BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.

Hidrogen Hidrogen (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 didunia [7]. 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 dibumi, dan biasanya dihasilkan secara industri dari berbagai senyawa hidrokarbon seperti metana. Hidrogen juga dapat dihasilkan dari air melalui proses elektrolisis, namun proses ini secara komersial lebih mahal daripada produksi hidrogen dari gas alam.

Gambar 2.1. Unsur Hidrogen [14] Sumber: http//:www.nasrulbintang.wordpress.com

Isotop hidrogen yang paling banyak dijumpai di alam adalah protium, yang inti atomnya hanya mempunyai proton tunggal dan tanpa neutron. Senyawa ionik hidrogen dapat bermuatan positif (kation) ataupun negatif (anion). Hidrogen dapat membentuk senyawa dengan kebanyakan unsur dan dapat dijumpai dalam air dan senyawa-senyawa organik. Hidrogen sangat penting dalam reaksi asam

20 Universitas Sumatera Utara

basa yang mana banyak rekasi ini melibatkan pertukaran proton antar molekul terlarut. Oleh karena hidrogen merupakan satu-satunya atom netral yang persamaan Schrödingernya dapat diselesaikan secara analitik, kajian pada energetika dan ikatan atom hidrogen memainkan peran yang sangat penting dalam perkembangan mekanika kuantum. Hidrogen merupakan unsur yang terdapat dialam yang kelimpahan terbesar, tetapi hanya sedikit tertinggal dibumi. Dari analisis spectrum sinar yang dipancarkan oleh bintang, disimpulkan bahwa bintang terutama terdiri dari hidrogen. Hidrogen sangat reaktif sehingga di bumi hidrogen terdapat sebagai senyawa air mengandung hidrogen sebanyak 11,1%, hidrokarbon misalnya gas alam 25%, minyak bumi 14% dan karbohidrat, misalnya pati 6%. Ada beberapa sifat fisika hidrogen antara lain: Tabel 2.1. Sifat Fisika Hidrogen Sifat Fisika

Satuan

Lambang

H

Nomor atom

1

Konfigurasi elektron

1s1

Massa atom relatif

1,008

Energi ionisasi/Kj mol-1

1310

Kerapatan/g cm-3

0,00009

Titik didih/K

20

Temperatur kritis /K

33

Jari-jari atom/nm

0,37

Potensi elektroda standard/V

0

Gas hidrogen sangat mudah terbakar dan akan terbakar pada konsentrasi serendah 4% H2 di udara bebas. Entalpi pembakaran hidrogen adalah -286 kJ/mol. Hidrogen terbakar menurut persamaan kimia: 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol) Ketika dicampur dengan oksigen dalam berbagai perbandingan, hidrogen meledak seketika disulut dengan api dan akan meledak sendiri pada temperatur 21 Universitas Sumatera Utara

560 °C. 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. Hidrogen 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 bintangbintang 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 Lymanalpha teredam diperkirakan mendominasi rapatan barionik alam semesta sampai dengan pergeseran merah z = 4.


2.2.

Ikatan Hidrogen [1] Dalam beberapa senyawa hidrogen, tom hidrogen menjembatani dua atom

yang keelektronegatifannya besar, ini akan membentuk ikatan yang disebut ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen terjadi antara atom yang kecil dan sangat elektronegatif seperti flour, oksigen, dan nitrogen. Senyawa HF, H2O, dan NH3 mempunyai ikatan hidrogen baik dalam keadaan padat maupun cairan. Karena ikatan ini dalam keadaan gas pun terjadi polimer HF. Oleh karena itu pada proses pelelehan dan penguapan sejumlah ikatan hidrogen perlu diputuskan. Senyawa ini mempunyai titik didih yang tinggi. Oleh karena itu urutan titik didih sebagai berikut H2O > H2S > H2Se > H2Te HF > HCI < HBr < HI NH3 > PH3 < AsH3 < SbH3 CH4 < SiH4 < GeH4 <SnH4 Ne < Ar < Kr < Xe Meskipun ikatan hidrogen relatif lemah (̴ 20kJ) dibandingkan dengan ikatan kimia lainnya, ikatan hidrogen ini sangat penting dalam sistem kehidupan misalnya dalam protein yang terdapat ikatan hidrogen sama gugus –CO dan gugus –NH (Achmad.1992:12-23). 2.3

Hidrogen Sebagai Bahan Bakar Pembakaran hidrogen dapat menghasilkan kalor sebanyak 286 kJ per mol

hidrogen

[9].

