BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Perkembangan teknologi fuel cell di negara-negara
industri maju seperti Amerika dan Eropa dewasa ini semakin terpacu dengan
semakin digalakkannya swastanisasi pembangkit listrik tipe desentralisasi. Hal
ini sejalan pula dengan kesadaran cinta lingkungan sesuai dengan agenda 21,
Earth Summit di Rio De Janairo, Brazil, 2001.
Teknologi fuel cell menjanjikan
pembangkit listrik yang bebas polusi udara dan limbah beradiasi. Asal mulanya
diaplikasikan pada teknologi ruang angkasa (Stasiun Ruang Angkasa). Lambat laun
teknologi ini akan dapat bersaing karena ada tendensi yang sangat kuat yaitu
harga dan kerapatan energi yang dihasilkannya dapat bersaing dengan pembangkit
listrik BBM ataupun nuklir sekalipun. Hal mana amat sukar dicapai oleh tipe
energi terbarukan yang lain. Sebenarnya teknologi fuel cell pertama kali
ditemukan oleh Sir William Robert Grove pada tahun 1893, di mana ia
mendemonstrasikan pemecahan uap menjadi hidrogen dan oksigen dengan pemanasan
katalis seperti platinum. Pada masa sekarang, proses ini dinamakan teknologi
reformer.
Yang agak mengejutkan penemu teknologi
fuel cell (Sir William) adalah seorang sarjana hukum, akan tetapi nasib
mengubahnya menjadi seorang ahli fisika setelah ia jatuh sakit dan menjadi
profesor fisika di sebuah institusi di London antara tahun 1840 – 1847.
Kombinasi kedua disiplin ilmu itu pula yang menyebabkan ia terlibat pada
penyusunan Hukum Patent di dunia komersial. Perkembangan teknologi fuel cell
baru terasa setelah terjadi semakin pesatnya perkembangan teknologi material.
Perusahaan yang sukses dalam pengembangan aplikasi ini seperti misalnya Pratt
& Whitney telah berhasil mengaplikasikannya untuk misi penerbangan
antariksa Gemini IV dan suksesnya pendaratan Apolo di bulan. Hanya saja aliran bahan kimia di baterai tidak terus mengalir
sehingga akan terputus dan membuat kita untuk mengisi ulang baterai tersebut.
Sedangkan pada fuel cell, aliran bahan kimia mengalir terus ke dalam sel secara
sirkulasi sehingga tidak pernah terputus.
1.2 Tujuan Perobaan
1.
Untuk
mengetahui hubungan volume Hidrogen terhadap waktu
2.
Untuk
mengetahui aplikasi percobaan fuel cell
3.
Untuk
mengetahui prinsip kerja fuel cell
BAB II
DASAR TEORI
Krisis bahan bakar, kekhawatiran tentang ancaman lingkungan global,
kebutuhan mendesak akan energi dalam memperluas ekonomi baru dari dunia ketiga
sebelumnya, semuanya berkontribusi pada pertumbuhan teknologi energi terbarukan
yang semakin meningkat. Saat ini, energi angin adalah yang paling matang dan
hemat biaya. Sementara aplikasi lain yang lebih beragam dibahas, tetap fokus
pada konverter energi angin yang menghasilkan listrik. Ini terutama karena
sebagian besar pengalaman penulis adalah dengan sistem seperti itu. Namun,
dalam pertahanan yang lebih objektif dari sikap itu, dapat diamati bahwa sejauh
ini dampak terbesar teknologi angin pada pasokan energi dunia saat ini berasal
dari sistem yang menghasilkan jaringan listrik. Inovasi adalah tentang ide-ide
baru dan beberapa desain yang tidak biasa dievaluasi dalam buku ini.
Menjelajahi konsep alternatif tidak hanya memperdalam pemahaman tentang mengapa
pilihan utama lebih disukai tetapi juga menunjukkan di mana mereka harus
ditantang oleh alternatif yang memiliki janji signifikan. Bagaimanapun, ide-ide
merupakan bagian dari kemajuan teknologi dan mereka yang gagal dalam satu
perwujudan dapat diadaptasi kemudian dan berhasil bereinkarnasi. Seperti yang
dibahas sebentar lagi, pembangkitan kekuatan dari angin menghadirkan tantangan
yang unik. Berbeda dengan mobil dan rumah, misalnya energi adalah komoditas
yang hanya memiliki nilai utilitarian. Tidak ada yang lebih suka bensin
tertentu karena memiliki warna yang lebih bagus. Orang kaya dapat menikmati
keran kamar mandi emas atau emas tetapi tidak ada yang bisa membeli listrik
berlapis emas.
