BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Gas hidrogen banyak dimanfaatkan di berbagai industri, seperti dalam
industri minyak dan gas pada proses desulfurisasi bahan bakar minyak dan bensin, industri makanan dan minuman dalam proses hidrogenasi amines dan fatty acids,
industri kimia sebagai bahan baku pembuatan hidrogen peroksida
(H 2 O 2 ),
industri petrokimia sebagai bahan baku pembuatan amonia (NH 3 ), industri gelas dalam proses heat treatment hollow glass (oxy-hydrogen flame) dan fiber optic dan laboratorium digunakan sebagai carrier gas pada kromatografi gas dan alatalat analisis lab yang lain.[3] Selain itu, hidrogen juga dapat digunakan dalam bidang energi sebagai energi dan teknologi baru. Pada dasarnya kendaraan yang menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar, sangat ramah lingkungan karena hanya menghasilkan air sebagai hasil pembakarannya, tidak seperti bahan bakar konvensional seperti minyak yang menghasilkan gas CO 2 sebagai hasil pembakarannya yang akan menimbulkan polusi dan efek rumah kaca.[4] Di Indonesia sendiri, dalam UU 30/2007 Chapter I disebutkan bahwa hidrogen adalah sumber energi dan teknologi baru yang harus dikuasai sebagai basis perekonomian. Kebijakan teknologi yang mendukung tujuan diatas adalah: 1. UU Presiden RI Kegiatan Pokok RKP 2009: a. Pengembangan Teknologi Fuel Cell dan Alat Penghemat BBM (Electric Fuel Treatment) b. Pengembangan Material Baru dan Nano Teknologi 2. Agenda Riset Nasional (ARN) 2010 – 2014 – Agenda Riset Energi Baru dan Terbarukan: a. Blue-print Pengelolaan Energi Nasional (PEN) 2005 – 2025
1
Bab I Pendahuluan
|2
b. Arah Kebijakan dan Prioritas Utama
c. Target Capaian Tahun 2009 2,5 KW dan Sasaran Tahun 2025 250 MW
d. Aplikasi Fuel Cell untuk remote area.
Target kebutuhan energi pada tahun 2025 nanti adalah sebesar 250 MW dimana kebutuhan gas hidrogen diperkiran mencapai 3.6 juta m3/hari atau setara dengan 600 tabung besar per hari. Dengan asumsi bahwa 1 kW dibutuhkan gas hidrogen sebanyak 0.8 – 1 liter, maka dengan kapasitas industri gas hidrogen yang
ada di indonesia sekarang ini (hanya tersedia dari gas alam dan hanya di produksi oleh 4 industri gas besar), diperlukan 30 kali lipat jumlah perusahaan yang perlu dikembangkan.[12] Hidrogen merupakan vektor atau pembawa energi, artinya hidrogen tidak tersedia bebas di alam, tetapi harus diolah dari tiga sumber energi utama yaitu, fosil, nuklir dan energi terbarukan. Hidrogen dapat diperoleh dari gas alam, gasifikasi batu bara, elektrolisis air, elektrolisis metanol yang masih relatif mahal dan perubahan biogas metan yang masih memerlukan energi panas. Di industri penghasil gas hidrogen, proses produksi gas hidrogen lebih banyak menggunakan bahan baku minyak, batu bara dan gas alam, yang masih menghasilkan hasil samping yang berbahaya yang bisa merusak lingkungan seperti gas karbon dioksida (CO 2 ). Karena berbagai keuntungan dan kerugian pada saat aplikasi, maka pada kajian masing-masing metode perlu ditelaah lebih lanjut lagi. Metoda steam reforming dari energi fosil saat ini masih dianggap paling ekonomis dan banyak digunakan secara komersial di industri. Salah satu cara lain untuk memproduksi hidrogen yang sering digunakan adalah dengan metoda elektrolisis air, namun metoda ini secara komersial masih dianggap kurang menguntungkan karena masih membutuhkan energi listrik yang cukup besar dibandingkan dengan teknik steam reforming. Menurut berbagai pakar energi dunia, produksi hidrogen dengan menggunakan metoda elektrolisis dapat bersaing secara komersial jika energi
Pengaruh Jenis dan Luas Penampang Elektroda pada Proses Elektrolisis
Bab I Pendahuluan
|3
listrik yang dihasilkan diperoleh dari pemanfaatan sisa panas dari pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) atau dari energi terbarukan seperti, hydro, matahari,
biomassa dan lain-lain yang diperoleh dari alam secara cuma-cuma[12] dan tidak akan pernah habis, selain itu juga dapat menjamin faktor keselamatan karena
sangat ramah lingkungan dan tidak menghasilkan ekses yang berbahaya. Tetapi pada pengembangannya produksi hidrogen dari energi terbarukan
yang berbasis pada metoda elektrolisis masih jarang digunakan dan mempunyai
efisiensi yang lebih kecil dibandingkan dengan produksi hidrogen dengan metoda
lainnya, oleh karena itu perlu dilakukan peningkatan efisiensi pada produksi
hidrogen yang berasal dari energi terbarukan yang berbasis pada metoda elektrolisis dengan melihat pengaruh dari variasi komponen-komponen pada proses elektrolisis air seperti jenis elektroda dan luas elektroda yang digunakan. Dengan berbagai kajian dan pertimbangan diatas, maka tugas akhir ini diberi judul “Pengaruh Jenis dan Luas Penampang Elektroda pada Proses Elektrolisis”. 1.2
Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah melihat pengaruh dari: a. Jenis elektroda stainless steel grade 304 dan 430 terhadap jumlah gas hidrogen yang dihasilkan dan effisiensi arus. b. Luas penampang elektroda yang diwakili oleh jumlah sel terhadap jumlah gas hidrogen yang dihasilkan dan effisiensi arus.