Pada tabel dibawah ini dapat dibandingkan kalor yang dihasilkan

oleh hidrogen dengan kalor yang dihasilkan oleh bahan bakar lain. Tabel 2.2. Perbandingan Kalor. Bahan Bakar

Kalor Yang dihasilkan (KJ) Per gram

Per mol

Per liter

Gas Hidrogen

143

286

12

Hidrogen Cair

142

285

9970

Gas Metan

55

882

36

Oktana Cair

48

5512

3400


Hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar karena ada beberapa sebab antara lain: a. Dapat terbakar dalam oksigen membentuk air dan menghasilkan energi. b. Bersama oksigen dapat digunakan dalam sel bahan bakar menghasilkan energi listrik. Keuntungan yang diperoleh jika hidrogen digunakan sebagai bahan bakar antara lain: a. Suatu cuplikan hidrogen jika dibakar akan menghasilkan energi sebanyak kira-kira tiga kali energi yang dihasilkan bansin dengan berat yang sama. b. Dalam mesin kendaraan bermotor hidrogen akan terbakar lebih efisien jika dibandingkan dengan bahan bakar lain. c. Pembakaran hidrogen kurang menghasilkan polusi. Polutan yang terjadi hanya oksida nitrogen yang terjadi jika suhu pembakaran tinggi. d. Mesin

yang

menggunakan

hidrogen

mudah

diubah

agar

dapat

menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar. Untuk menjadikan hidrogen sebagai bahan bakar berikut beberapa cara untuk menghasilkan hidrogen antara lain: a. Mengalirkan uap air melalui karbon panas C(s) + H2O → CO(g) + H2(g) H2 yang dihasilkan dengan cara ini tidak murni sebab sukar memisahkan CO. Campuran H2 dan CO disebut gas air. Gas air termasuk bahan bakar penting dan mempunyai kalor pembakaran besar. b. Mengalirkan uap air melalui besi panas. 3Fe(s) + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 (g). c. Pada kilang minyak bumi, hidrogen merupakan hasil samping dari cracking hidrokarbon. Gas hidrokarbon dialirkan melalui katalis panas dan terurai menjadi hidrogen dan hidrokarbon lain. Hidrokarbon yang lebih ringan seperti metana, dipanaskan dengan suhu 750 oC dan tekanan 10 atm. CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3H2(g). d. Di laboratorium hidrogen murni diperoleh dari reduksi ion hidrogen dengan logam seng (pada prinsipnya dengan logam yang potensial elektrodanya negatif). Zn(s) + 2H+ → Zn2+ + H2(g).


e. Hidrogen yang sangat murni (99,9%), tetapi mahal, diperoleh dengan cara elektrolisis air. 2H2O → 2H2(g) + O2(g). Jumlah hidrogen yang cukup banyak diperoleh dari hasil samping industri klor-alkali, dimana CI2 dan NaOH dari elektrolisis larutan NaCI.

2.4

Proses Elektrolisis Air [6] Elektrolisis adalah suatu proses pemecahan senyawa kimia tertentu

menjadi suatu molekul baru dengan bantuan arus listrik dan dua elektroda. Dimana arus listrik tersebut dialirkan pada elektroda positif (anoda) dan elektroda negatif (katoda), apabila diterapkan pada air maka senyawa kimia H 2O akan terpecah menjadi gas hidrogen (H2) serta gas Oksigen (O2). Agar suatu proses elektrolisa bekerja dengan cepat maka diperlukan zat lain yang disebut dengan katalis. Proses elektrolisis air dapat terjadi beberapa reaksi antara ain asam, basa maupun setengah reaksi asam ataupun basa.

Gambar 2.2. Proses Elektrolisis Air[13] Sumber: http//:www.chevinoorcholis.blogspot.com.