Energi harus memenuhi spesifikasi
kualitas yang umumnya ketat agar dapat berguna untuk level tegangan dan
frekuensi khususnya dalam hal listrik. Setelah itu, persyaratan utama adalah
bahwa itu tersedia dan semurah mungkin. Tujuan akhir dari inovasi dalam desain
turbin angin adalah untuk meningkatkan teknologi. Biasanya ini berarti
mengurangi biaya energi dan ini adalah dasar umum untuk mengevaluasi inovasi
dalam buku ini. Namun bahkan tujuan yang dinyatakan secara sederhana ini tidak
selalu merupakan kriteria terakhir. Dalam beberapa kasus, misalnya tujuannya
adalah untuk memaksimalkan pengembalian energi dari area lahan yang tersedia.
Terkadang biaya modal memiliki pengaruh dominan. Intinya adalah bahwa teknologi
apa pun harus disesuaikan secara akurat dengan spesifikasi desain teknik yang
mungkin mencakup masalah lingkungan, pasar, biaya, dan kinerja
Desain mungkin layak tetapi
memiliki konten rekayasa lebih banyak daripada pesaingnya dan karenanya tidak
mungkin efektif biaya. Lebih khusus lagi tidak ada dasar awal yang jelas untuk
menolak konsep-konsep baru dan diperlukan penilaian tingkat kedua. Diperlukan suatu metode sistematis untuk
meninjau secara kualitatif, dan jika mungkin secara kuantitatif, bagaimana
desainnya dibandingkan dengan teknologi yang ada dan untuk alasan apa mungkin
ada manfaatnya. Pada tahap ini, rincian, analisis memakan waktu mahal
dihalangi, tetapi ada kebutuhan besar untuk evaluasi parametrik dan analisis
sederhana yang dapat menjelaskan potensi konsep baru. Buku ini sangat banyak
tentang tahap evaluasi pendahuluan ini, bagaimana metode wawasan sederhana
dapat memberikan panduan pada titik di mana nilai inovasi terlalu tidak pasti
untuk membenarkan investasi substansial langsung atau desain rinci. Menurut
Murray, rujukan tertulis paling awal tentang kincir angin abad ke-5 SM
mencantumkannya, di antara hal-hal lain sebagai sesuatu yang tidak ada
hubungannya dengan umat Buddha yang taat, meskipun dalam konteks rotor kecil
yang digerakkan udara untuk menghibur anak-anak. Konsep aerodinamis rotor
karena itu kuno. Untuk menghasilkan listrik tidak berarti hanya digunakan untuk
turbin angin tetapi tentu saja yang utama dalam pertimbangan saat ini,
memerlukan koneksi rotor seperti itu ke generator listrik. Teknologi motor atau
generator listrik dimulai pada penemuan Faraday pada pertengahan abad ke-19.
Sekitar 60 tahun yang lalu dan sebelum industri angin modern, rumah tangga
rata-rata di Amerika Serikat mengandung sekitar 40 motor listrik.
Motor atau generator listrik
karena itu tidak kuno tetapi telah dalam produksi massal untuk waktu yang lama
dalam sejarah baru-baru ini. Tantangan teknologi angin modern terletak pada dua
area, spesifikasi turbin angin pembangkit listrik dan variabilitas angin.
Sebaliknya, untuk menghasilkan biaya listrik secara efektif adalah spesifikasi
dari turbin angin pembangkit listrik modern. Untuk memenuhi target ekonomi,
turbin angin tidak dapat dihadiri secara permanen, dan tidak dapat diterima
untuk dipertahankan. Namun setiap unit adalah stasiun mini-power mandiri, yang
membutuhkan untuk mengeluarkan listrik dari frekuensi dan tegangan standar ke
sistem grid. Efektivitas biaya adalah yang utama tetapi efisiensi masing-masing
unit tidak dapat dikorbankan dengan ringan. Seperti yang akan diuraikan
selanjutnya, energi adalah nilai utama sementara biaya modal dari komponen
tertentu hanya sebagian kecil dari biaya seumur hidup dan memiliki dampak yang
lebih rendah pada biaya energy, juga total kebutuhan lahan per output unit akan
meningkat seiring penurunan efisiensi. Seharusnya jelas bahwa teknologi angin
mencakup apa yang secara longgar disebut teknik teknologi tinggi dan teknologi
rendah. Mikroprosesor memainkan peran penting dalam mencapai pemantauan mandiri
instalasi tak berawak. Sebenarnya tidak ada yang sederhana tentang sistem apa
pun untuk menghasilkan listrik yang berkualitas. Generator diesel sudah dikenal
tetapi tidak sederhana, dan memiliki sejarah panjang pengembangan.
(Jamieson,
2011)
Sebagian
besar sel bahan bakar
operasional adalah sel bahan bakar suhu rendah yang menggunakan hidrogen dan oksigen sebagai reaktan. Sebagian besar
sel
ini beroperasi pada suhu
di bawah 500 K, dan sementara menurunkan suhu operasi meningkatkan efisiensi konversi, laju oksidasi atau output daya sel dapat ditingkatkan dengan meningkatkan tekanan sistem dan / atau
suhu. Sel bahan bakar redoks adalah sel bahan bakar oksigen hidrogen yang berbeda dari sel
bahan
bakar normal di mana reaksi kimia tidak terjadi pada elektron . Sel redoks
memiliki dua larutan elektrolit yang dipisahkan oleh membran penukar ion dan gas reaktan digelembungkan
melalui masing-masing elektrolit.