1.3
Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup dari penelitian ini adalah: a. Produksi hidrogen yang dilakukan adalah skala laboratorium. b. Produksi
hidrogen
dilakukan
menggunakan
elektroliser
(reaktor
elektrokimia). Elektroliser yang digunakan adalah elektroliser sel seri. c. Bahan baku yang digunakan adalah aquadest dan NaOH (4%) sebagai larutan elektrolit. Larutan elektrolit yang digunakan sebanyak 400 mL
Pengaruh Jenis dan Luas Penampang Elektroda pada Proses Elektrolisis
Bab I Pendahuluan
|4
d. Elektroda yang digunakan adalah stainless steel (SS grade 304), dan
stainless steel (SS grade 430)
e. Luas penampang elektroda (jumlah sel) yang digunakan adalah 5 sel, 6
sel, 7 sel dan 8 sel. f. Kondisi Operasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
Tekanan operasi yang digunakan adalah tekanan atmosfer sebesar
698 mmHg dan dianggap konstan Suhu operasi yang digunakan adalah suhu ruangan yaitu (24 oC,
297,15 K) dan dianggap konstan
Produk yang dihasilkan adalah campuran gas hidrogen dan oksigen dan dianggap sebagai gas ideal. Waktu proses yang dilakukan adalah 10 menit tiap prosesnya. g. Parameter yang diukur adalah jumlah gas H 2 yang dihasilkan dan arus yang diberikan setiap 1 menit sekali dengan menggunakan multimeter. h. Lubang keluaran gas oksigen ditutup. 1.4
Tahapan Penelitian Adapun tahapan penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut: a.
Tahap persiapan Persiapan alat dan bahan serta pembuatan, perakitan dan pengujian awal elektroliser Penyediaan Bahan
Pembuatan Komponen Elektroliser
Ya
Tahap Uji Kinerja (Proses Penelitian)
Perakitan / Fabrikasi Elektroliser
Ada Kebocoran
Tidak
Pengaruh Jenis dan Luas Penampang Elektroda pada Proses Elektrolisis
Pengujian awal
Bab I Pendahuluan
|5
b.
Tahap pengujian kinerja
Pengujian kinerja elektroliser, meliputi pengukuran arus dan jumlah gas
1.5
hidrogen yang dihasilkan. Sistematika Penulisan
Laporan Tugas Akhir ini disusun dengan sistematika sebagai berikut:
1.
Lembar judul
2.
Lembar pengesahan
3.
Lembar identitas penyusun
4.
Lembar persembahan
5.
Kata pengantar
6.
Abstrak
7.
Daftar Isi
8.
Daftar Tabel
9.
Daftar Gambar
10.
Daftar Lampiran
Sedangkan inti dari penulisan laporan ini adalah sebagai berikut: BAB 1 Pendahuluan Bab I terdiri dari latar belakang, tujuan penelitian, ruang lingkup penelitian, tahapan penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II Tinjauan Pustaka Bab II berisi landasan teori yang berkaitan dengan penelitian tugas akhir yang meliputi tinjauan umum, air, hidrogen, elektrolisis dan gas oksihidrogen (HHO).
Pengaruh Jenis dan Luas Penampang Elektroda pada Proses Elektrolisis
Bab I Pendahuluan
|6
BAB III Metodologi Penelitian
Bab III menjelaskan tahapan-tahapan penelitian yang dilakukan mulai dari
tahap persiapan berupa persiapan alat dan bahan, pembuatan, perangkaian, dan
pengujian awal dilanjutkan dengan tahap pengujian kinerja reaktor elektrokimia
(elektroliser).
BAB IV Hasil dan Pembahasan
Bab IV memuat hasil analisa dan pembahasan dari pembuatan,
perangkaian dan pengujian awal elektroliser serta pengaruh jenis elektroda dan
luas penampang elektroda terhadap efisiensi arus dan jumlah gas hidrogen yang dihasilkan. BAB V Simpulan dan Saran Bab V memuat Simpulan hasil pengamatan kinerja reaktor elektrokimia (elektroliser) yang dibuat. Selain itu, pada bab ini juga memuat saran sebagai masukan untuk penelitian selanjutnya.
Pengaruh Jenis dan Luas Penampang Elektroda pada Proses Elektrolisis