Pada reaksi asam, reaksi reduksi terjadi pada elektroda negatif (katoda), dimana elektron (e-) dari katoda diikat oleh kation H+ untuk membentuk gas hidrogen (H2(g)). Sedangkan pada elektroda positif (anado), molekul H2O kehilangan elektron (e-) sehingga terpecah menjadi gas oksigen (O2(g)), dan kation H+ sebagaimana dapat dilihat pada persamaan reaksi kimia berikut:


Reaksi reduksi di anoda (+) : 2H2O (l) → O2(g) + 4H+(g) + 4eReaksi reduksi di katoda (-) : 2H+ + 2e- → H2(g) Reaksi keseluruhan

: 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)

Jika elektrolit yang digunakan adalah larutan basa seperti KOH, NaOH (basa dari golongan periode IA, alkali tanah) maka akan terjadi reaksi basa. Pada reaksi basa, reaksi reduksi terjadi di katoda dimana molekul air mengikat elektron (e-) sehingga terpecah menjadi gas hidrogen (H2(g)) dan anion OH-. Anion tersebut kemudian tertarik ke sisi anoda dan terpecah menjadi gas oksigen dan molekul H2O(l), sebagaimana dapat dilihat pada persamaan reaksi kimia berikut: Reaksi reduksi di katoda (-) : 2H2O (l) + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq) Reaksi oksidasi di anoda (+) : 4OH-(aq) → O2(g) + 2H2O(l) + 4eReaksi keseluruhan

: 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g).

Tabel 2.3. Karakteristik Kalium Hidroksida (KOH) No

Karakteristik

Satuan

Nilai

1.

Berat Molekul

Gr/mol

56,1

2.

Titik Lebur

o

360

3.

Titik Didih

o

C

1320

4.

Densitas

Gr/cm3

2,04

5.

Sangat korosif

C

Dalam proses elekrolisis air ada beberapa bagian yang peranannya sangat penting dalam proses elektrolisa tersebut, antara lain: 1. Elektroda Elektroda adalah konduktor yang digunakan untuk bersentuhan dengan bagian atau media non-logam. Elektroda merupakan salah satu komponen yang sangat penting dalam proses elektrolisis. Elektroda berfungsi sebagai menghantarkan arus listrik dari sumber listrik ke air yang dielektrolisis. Pada elektrolisis dengan sumber DC, elektroda terbagi menjadi dua kutub yaitu kutub positif (anoda) dan kutub negatif (katoda). Anoda didefenisikan sebagai elektroda positif dimana elektron datang dari sel elektrolisa dan oksidasi terjadi, sedangkan katoda didefenisikan sebagai elektroda negatif dimana elektron


memasuki sel elektrolisa dan reduksi terjadi. Elektroda yang digunakan dalam elektrolisis harus mempunyai konduktifitas listrik dan ketahanan korosi yang baik, sehingga dalam pengujian ini dipilih elektroda berbahan stainless steel. 2. Katalis

[4]

Katalis merupakan suatu senyawa yang dibutuhkan dalam mempercepat proses elektrolisa. Katalis berfungsi sebagai percepat reaksi elektrolisis, senyawa yang digunakan sebagai katalis tidak ikut bereaksi dan tidak menghasilkan produk. Katalis dapat menurunkan energi aktivasi sehingga mampu meningkatkan laju reaksi. Energi aktivasi adalah energi minimum yang dibutuhkan sehingga partikel dapat bertumbukan dan menghasilkan reaksi. Katalis yang digunakan dalam pengujian ini adalah KOH (Kalium Hidroksida). Proses oksidasi dan reduksi sebagai reaksi pelepasan dan penangkapan oleh suatu zat. Oksidasi adalah proses pelepasan elektron dari suatu zat sedangkan reduksi adalah proses penangkapan elektron oleh suatu zat. Bentuk teroksidasi sering ditandai dengan “ox” dan bentuk tereduksi ditandai dengan “red”. Kesetimbangan reaksinya ditulis sebagai berikut: ox + ne = red (proses reduksi) ; red = ox + ne (proses oksidasi) Disini ‘ne’ adalah jumlah elektron yang dilepaskan atau diterima (Rivai, 1995).

2.4.1. Potensial Standar Reduksi Potensial standar reduksi sangat erat kaitannya dengan proses elektrolisis. Potensial reduksi standar menyatakan bahwa ion mana yang akan mengoksidasi atau mereduksi ion lain. Bentuk teroksidasi dan tereduksi suatu zat dikenal sebagai pasangan redoks (Hadyana,1994). Ada 2 prinsip yang khas dari elektrolisis yaitu kaitan antara beda potensial yang digunakan dan arus yang mengalir melalui elektrolisis, serta discas yang selektif diantara ion-ion pada permukaan elektroda. Pada potensial-urai tiba-tiba bertambah, pada saat elektrolisis mulai berlangsung pada elektron. Menghasilkan hidrogen dan oksigen serta timbulnya gas hidrogen dan oksigen ketika beda potensial (E) lebih besar dari 1,7 volt [5].