Sel ini secara inheren kurang efisien daripada sel konvensional tetapi memiliki
resistensi dan kerugian polarisasi yang lebih rendah dan berpotensi kepadatan arus yang lebih tinggi. Keuntungan utama sel ini adalah dapat beroperasi pada reaktan yang
relatif tidak murni.
Banyak penelitian sedang dilakukan pada pengembangan sel bahan bakar suhu tinggi
yang dapat digunakan untuk beroperasi dengan bahan bakar tidak murni dan murah, seperti
hidrokarbon. Untuk memanfaatkan bahan bakar hidrokarbon,
pertama-tama harus dipecah menjadi hidrogen dan karbon monoksida. Penggunaan
dua gas bahan bakar (karbon monoksida
dan
hidrogen) dalam sel bahan bakar mempersulit pemilihan elektrolit dalam sistem ini. Selain itu, karena sistem
ini
beroperasi pada
suhu
hingga
1200
K,
itu
menghalangi
penggunaan
elektrolit berair dan lainnya untuk elektrolit padat atau garam cair. Dua kemungkinan
elektrolit
untuk sistem ini adalah campuran oksida
atau semacam garam karbonat (CO3). Setiap sel bahan bakar yang berhasil harus memenuhi dua persyaratan utama yaitu invarian dan persyaratan
reaktivitas. Persyaratan invarian menentukan bahwa sistem harus dirancang
untuk beroperasi secara andal untuk jangka waktu yang lama. Tidak boleh ada
keracunan katalis oleh kotoran dalam reaktan, tidak ada penyumbatan
pori-pori elektroda, tidak ada
gelembung melalui
reaktan, dan tidak ada interdifusi og reaktan. Persyaratan reaktivitas berkaitan dengan memperoleh energi maksimum yang mungkin
dari reaksi kimia pada laju reaksi yang relatif tinggi. Jadi, penting bahwa semua atom bahan bakar teroksidasi sepenuhnya
selama operasi sel. Laju reaksi juga dapat ditingkatkan dengan menggunakan
elektroda berpori yang diambil untuk meningkatkan laju reaksi biasanya bertentangan dengan persyaratan invarian.
Sejumlah sel bahan bakar telah berhasil digunakan
untuk aplikasi khusus.
Sistem ini telah digunakan secara luas dalam program luar angkasa untuk aplikasi jangka pendek yang relatif seperti penerbangan ruang angkasa berawak dan misi Apollo ke bulan. Sayangnya, sel
bahan bakar belum berkembang ke titik di mana mereka dapat memasok energi listrik ekonomis dalam jumlah besar secara efisien untuk jangka waktu yang lama. Bahkan, beberapa orang yang bekerja di bidang ini memiliki keraguan bahwa sel bahan bakar akan pernah memenuhi aplikasi
tertentu itu. Energi elektromagnetik dapat dikonversi langsung menjadi energi listrik dalam sel
fotovoltaik, yang biasa disebut sel surya. Seperti sel bahan bakar , efisiensi konversi maksimum
sistem ini tidak dibatasi oleh efisiensi siklus mesin panas yang dapat dibalik secara eksternal.
Namun demikian, konversi energi matahari menjadi energi listrik terbatas pada
efisiensi konversi yang relatif rendah Prinsip pengoperasian sel fotovoltaik ditemukan oleh Adams and Day pada tahun 1876, menggunakan selenium. Pada tahun
1919,
Coblenz menemukan
bahwa tegangan diinduksi antara daerah yang diterangi dan gelap kristal semikonduktor.
Namun, konversi fotolistrik pada
dasarnya adalah fenomena laboratorium sampai 1941 ketika Ohl menemukan efek fotovoltaik di persimpangan p-n dari dua semikonduktor. (Rohsenow, 1973)
Aplikasi otomotif sering dikutip ketika membahas potensi
teknologi energi karena armada mobil yang besar di seluruh dunia menyiratkan
kebutuhan energi yang cukup besar. Oleh karena itu, bahan bakar harus murah,
stabil, relatif aman, mudah disimpan, mudah didistribusikan, dan mudah diisi
ulang. Dengan kata lain, penyimpanan hidrogen harus dapat dibalik. Ini tidak
berlaku untuk boron hidrida.
Hukuman energi yang
tinggi dan biaya regenerasi natrium borat (NaBO2) yang tinggi kembali ke SB mengkhawatirkan.
