molekul
air menjadi hidrogen dan oksigen. Kurva laju produksi (volume)
hydrogen menunjukkan volume yang meningkat untuk setiap nilai
tegangan yang diberikan dengan semakin bertambahnya waktu.Efisiensi
faraday menunjukkkan nilai yang meningkat dengan semakin
bertambahnya waktu.
Daftar Pustaka
Achmad,Hiskia,Elektrokimia danKinetika Kimia, Citra AdityaBakti,
Bandung
http://id.wikipedia.org/wiki/Elektrolisis_air
Sumber : Kompas Cyber Media
http://google/Tekan Emisi Gas dengan Elektrolisis Molekul
Air
PEM ElektroliserPage 2