Anoda

: 2H2O → 4H+ +O2(g) + 4e-

Katoda

: 2H+ + 2e- → H2(g)

Agar terjadi elektrolisis diperlukan potensial minimum karena: 1. Adanya beda potensial antara elektroda menyebabkan ion-ion dalam sistem bergerak ke elektroda. Hidrogen dan oksigen yang mula-mula terbentuk menutupi permukaan elektroda dan reaksi sebaliknya terjadi. Perhatikan reaksi setengah sel berikut. 4H+ + O2 + 4e- → 2H2O

E0 = -1,23 V

2H+ + 2e- → H2

E0 = 0,00 V

Beda potensial harus sekurang-kurangnya mengimbangi DGL balik yang disebabkan oleh penyerapan hasil elektrolisis pada permukaan elektroda. Potensial-urai teoritis adalah 1,23 V. 2. Diperlukan potensial tambahan untuk discas ion pada elektrolisis yang disebut petensial lebih (over potensial). Potensial lebih merupakan ukuran energi pengaktifan bagi reaksi elektroda. Reaksi pada elektroda yang menghasilkan gas memerlukan potensial yang besar. Tabel 2.4. Potensial Lebih Beberapa Zat Gas yang timbul

Permukaan elektroda

Potensial lebih (Volt)

Hidrogen

Platina

0,03

Oksigen

Platina

0,44

Hidrogen

Perak

0,15

Oksigen

Perak

0,45

Hidrogen

Raksa

0,78

Oksigen

Grafit

0,37

Klor

Platiana

0,70

2.4.2. Energi Dalam Proses Elektrolisis Sel elektrolisis merupakan sel elektrokimia yang bereaksi secara tidak spontan (Eo sel (-) atau ΔG > 0), karena energi listrik disuplai dari sumber luar dan dialirkan melalui sebuah sel

[3].

Elektrolisis juga sebagai peristiwa penguraian zat

elektrolit oleh arus listrik searah, melainkan juga mengalami perubahan-


perubahan kimia. Perubahan kimia yang terjadi selama elektrolisis dapat dilihat sekitar elektroda. Elektroda merupakan sistem dua fase yang terdiri dari sebuah penghantar elektrolit (misalnya logam) dan sebuah penghantar ionik (larutan) (Rivai,1995). Elektroda positif (+) disebut anoda sedangkan elektroda negatif (-) adalah katoda (Svehla,1985). Reaksi kimia yang terjadi pada elektroda selama terjadinya konduksi listrik disebut elektrolisis dan alat yang digunakan untuk reaksi ini disebut sel elektrolisis. Sel elektrolisis memerlukan energi untuk memompa elektron [2]. Untuk mengetahui besar energi yang digunakan dalam proses elektrolisis adalah perkalian antara voltase, kuat arus dan waktu elektrolisis. Besarnya jumlah energi yang digunakan pada proses elektrolisa dihitung menggunakan persamaan 2.1 dan jumlah energi yang terbuang menggunakan persamaan 2.3, serta untuk mencari persentase energi yang hilang gunakan persamaan 2.4. E = V x I x t. ..................................... (2.1) ΔT = Tf -TS . ..................................... (2.2) HLost = ΔT -Vf . ................................. (2.3) %Lost =

𝐻𝑙𝑜𝑠𝑡 𝐸

x 100%. .................... (2.4)

Dimana : E

= Energi yang digunakan dalam mesin drycell (Watt-hours).

V

= Tegangan yang digunakan mesin drycell (Volt).

I

= Kuat arus yang digunakan mesin drycell (Ampere).

t

= Waktu yang dibutuhkan untuk proses elektrolisis (hours).

ΔT

= Perubahan Temperatur (C).

Tf

= Tempertur Akhir (C).

TS

= Temperatur Awal (C).

Vf

= Volume air (cm3).

HLost

= Energi Terbuang (kalori).

%Lost = Persentase energi yang terbuang.


2.5.