Kondisi reaksi jauh dari ringan dan efektif dan hasil lebih rendah dari target
60%.16,48 Masih hari ini diyakini bahwa sintesis SB memiliki manfaat melalui
daur ulang produk sampingnya. Liu dan Li10 secara khusus menekankan fakta bahwa
produk sampingan daur ulang adalah poin kunci untuk menurunkan biaya produksi
SB. Beberapa makalah mengulas berbagai proses daur ulang (yaitu reduksi termal
langsung, reduksi termal multi-langkah atau metode elektrokimia) dan untuk
informasi lebih lanjut, pembaca dapat merujuk ke referensi. Laporan oleh DOE AS
tidak menganalisis timbulan limbah yang tersirat dalam beberapa pendekatan daur
ulang.11 Hal ini dapat dimengerti karena DOE AS berfokus sebagai prioritas pada
biaya proses. Namun demikian, proses daur ulang yang akan mencapai kriteria 60%
dan dapat diterapkan secara komersial dalam skala besar harus dianalisis dalam
hal timbulan limbah, yaitu dalam hal kimia hijau.
Saat merinci alasan
keputusan mereka untuk tidak melanjutkan, DOE AS mengakui bahwa tantangan daur
ulang SB agak sulit dan bahwa semua upaya dapat bermanfaat untuk penyimpanan
hidrogen melalui AB. Dan sebenarnya, regenerasi AB sama pentingnya dengan regenerasi
SB untuk prospek aplikasi otomotif. Hingga saat ini, beberapa proses regenerasi
(destruksi dan reduksi asam, elektrokimia, dan sebagainya), yang bergantung
pada produk samping, telah diuji. Mereka sebagian besar ditinjau oleh Stephens
dan Peng dan Chen. Tak satu pun dari proses regenerasi yang disarankan telah
menunjukkan efisiensi yang cukup. Menurut Crabtree, regenerasi AB sama sekali
tidak mudah. Sebuah solusi alternatif baru-baru ini disarankan. Alih-alih
mendaur ulang produk sampingan AB, diusulkan bahwa penggunaan baru bahan bakar
bekas dapat menjadi solusi tetapi ini akan menggagalkan tujuan keberlanjutan
(penipisan deposit boron). Misalnya, katalis yang sangat efisien, dengan laju
pembangkitan hidrogen jauh di atas 100 L(H2) min−1 g−1(logam), telah disiapkan.
Seseorang mungkin mengharapkan perbaikan lebih lanjut. Isu-isu yang dibahas di
atas adalah yang utama, misalnya. kemurnian hidrogen yang dihasilkan, pemulihan
produk sampingan, kristalisasi produk samping (NaBO2) (dalam kasus hidrolisis),
manajemen termal (terutama untuk hidrolisis SB), dan pengisian bahan bakar
hidrida segar. Untuk daftar ini, masalah lain harus ditambahkan. Ketika
kapasitas penyimpanan hidrogen, terutama yang gravimetri, dihitung, sistem
penyimpanan bersih keseluruhan selalu diabaikan. (Demirci, 2009)
Secara konseptual, setidaknya, sel bahan bakar hanyalah
sebuah perangkat yang mengambil oksigen dari udara dan Hidrogen dari tangki,
dan mereaksikannya dalam a cara terkontrol untuk menghasilkan uap air dan tenaga
listrik. Di dalam kendaraan, kekuatan itu bisa kemudian diarahkan melalui
listrik biasa motor untuk memutar roda. Dalam praktiknya, sel bahan bakar sama
sekali tidak sederhana: mengendalikan reaksi dan mengekstraksi arus listrik
membutuhkan perakitan yang canggih termasuk nozel, membran dan katalis. Dan di
situlah letak tantangannya: cara mengemas semua kerumitan itu menjadi perangkat
yang ringan, murah, kuat, dan tahan lama — serta menjadi cukup kuat untuk
memberikan akselerasi yang cepat, plus nyalakan semua lampu, AC, radio dan
fasilitas lain yang diharapkan konsumen dalam kendaraan modern. Sepuluh tahun
yang lalu tujuan ini tampak jauh. Mobil produsen bahkan tidak berani mengekspos
mereka kendaraan sel bahan bakar eksperimental untuk cuaca dingin: mereka
khawatir ketika sel-sel mati, sisa uap air bisa membeku dan melampiaskan
kekacauan di bagian dalam yang halus. Sebagai gantinya, perusahaan akan
antar-jemput kendaraan di sekitar di trailer yang dipanaskan. Tapi satu dekade
telah membawa teknologi sel bahan bakar sangat jauh.
Misalnya, sel bahan bakar General Motors
kendaraan menghilangkan masalah cuaca dingin sebagian dengan terus menjalankan
knalpot sel sistem selama satu atau dua menit setelah mobil ditutup turun,
menggunakan panas sisa sel untuk menggerakkan drive air keluar dari sistem.
Toyota mengatakan bahwa Highlander eksperimental yang dilengkapi sel bahan
bakar kendaraan sport akan menyala pada suhu -37 °C. Insinyur juga mengurangi
penggunaan katalis mahal. Sel bahan bakar General Motors perakitan menggunakan
sekitar 80 gram platinum untuk memisahkan elektron dan proton dari hidrogen
atom. Dengan harga platinum saat ini sekitar US$60 per gram, totalnya sekitar
$4.800. Tetapi pejabat General Motors mengatakan bahwa mereka sel bahan bakar
berikutnya akan menggunakan kurang dari 30 gram platinum, berkat penggunaan
lapisan yang semakin tipis dari logam. Dan ilmuwan perusahaan adalah terus
bereksperimen dengan langkah-langkah seperti sebagai meningkatkan luas
permukaan katalis dengan memperkenalkan lebih banyak tekstur pada skala nano.
Dalam satu dekade, mereka berharap mendapatkan platinum gunakan di bawah 10
gram, yang akan membua sel bahan bakar bersaing dengan katalis saat ini
konverter dalam hal penggunaan logam mulia. Ini dan kemajuan lainnya diterjemahkan
menjadi pengurangan harga. Departemen Perkiraan energi bahwa biaya sel bahan
bakar per kilowatt daya turun hampir 75% antara tahun 2002 dan 2008,
berdasarkan proyeksi biaya untuk produksi volume tinggi. Perusahaan tidak akan
membahas harga eceran kecuali untuk mengatakan bahwa kendaraan yang dijadwalkan
muncul pada pertengahan dekade akan dihargai secara kompetitif. Produksi hidrogen dari perspektif iklim,
pertanyaan utama menghadapi Hidrogen adalah tempat untuk mendapatkan gas di
tempat pertama. Saat ini, sumber termurah adalah melalui reaksi kimia antara
uap dan alami gas. Tetapi proses ini menghasilkan karbon dioksida, yang berarti
bahwa total produksi gas rumah kaca dari kendaraan sel bahan bakar tidak secara
dramatis lebih rendah dari kendaraan bensin konvensional. Jadi tantangannya
adalah untuk mendapatkan hidrogen dari sumber terbarukan bebas Karbon.,
kesempatan dan sedang membangun fasilitas di Hamburg yang akan menggunakan
kelebihan tenaga angin untuk memecah molekul air dan menghasilkan hidrogen
untuk armada 20 bus sel bahan bakar. Perusahaan listrik cenderung menyebarkan
turbin angin ekstra di berbagai lokasi untuk mengimbangi fakta bahwa angin pada
dasarnya tidak dapat diandalkan. Tapi kelebihan itu turbin akan menghasilkan
lebih banyak listrik daripada grid dapat menangani jika angin bertiup terlalu
banyak tempat sekaligus. Ketika itu terjadi, turbin menutup. (Tollefson, 2010)
Salah
satu jenis bahan bakar alternatif yang banyak dicermati saat ini adalah
hidrogen. Seperti diketahui bahwa hidrogen dapat berfungsi sebagai energi untuk
semua kegunaan sebagaimana layaknya minyak bumi dan gas alam. Hidrogen tersedia
dalam air dan senyawa organik dalam bentuk senyawa hidrokarbon. Pemotongan
ikatan-ikatan kimia di dalam air akan menghasilkan hidrogen yang dapat
dipergunakan sebagai bahan bakar. Hidrogen dapat dihasilkan melalui beberapa
proses seperti : elektrolisa, fotoelektrokimia, steam reforming, fotobiologi,
dan lain-lain. Hidrogen dapat pula dihasilkan dengan menggandeng sumber-sumber
energi terbarukan, seperti : energi air, energi surya, energi angin, dan energi
panas bumi.
Hidrogen
yang dihasilkan dapat disimpan dalam bentuk gas atau cair, sedangkan
transportasi dan distribusinya dapat dilakukan dengan berbagai cara. Karena hidrogen
hanya ditemukan di alam dalam bentuk senyawa, maka hidrogen harus diproduksi
melalui penggunaan energi, sebelum hidrogen tersebut tersedia sebagai sumber
energi. Dalam hal ini dapat dibedakan antara produksi dengan pembawa energi
primer dan produksi dengan pembawa energi sekunder. Produksi energi primer saat
ini berarti produksi hidrogen dari bahan bakar fosil melalui pembentukan gas
alam dan batubara. Proses lebih lanjut dari produksi ini masih dalam penelitian
dan pengembangan.
Teknologi
produksi hidrogen yang saat ini unggul adalah gasifikasi dari biomassa, serta
produksi langsung hidrogen dari algae dengan radiasi surya.Salah satu produksi
hidrogen yang saat ini dikenal adalah dari listrik melalui elektrolisa.
Produksi hidrogen langsung dengan elektrolisa air, terutama dihubungkan dengan
pembangkit listrik tenaga air, sedangkan produksi hidrogen secara tidak
langsung melalui listrik pembawa energi. Dekomposisi air dengan elektrolisa
terdiri dari dua reaksi yang terjadi pada dua elektroda. Kedua elektroda ini
dipisahkan oleh elektrolit yang konduktif ion. Hidrogen diproduksi pada
elektroda negatif (katoda) dan oksigen pada elektroda positif (anoda).
Pertukaran muatan terjadi melalui aliran ion. Untuk menjaga gas yang diproduksi
terpisah, dua area reaksi dipisahkan oleh separator konduktif ion, sedangkan
energi untuk pemisahan air didapatkan dari listrik. Untuk proses elektrolisa
air konvensional, area anoda dan katoda dipisahkan oleh mikro-poros diafragma
untuk mencegah tercampurnya produk gas. Dengan tekanan keluaran 0,2 – 0,5 Mpa,
proses ini dapat mencapai efisiensi sekitar 65%. Pada proses elektrolisa air
tekanan tinggi digunakan material khusus, dan hidrogen yang dihasilkan
menggunakan tekanan di atas 5 Mpa. Sedangkan pada proses elektrolisa air suhu
tinggi, dibutuhkan sebagian energi untuk memisahkan air bersuhu tinggi dan
mengurangi konsumsi listrik.
Daya
untuk pembentukan hidrogen dapat digunakan sumber energi konvensional maupun
nonkonvensional, tetapi idealnya digunakan daya sumber energi primer yang
nonkonvensional misalnya : energi nuklir, angin, panas bumi atau energi surya
agar sesuai dengan maksud melaksanakan konservasi energi. Adanya potensi
listrik tenaga air yang besar akan memungkinkan pengembangan dan penerapan
teknologi elektrolisa berbahan baku air, karena proses elektrolisa ini
memerlukan tenaga listrik yang besar. Pemanfaatan hidrogen yang dihasilkan
sebagai bahan bakar akan mempunyai arti pemanfaatan energi terbarukan yang
ramah lingkungan. Proses elektrolisa berbahan baku air adalah proses penguraian
air atas unsur oksigen dan hidrogennya dengan memakai tenaga listrik.
Kedua
produk tersebut dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, hidrogen khususnya
dapat digunakan sebagai reduksi agent, bahan bakar atau bahan kimia. Pemanfaatan
hidrogen sebagai bahan bakar menjadi perhatian utama dalam penelitian yang
telah/sedang dilakukan di luar negeri, karena hidrogen merupakan energi yang
ramah lingkungan dan terbarukan Dilakukannya pengkajian teknologi
elektrolisa, khususnya berbahan baku air akan membantu mengenal teknologi ini
serta mengetahui permasalah yang ada dalam pengoperasiannya, sehingga bila
kelak diperlukan penerapan teknologi elektrolisa untuk memproduksi hidrogen,
maka telah dimiliki cukup pengetahuan untuk memproduksinya.
Dalam
kaitan dengan ketersediaan listrik tenaga air yang melimpah dan murah, seperti
di daerah Mamberamo, Irian Jaya, maka hidrogen merupakan energy carrier,
sehingga dalam bentuk energi yang lain (listrik) tersebut dapat digunakan di
lokasi yang jauh dari pusat pembangkitnya. Sebagai contoh, Sungai Mamberamo di
Irian Jaya yang panjangnya sekitar 650 km, mempunyai potensi untuk memproduksi
listrik tenaga air sebesar 15.000-20.000 MW. Sumber energi listrik yang besar
ini dapat dimanfaatkan untuk industri padat energi, seperti peleburan
konsentrate tembaga, pengolahan nikel dan bauksit.
Tenaga
listrik ini juga dapat dimanfaatkan untuk memproduksi hidrogen melalui proses
elektrolisa dengan bahan baku air. Hidrogen yang diproduksi ini dapat digunakan
untuk proses reduksi baja dan bahan bakar untuk pengangkutan yang bermesin fuel
cell. Bila digabung dengan CO2 yang diperoleh dari Natuna atau sumber gas alam
di sekitar daerah Mamberamo, hidrogen ini dapat dikonversikan menjadi metanol
serta produk turunannya, seperti komposit, polimer, plastik dan resin (Hasan, 2007)
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Peralatan dan Fungsi
1.
Fuel Cell
Fungsi : Untuk mengubah energi kimia
menjadi energi listrik.
2.
Stopper
Fungsi : Untuk menutup tabung fuel
cell.
3.
Model Car
Fungsi : Untuk membuktikan perubahan energi listrik
dari fuel cell menjadi energi gerak pada mobil.
4.
Hand Generator
Fungsi : Sebagai sumber daya pada percobaan
5.
Load Measurement Box
Fungsi : Sebagai kotak pengukuran beban yaitu untuk mengukur
tegangan dan arus dari
fuel cell dan juga sebagai hambatan.
6.
Banana Jack
Fungsi : Sebagai penghubung
antar peralatan dalam percobaan.
7. Stopwatch
Fungsi : Untuk mengukur waktu
lamanya konsumsi hidrogen pada fuel cell.
8. Balok kayu
Fungsi : Sebagai penyangga model car.
9. Serbet
Fungsi : Sebagai alas untuk meletakkan
fuel cell dan membersihkan
cairan aquades yang
tumpah saat diisi kedalam
fuel cell
3.2 Bahan
- Aquades (Air terdistilasi)
Fungsi : Sebagai bahan yang akan menghasilkan
hidrogen.
3.3
Prosedur Percobaan
3.3.1. Percobaan
menghitung waktu konsumsi hidrogen oleh fuel cell pada model car
1. Disediakan peralatan dan
bahan yang akan digunakan dalam percobaan.
2. Diletakkan fuel
cell pada posisi terbalik di permukaan datar dan dilepaskan stopper.
3. Dituangkan air
terdistilasi pada kedua silinder penyimpanan fuel cell hingga air
sejajar dengan tabung kecil ditengah silinder.
4. Disentuh perlahan fuel cell
untuk membantu air mengalir menuju area disekitar membran dan plat besi
pengumpul arus.
5. Dipasang kembali
stopper pada silinder dan dipastikan tidak ada gelembung udara pada
silinder tersebut.
6. Diletakkan fuel
cell pada posisi semula.
7. Dihubungkan terminal merah
banana jack hand generator dengan terminal merah fuel cell dan terminal hitam banana
jack hand generator dengan terminal hitam fuel cell
8. Diputar hand generator
dengan kecepatan yang konstan (stabil).
9. Diamati volume gas hidrogen
pada silinder penyimpanan.
10. Dicatat waktu
setiap kali 1 mL gas hidrogen yang telah digunakan sampai 8 mL.
11. Dilepaskan
sambungan fuel cell dengan hand generator.
12. Dipasangkan fuel
cell pada model car hingga terdengar bunyi klik.
13. Dihubungkan terminal merah
banana jack model car
dengan terminal merah fuel cell dan terminal hitam banana jack model car dengan terminal hitam fuel
cell
14. Diletakkan balok
kayu di bawah model
car sehingga roda mobil dapat berputar bebas.
15. Dikembalikan peralatan ke
tempat semula.
3.3.2. Percobaan menghitung daya yang dapat diberikan fuel
cell
1. Disediakan peralatan dan
bahan yang akan digunakan dalam percobaan.
2. Diletakkan fuel
cell pada posisi terbalik di permukaan datar dan dilepaskan stopper.
3. Dituangkan air
terdistilasi pada kedua silinder penyimpanan fuel cell hingga air
sejajar dengan tabung kecil ditengah silinder.
4. Disentuh perlahan fuel cell
untuk membantu air mengalir menuju area disekitar membran dan plat besi
pengumpul arus.
5. Dipasang kembali
stopper pada silinder dan dipastikan tidak ada gelembung udara pada
silinder tersebut.
6. Diletakkan fuel
cell pada posisi semula.
7. Dihubungkan terminal merah
banana jack hand generator dengan terminal merah ammeter dan terminal hitam
banana jack hand generator dengan terminal hitam fuel cell
8. Dihubungkan terminal merah
banana jack fuel cell dengan terminal hitam ammeter dan terminal hitam banana
jack fuel cell dengan terminal hitam voltmeter
9. Dihubungkan terminal merah
banana jack fuel cell dengan terminal merah voltmeter
10. Ditekan tombol ON/OFF pada
load measurement box.
11. Diatur hambatan pada load
measurement box sebesar 1
12. Diputar hand generator
dengan kecepatan yang konstan (stabil).
13. Diamati level gas
hidrogen pada silinder penyimpanan.
14. Dicatat arus dan tegangan setiap kali 1 mL
gas hidrogen yang telah digunakan sampai 8 mL.
15. Dihitung daya
keluaran fuel cell.
16. Dimatikan load measurement
box.
17. Dilepaskan
sambungan fuel cell dengan hand generator dan load measurement box.
18. Dipasangkan fuel
cell pada model car hingga terdengar bunyi klik.
19. Dihubungkan terminal merah
banana jack model car
dengan terminal merah fuel cell dan terminal hitam banana jack model car dengan terminal hitam fuel
cell
20. Diletakkan balok
kayu di bawah model
car sehingga roda mobil dapat berputar bebas.
21. Dikembalikan peralatan ke tempat semula.
BAB IV
HASIL
DAN ANALISA
4.1.
Data Percobaan
4.1.1 Tabel data pengukuran waktu terhadap pengukuran Hidrogen
|
No |
Volume H2 (ml) |
Waktu (s) |
|
1 |
1 |
53 |
|
2 |
2 |
104 |
|
3 |
3 |
139 |
|
4 |
4 |
174 |
4.1.2
Tabel data pengukuran kuat arus, tegangan dan hambatan
|
No |
hambatan |
Volume H2
(ml) |
Tegangan (V) |
Arus (A) |
|
1 |
1 |
1 |
0,73 |
0,34 |
|
2 |
1 |
2 |
0,72 |
0,32 |
|
3 |
1 |
3 |
0,065 |
0,37 |
|
4 |
1 |
4 |
0,007 |
0,009 |
4.2 Analisa Data
1. Menghitung daya yang
dihasilkan untuk hidrogen dan hambatan 1Ω
·
Hidrogen 1 ml :
·
Hidrogen 2 ml :
·
Hidrogen 3 ml :
·
Hidrogen 4 ml :
2. Membuat grafik Daya vs Teganga
|
Tegangan (V) |
Daya (W) |
|
0,73 |
0,2482 |
|
0,72 |
0,2304 |
|
0,065 |
0,02015 |
|
0,007 |
0,0063 |
4.3 Gambar
Percobaan
4.3.1 Percobaan menghitung waktu konsumsi hidrogen oleh fuel cell pada model car
4.3.2 Percobaan menghitung
daya yang dapat diberikan fuel cell
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
1. Hubungan antara volume
hidrogen terhadap waktu adalah berbanding lurus karena semakin banyak volume
hidrogen yang digunakan maka semakin besar juga waktu yang diperoleh pada saat
proses percobaan
|
Volume H2 (ml) |
Waktu (s) |
|
1 |
53 |
|
2 |
104 |
|
3 |
139 |
|
4 |
174 |
2. Aplikasi dari penggunaan Fuel Cell
1. Aplikasi teknologi fuel
cell yang paling mutakhir adalah digunakannya 12 KW fuel cell alkaline di
pesawat ulang-alik NASA. Pada fuel cell ini, hidrogen dan oksigen mumi
digunakan untuk proses konversi listrik. Sejak tahun 1970, Departemen Energi
Amerika telah melakukan riset tipe Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC) untuk
pembangkit listrik dan sekarang telah memasuki tahap komersialisasi. Sedangkan
di Eropa, perkembangan teknologi fuel cell didukung oleh negara Uni Masyarakat
Eropa dan berbagai pihak swasta. Demikian pula di Jepang, pengembangan
teknologi fuel cell ini didukung oleh berbagai macam organisasi pemerintah
maupun swasta
2. Pada
kecepatan jelajah yang stabil , motor didukung oleh energi dari sel-sel
bahan bakar. Ketika masyarakat membutuhkan lebih banyak daya, misalnya saat
akselerasi berat, output dari baterai melengkapi sel bahan bakar.
Sebaliknya, pada kecepatan rendah bila kurang diperlukan, kendaraan berjalan
hanya pada baterai. Selama perlambatan fungsi motor sebagai generator untuk
menangkap pengereman energi, yang tersimpan di baterai. Salah satu mobil fuel cell Toyota
yang sudah diperkenalkan ke publik adalah Toyota Highlander FCHV (Fuel Cell
Hydrogen Vehicle). Mobil ini sudah teruji melakukan perjalanan jauh.
3. Sebagi sumber pembangkit
listrik pembantu,
3. Fuel cell adalah perangkat
konversi energi elektrokimia. Sebuah sel bahan bakar mengubah bahan kimia
hidrogen dan oksigen sehingga menghasilkan listrik DC. Fuel cell ini
menghasilkan tenaga listrik secara efisien dan tanpa polusi. Tidak seperti
sumber energi yang menggunakan bahan bakar fossil. Perangkat elektrokimia lain
yang telah kita kenal selama ini adalah baterai. Sebenarnya prinsip kerja fuel
cell mirip dengan prinsip baterai yang mengubah energi
kimia menjadi energi listrik. Hanya saja aliran bahan kimia di baterai tidak
terus mengalir sehingga akan terputus dan membuat kita untuk mengisi ulang
baterai tersebut. Sedangkan pada fuel cell, aliran bahan kimia mengalir terus
ke dalam sel secara sirkulasi sehingga tidak pernah terputus.
DAFTAR
PUSTAKA
Demirci, U B. 2009. Sodium Borohtdride Versus Ammonia
Borane, in Hydrogen Storage and Direct
Fuel Cell Applications. Villeurbanne:Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces.
Hasan, A. 2007. Aplikasi Sistem Fuel Cell
Sebagai Energi Ramah Lingkungan di Sektor
Transportasi dan Pembangkit. Jakarta : Peneliti di Pusat Teknologi
Konversi dan
Konservasi Energi Badan
Pengkajian dan Penerapan Teknologi. Vol 8(3)
Halaman
: 277-281
Johnson,
James H. 1965. Electrical Engineering.
Scranton: International Textbook
Company.
Pages: 219-223
Rohsenow,
Warren. M. 1973. Handbook Of Heat
Transfer. USA: McGraw-Hill Book
Company.
Pages: 6.1 – 6.9
Tollefson, J . 2010. Hydrogen Fuel-Cell Vehicles, Largely Forgotten as Attention Turned to
Biofuels and Batteries, are Staging a Comeback. Washington DC: Nature. Vol 464
Pages : 1261-1264
Tidak ada komentar:
Posting Komentar