Jenis - Jenis Elektroliser [8] Pada proses elektrolisa membutuhkan alat yang disebut dengan

elektroliser, elektrolises merupakan suatu alat yang dapat menghasilkan hidrogen dengan cara mengelektrolisi air. Ada beberapa jenis elektroliser yang sering digunakan, yaitu: 1. Elektroliser Tipe Basah (Wet Cell) Elektroliser tipe basah (wet cell) merupakan alat yang dibuat dengan sistem luasan elektroda tercelup semua dengan larutan elektrolit di dalam suatu bejana. Hal tersebut membuat elektroliser tipe basah (wet cell) membutuhkan larutan elektrolit yang cukup banyak. Tipe basah (wet cell) ini mempunyai resiko cukup tinggi karena sewaktu-waktu bisa meledak akibat tekanan hidrogen yang di bejana terlalu tinggi.

Gambar 2.3. Elektroliser Tipe Basah (wet cell)[12] Sumber: http//:www.gas-hho.blogspot.com

2. Elektroliser Tipe Kering (Drycell) Elektroliser tipe kering (dry cell) merupakan kebalikan dari elektroliser tipe basah (wet cell), hal tersebut dapat diamati dari luasan elektroda yang terkena larutan elektrolit lebih sedikit dari pada tipe basah (wet cell) karena di tioe kering (dry cell) larutan elektrolit berada di antara plat (elektroda) dan gasket. Hal tersebut menjadikan tipe kering (dry cell) membutuhkan larutan elektrolit lebih sedikit untuk proses elektrolisis. Tipe kering (dry cell) ini lebih aman dari tipe basah (wet cell) karena tidak menimbulkan ledakan dan proses elektrolisisnya lebih cepat dari tipe basah.


Gambar 2.4. Elektroliser Tipe Kering (dry cell) Sumber: http//:www.gas-hho.blogspot.com

2.6.

Gasket Pada Dry Cell Gasket atau bahasa awamnya “paking” merupakan bagian penting dalam

konstruksi drycell, tanpa ada gasket proses elektrolisis tidak akan terjadi dan akan terjadinya korsleting pada elektroda. Gasket merupakan suatu benda yang berfungsi sebagai isolator serta sebagai penyekat dan mengatur jarak antara elektroda untuk melakukan proses elektrolisis. Pengaruh gasket terhadap mesin dry cell berdampak pada ketahanan mesin untuk melakukan proses elektrolisis. Semakin tinggi gasket yang digunakan maka suhu untuk melakukan elektrolisis semakin menurun, namun berbanding terbalik dengan laju produksi dari hidrogen yang dielektrolisis, begitu juga sebaliknya.

Gambar 2.5. Gasket yang digunakan pada drycell

Pengujian elektrolisis yang dilakukan menggunakan gasket berbahan rubber sebagai lapisan terluarnya.Gasket mempunyai konstruksi didalamnya yang sering disebut dengan membran. Membran berfungsi sebagai pemisah aliran air yang dielektrolisis pada drycell agar hidrogen dan oksigen terpisah dan keluaran


masing-masing gas terlihat dengan jelas. Membran yang sering digunakan pada pengujian drycell ialah jenis screen nylon monofilamen. Mesh membrane pada screen nylon monofilamen mempunyai usia yang cukup panjang dan tahan dengan suhu yang cukup tinggi. Membran di dalam gasket mampu mempengaruhi temperatur keluaran dan mampu memperpanjang usia dari drycell.

Gambar 2.6. Membrane Screen Nylon Monofilamen

2.7.

Metode Pemisahan Hidrogen dan Oksigen Dry Cell Hal pertama yang harus diperhatikan agar hidrogen terpisah dengan

Oksigen yaitu memisahkan aliran air yang akan dielektrolisis menjadi dua bagian aliran. Untuk membagi aliran air ini, lubang pada gasket yang menjadi inti pembagiannya. Gasket dibuat seperti gambar 2.7 di bawah. Ketika disusun, aliran dibagi menjadi aliran sisi kiri dan aliran sisi kanan, dimana aliran sisi kiri tidak bersentuhan dengan aliran sisi kanan sehingga gas yang dihasilkan juga tidak bercampur karna dialirkan pada sisi yang tetap [11].

Gambar 2.7. Bentuk Gasket Yang Dipakai Sumber: http//:www.hho4free.com


Membran yang digunakan harus terbuat dari material yang tidak bersifat ion carier (penangkap ion) karena gas yang dihasilkan memiliki muatan. Bahan yang bisa digunakan bermacam- macam, misalnya poliester atau nilon dan lainlain.

Gambar 2.8. Membran Yang Digunakan

Kemudian plat, membran dan gasket akan disusun seperti gambar 2.9 dibawah, sehingga dapat dilihat aliran gas yang akan dihasilkan.

Gambar 2.9. Aliran Oksigen dan Hidrogen Sumber: http//:www.hho4free.com


2.8.

Sel Bahan Bakar Sel bahan bakar (fuel cell) adalah sistem dimana energi kimia yang

disimpan dalam sistem diubah menjadi energi listrik secara langsung. Karena pada sistem-sistem ini perubahan energi tidak melewati energi panas, dan tidak dibatasi dengan efesiensi siklus mesin kalor balik eksternal [10]. Sel bahan bakar operasinya sangat mirip dengan baterai, perbedaannya terletak pada bahan bakarnya, dimana sel bahan bakar mempunyai bahan bakar yang terus menerus diisikan sementara baterai mempunyai bahan bakar dan energi kimia yang tetap. Sel bahan bakar mempunyai dua elektroda yang dipisahkan oleh larutan elektrolit. Pada sel bahan bakar, reaktan bahan bakar biasanya hidrogen atau karbon monoksida, diberikan ke salah satu elektroda yang berpori-pori dan oksigen atau udara dimasukkan ke dalam elektroda berpori lain. Elektroda sel bahan bakar harus memenuhi tiga hal. Elektroda harus berpori-pori sehingga bahan bakar dan elektrolit dapat menembusnya untuk mendapatkan kontak yang cukup. Ukuran pori-pori elektroda sangat penting, jika pori-pori terlalu besar, gas bahan bakar akan menggelembung dan hilang keluar. Jika terlalu kecil pori-pori elektroda akan terjadi kontak yang tidak cukup antara reaktan dan elektrolit sehingga kapasitas sel berkurang. Elektroda harus mengandung katalisator kimia untuk memecah ikatan bahan bakar menjadi atom sehingga dapat menjadi lebih reaktif. Sel bahan bakar hidrogen merupakan alat yang dirancang untuk mengubah energi elektrokimia menjadi energi listrik secara langsung dengan bahan bakar berupa gas hidrogen. Sel bahan bakar bekerja dengan menggunakan gas hidrogen atau gas lain yang mudah teroksidasi yang dimasukkan di sisi anode sebagai sumber elektron. Elektron ini dipisahkan dari ion hidrogen menggunakan membran elektrolit yang permeabel terhadap muatan positif. Selanjutnya elektron elektron dilewatkan melalui rangkaian alat listrik untuk menghasilkan listrik. Di sisi katode dimasukkan oksigen dari udara. Ion oksigen, elektron dan ion H + bergabung membentuk molekul air yang kemudian dikeluarkan dari sisi katode sebagai produk samping sel.


Cara kerja sel bahan bakar kebalikan kerja sel elektrolisis. Sel elektrolisis memerlukan bahan baku air dan energi listrik dari luar sistem untuk memutuskan ikatan air menjadi hidrogen dan oksigen. Produk sel elektrolisis adalah hidrogen pada sisi katode. Sel bahan bakar bekerja dengan menggunakan gas hidrogen atau gas lain yang mudah teroksidasi sebagi bahan bakar yang dimasukkan di sisi anode. Selanjutnya bahan bakar diionisasi oleh anode menghasilkan ion H + dan elektron(e). Elektron kemudian dipisahkan dari ion positif menggunakan selaput pemisah (membran penukar kation) yang hanya permeabel terhadap ion positif menuju ke sisi katode, sedangkan elektron dilewatkan melalui rangkaian alat listrik dan akhirnya menuju ke sisi katode.

Gambar 2.10. Skema Jenis Bahan Bakar

Di sisi katode oksigen dimasukkan dari udara dan di sisi katode terjadi serangkaian reaksi ionisasi molekul oksigen menjadi ion. Ion oksigen, elektron dan ion H + bergabung membentuk molekul air (H2 O). Air tersebut merupakan produk samping sel bahan bakar ygn keluar dari sisi katode. Dilihat dari produk yang berupa uap air, sel bahan bakar ini merupakan mesin yang tidak menimbulkan polusi sama sekali (zero emission divise).


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents