PEMANFAATAN AIR DAN NaHCO3 DENGAN MENGGUNAKAN METODA ELEKTROLISIS UNTUK EFISIENSI BAHAN BAKAR BENSIN DAN PENINGKATAN KUALITAS GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR THE USE OF WATER AND NaHCO3 WITH ELECTROLYSIS METHOD FOR PETROL EFICIENCY AND INCREASING EMISION QUALITY IN MOTOR VEHICLES Diana Fitriah1) dan Wahyono Hadi2) Jurusan Teknik Lingkungan-FTSP-ITS 1)
2)
email :
[email protected]
email :
[email protected]
Abstrak Proses elektrolisis mereduksi pencemaran udara dan menghemat konsumsi bahan bakar yang dihasilkan oleh kendaraan bermotor. Proses elektrolisis pada hydrogen electrolyzer menghasilkan gas hydrogen hydrogen oksigen (HHO) yang dapat menyempurnakan pembakaran bensin pada sepeda motor 4 langkah. Tujuan dari penelitian ini yaitu meningkatkan kualitas emisi CO dan HC serta penghematan bahan bakar pada sepeda motor melalui elektrolisa air menggunakan elektrolit NaHCO3. Variasi yang digunakan dalam penelitian ini yaitu bentuk elektroda yang berupa plat dan silinder serta volume elektrolit yaitu 250 ml dan 270 ml. Hasil penelitian menunjukkan bahwa hydrogen electrolyzer dengan kombinasi bentuk elektroda plat dan volume elektrolit 270 ml mampu menurunkan konsumsi bahan bakar sebesar 19.2%. Pada hydrogen electrolyzer dengan bentuk elektroda silinder dan volume larutan elektrolit 270 ml diperoleh persentase terbesar untuk penurunan emisi CO sebesar 80.18%. Untuk pengujian emisi HC, persentase penurunan terbesar terjadi pada hydrogen electrolyzer dengan variasi bentuk elektroda plat dan volume elektrolit 270 ml yaitu sebesar 43.72%.
Kata kunci: Elektrolit, Electrolyzer, Emisi, Gas HHO, NaHCO3
1
Abstract Electrolysis process to reduce air pollution and save fuel consumption generated by motor vehicles. The process of electrolysis hydrogen electrolyzer to produce hydrogen gas hydrogen oxygen (HHO) which can enhance the combustion of gasoline on motorbikes 4 steps. The purpose of this research is to improve the quality of CO and HC emissions and fuel economy on a motorbike through the electrolysis of water using NaHCO3 electrolyte. Variations used in this study is a form of electrode plate and the cylinder and the volume of electrolyte 250 ml and 270 ml. The results showed that hydrogen electrolyzer with a combination of electrode plates and electrolyte volume of 270 ml can reduce fuel consumption by 19.2%. In hydrogen electrolyzer to form a cylindrical electrode and the volume of 270 ml of electrolyte solution obtained for the largest percentage decrease in CO emissions of 0.18%. For HC emissions testing, the largest percentage decline occurred in the hydrogen electrolyzer with a variation of the electrode plates and electrolyte volume of 270 ml of 43.72%.
Keywords: Electrolytes, Electrolyzer, emissions, HHO Gas, NaHCO3
1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Salah satu teknologi baru yang sedang dalam pengembangan adalah Hidrogen Electrolizer. Hydrogen Electrolyzer ini
berupa tabung plastik yang komponen didalamnya berisi dua buah
Hidrogen Electrolyzer diisi dengan aquades yang ditambahkan elektrolit selanjutnya dihubungkan pada aki motor untuk mengubah air menjadi gas HHO. Gas HHO inilah yang akan digunakan sebagai sumber energi dalam mesin bakar. Elektrolit yang dipilih dalam tugas akhir ini adalah soda kue (NaHCO3) karena keberadaannya mudah didapat dan murah.
2
1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah disampaikan, dapat disusun beberapa permasalahan sebagai berikut : 1. Bagaimana pengaruh kombinasi bentuk elektroda dan volume larutan elektrolit pada penggunaan Hidrogen Electrolyzer NaHCO3 terhadap konsumsi bahan bakar yang digunakan pada sepeda motor 4 langkah. 2. Bagaimana kecepatan produksi gas HHO yang dihasilkan dari Hidrogen Electrolyzer dengan katalis NaHCO3. 3. Apakah sepeda motor menggunakan Hidrogen Electrolyzer NaHCO3 menghasilkan emisi yang lebih ramah lingkungan. 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Mengetahui pengaruh kombinasi antara bentuk elektroda dan volume larutan elektrolit terhadap penggunaan Hidrogen Electrolyzer dengan katalis NaHCO3 terhadap konsumsi bahan bakar pada sepeda motor Honda Legenda. 2. Mengetahui kecepatan produksi gas HHO yang dihasilkan dari Hidrogen Electrolyzer dengan katalis NaHCO3. 3. Mengetahui hasil emisi pada sepeda motor Honda Legenda dengan menggunakan Hidrogen Electrolyzer. 1.4 Teori Komponen Elektroliser Komponen yang menunjang proses elektrolisis untuk menghasilkan gas HHO adalah tabung elektroliser, elektroda (katoda dan anoda), larutan elektrolit. 3
a. Tabung Elektroliser Tabung elektroliser merupakan tempat berlangsungnya proses elektrolisis untuk menghasilkan gas HHO. Tabung elektroliser yang digunakan terbuat dari plastik tahan panas. Disarankan menggunakan tabung yang tidak terlalu tebal, karena dikhawatirkan meledak dan akan menghasilkan suara yang sangat kencang. b. Elektroda Elektroda terdiri dari dua kutub, yaitu katoda (-) dan anoda (+) yang dimasukkan ke dalam larutan elektrolit. Jika elektroda tersebut diberi arus listrik, akan muncul gelembung-gelembung kecil berwarna putih (gas HHO). Hal ini menunjukkan bahwa air dan H2O telah terpisah. Agar lebih tahan terhadap korosi, disarankan menggunakan silinder stainless steel grade 316 L. Elektroda dipasang dengan jarak tertentu. Jika kedua elektroda tersebut saling bersentuhan, akan menyebabkan hubungan pendek (korsleting) listrik yang akan merusak accu motor. c. Elektrolit Elektrolit digunakan untuk menghasilkan gas HHO pada proses elektrolisis. Elektrolit sendiri atas air murni atau air destilasi dan katalisator. Katalisator akan larut dalam air murni dan menyatu membentuk larutan elektrolit. Katalis yang digunakan pada proses elektrolisis menggunakan Natrium Bikarbonat (NaHCO3). d. Deode Zener 25 Amper Sebuah dioda biasanya dianggap sebagai alat yang menyalurkan listrik ke satu arah, namun Dioda Zener dibuat sedemikian rupa sehingga arus dapat mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas "tegangan rusak" (breakdown voltage) atau "tegangan Zener".
4
e. Kabel Kabel digunakan utuk menyalurkan arus listrik ke elektroda yaitu katoda (-) dan anoda (+) yang ada didalam tabung electrolizer f. Selang plastik Selang plastic digunakan sebagai lubang udara/selang pernafasan untuk menyamakan tekanan atmosfir yang ada didalam dengan yang ada diluar tabung, supaya tabung electrolizer tidak kempes disaat kendaraan hidup, akibat gas hidrogen yang ada ditabung electrolizer terhisap oleh manipol. g. Keran Keran ini digunakan untuk mengatur keluarnya gas hidrogen dari dalam tabung electrolizer menuju manipol. h. Jepitan kabel Jepitan kabel ini gunanya untuk menghindari kontak langsung antara kabel yang satu dengan kabel yang lain yang bisa menimbulkan korsleting. (Djoko Suparto, 2008)
Gambar 2.11 Skema Pemasangan electrolyzer Pada Motor 5
2. METODOLOGI Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perbandingan konsumsi bahan bakar, kualitas emisi yang dihasilkan, produksi gas HHO, dan korosifitas elektroda pada hydrogen electrolyzer dengan kombinasi elektroda dan volume elektrolit yang berbeda. Kombinasi yang dibandingkan adalah bentuk elektroda (plat dan silinder) serta volume larutan elektrolit (250 ml dan 270 ml). Sebelum dilakukan pengujian sebaiknya mempersiapkan mesin yang akan diuji serta alat-alat ukur lengkap dengan pendukungnya yang telah terkalibrasi. Mesin yang akan diuji harus di tune up terlebih dahulu sesuai dengan spesifikasi mesin, kemudian mengisi bahan bakar secukupnya dan mengecek pelumas, mengontrol saluran bahan bakar dari tangki kekarburator untuk meyakinkan bahwa bensin dapat mengalir dengan lancar dan bebas dari kebocoran. Analisa data dan pembahasan dilakukan terhadap data yang diperoleh dari hasil analisa yang meliputi data perbandingan konsumsi bahan bakar, kualitas emisi HC dan CO, produksi gas HHO, dan korosifitas elektroda.
3.HASIL DAN PEMBAHASAN Analisa Konsumsi Bahan Bakar Analisa konsumsi bahan bakar dilakukan untuk mengetahui apakah electrolyzer efektif untuk menghemat bahan bakar pada sepeda motor. Konsumsi bahan bakar yang digunakan dalam penelitian yaitu konsumsi mesin berapa lama waktu yang diperlukan untuk menghabiskan bensin sebanyak 10 ml bensin. Semakin rendah nilai Sfc maka semakin rendah pula konsumsi bahan bakar yang digunakan. Berikut ini merupakan hasil dari pengukuran konsumsi bahan bakar spesifik.
6
Tabel 4.1 Sfc pada sepeda motor dalam kondisi standart dan kondisi menggunakan Hydrogen Electrolyzer Konsumsi Bahan Bakar (Kg/hp.jam) Putaran Mesin (RPM) Silinder Plat Standar 250 ml 270 ml 250 ml 270 ml 1000 0.060 0.059 0.058 0.056 0.064 2000 0.057 0.054 0.052 0.052 0.072 3000 0.048 0.044 0.042 0.042 0.060 4000 0.063 0.062 0.064 0.062 0.079 5000 0.073 0.064 0.072 0.065 0.090 6000 0.074 0.073 0.075 0.072 0.088 7000 0.081 0.076 0.081 0.075 0.088 8000 0.094 0.092 0.087 0.082 0.100 9000 0.121 0.116 0.113 0.112 0.126 0.074 0.071 0.072 0.069 0.085 Nilai Rata - Rata Sumber : Hasil Percobaan Juli 2009 Dari data Tabel 4.1 maka dapat dibuat suatu diagram sebagai berikut :
Gambar 4.1 Perbandingan Sfc pada sepeda motor dalam kondisi standart dan saat menggunakan Hydrogen Electrolyzer Berdasarkan Tabel 4.1 dan grafik 4.2 diatas maka dapat disimpulkan bahwa sepeda motor yang telah menggunakan electrolyzer memiliki nilai Sfc yang lebih rendah daripada sepeda motor pada kondisi standar.
7
Tabel 4.2 Penurunan Konsumsi Bahan bakar dengan menggunakan electrolyzer Jenis Electrolyzer Penurunan Konsumsi Bahan bakar Silinder, 250 ml 12.6 % Silinder, 270 ml 16.4 % Plat, 250 ml 16.0 % Plat, 270 ml 19.2 % Berdasarkan table 4.2 dapat diketahui bahwa kombinasi elektroda dan volume air mempengaruhi kinerja electrolyzer dalam mengefisienkan penggunaan bahan bakar. Akan tetapi volume air lebih signifikan dalam mempengaruhi pembentukan gas HHO dibandingkan dengan bentuk elektroda. Analisa Emisi Karbon Monoksida dan Hidrokarbon Uji emisi dilakukan pada setiap pemasangan alat electrolyzer terhadap mesin motor dan perubahan kecepatan putaran mesin yang nantinya akan menunjukkan perubahan emisi karbon monoksida dan hidrokarbon yang dihasilkan. Untuk hasil pengujian emisi karbon monoksida (CO) dapat dilihat pada Tabel 4.3 berikut: Tabel 4.3 Emisi Karbon Monoksida Dalam % Vol
Putaran (RPM) 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Nilai rata-rata Sumber : Hasil Penelitian
8
Standart 2.998 5.315 7.481 8.887 9.869 9.758 9.383 8.479 6.421 7.62
Kondisi Sepeda Motor Silinder 250 ml 270 ml 0.275 0.156 0.276 0.292 0.224 0.265 0.844 0.879 2.762 2.689 2.732 2.65 2.628 2.7 2.375 2.44 1.8 1.51 1.55 1.51
Plat 250 ml 3.126 0.676 0.63 3.781 6.966 2.711 2.655 2.334 1.821 2.74
270 ml 2.166 2.179 3.11 5.39 6.52 2.681 2.645 2.434 1.721 3.21
Dari Tabel 4.3 diatas maka dapat diketahui bahwa emisi CO mengalami penurunan yang cukup tinggi pada bentuk elektroda silinder dengan volume elektrolit 270 ml dibandingkan dengan emisi CO pada kondisi sepeda motor standar Untuk hasil pengukuran emisi Hidrokarbon dapat dilihat pada Tabel 4.4 berikut Tabel 4.4 Emisi Karbon Monoksida Dalam PPM
Putaran (RPM) 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Nilai rata-rata Sumber: Hasil Percobaan
Standart 1264 402 415 374 323 244 164 117 97 377.8
Kondisi Sepeda Motor Silinder Plat 250 ml 270 ml 250 ml 270 ml 1133 1105 997 966 379 350 323 305 264 255 219 199 156 147 136 127 139 125 121 119 95 99 97 100 49 45 48 45 30 33 32 31 24 29 26 21 252.1 243.1 222.1 212.6
Dari Tabel 4.4 diatas maka dapat diketahui bahwa emisi HC mengalami penurunan yang cukup tinggi pada bentuk elektroda plat dengan volume elektrolit 270 ml yaitu dibandingkan dengan emisi HC pada kondisi sepeda motor standar. maka dapat diperoleh bahwa penambahan gas HHO dalam mesin dapat mereduksi emisi hidrokarbon dalam gas buang sepeda motor.Hal ini menunjukan bahwa pada pembakaran dalam mesin tersebut berlangsung pembakaran secara sempurna sehingga bahan bakar masuk kedalam mesin dapat terbakar secara keseluruhan sehingga hidrokarbon yang merupakan sisa bahan bakar yang tidak terbakar dapat berkurang. Analisa Kecepatan Produksi Gas HHO Analisa ini bertujuan untuk mengukur kecepatan produksi gas HHO yang dihasilkan electrolyzer dengan variasi bentuk elektroda dan volume elektrolit.
9
Berikut ini data yang diperoleh dari hasil pengukuran volume gas HHO pada variasi bentuk elektroda dan volume elektrolit. Tabel 4.9 Nilai rata-rata kecepatan produksi gas HHO
Rata-rata nilai Terendah Tertinggi Sumber : Hasil Perhitungan
Kecepatan Produksi Gas HHO (ml/detik) Elektroda Silinder Elektroda Plat 250 ml 270 ml 250 ml 270 ml 0.366 0.368 0.365 0.366 0.455 0.447 0.451 0.456
Pada tabel 4.9 dapat disimpulkan bahwa kecepatan produksi gas HHO yang terbesar adalah pada elektroda plat dengan volume elektrolit 270 ml. Analisa Korosifitas Analisa korosifitas ini dilakukan untuk mengukur tingkat korosifitas elektrolit NaHCO3 terhadap elektroda pada electrolyzer. Dari hasil penimbangan maka dapat diketahui prosentase penurunan massa tiap elektroda dengan menggunakan perhitungan sebagai berikut
Sehingga diperoleh hasil sebagai berikut. Tabel 4.10 Prosentase penurunan massa elektroda Berat Elektroda (gram) Awal Akhir A1 193,231 193,102 A2 197,475 197,401 B1 85,572 85,483 B2 86,773 86,685 Sumber: Hasil Percobaan Simbol
penurunan massa (%) 0.066759 0.037473 0.104006 0.101414
Untuk mengetahui daya tahan elektroda terhadap korosifitas elektrolit pada jangka waktu tertentu maka dilakukan perhitungan dengan rumus sebagai berikut. 10
Keterangan : 60 jam merupakan waktu efektif yang digunakan Electrolyzer selama
dalam
penggunaan
Hydrogen
penelitian berlangsung.
Dalam perhitungan ini diasumsikan bahwa massa elektroda berkurang menjadi 50% karena luas permukaan elektroda diharapkan masih dalam kondisi yang optimal pada saat pemakaian. Berikut hasil perhitungan. Tabel 4.11 Hasil perhitungan daya tahan elektroda terhadap jangka waktu tertentu
Simbol
penurunan massa(%)
A1 0.066759 A2 0.037473 B1 0.104006 B2 0.101414 Sumber: Hasil Perhitungan
Daya Tahan elektroda (jam) 44938 80058 28844 29582
Pada tabel diatas dapat terlihat bahwa elektroda yang paling tahan pada korosifitas yang disebabkan oleh Hydrogen electrolyzer adalah elektroda berbentuk silinder, karena elektroda silinder lebih luas permukaannya, sedangkan elektroda plat luas permukaannya lebih sempit atau kecil. Dalam pemakaian Hydrogen Electrolyzer untuk volume larutan elektrolit 250 ml dapat digunakan selama 1 jam secara terus menerus. Sedangkan untuk volume 270 ml dapat digunakan sebanyak 2 jam secara terus menerus. 4. KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil dari hasil analisa dan pembahasan dalam penelitian ini adalah : 1. Kombinasi antar bentuk elektroda dan volume elektrolit pada penggunaan Hydrogen Electrolyzer dengan katalis NaHCO3 ternyata dapat mempengaruhi konsumsi bahan bakar pada sepeda motor 4 langkah. Kombinasi antara elektroda dan volume elektrolit yang terbaik adalah Hydrogen 11
Electrolyzer dengan bentuk elektroda plat dan volume larutan 270 ml. penurunan konsumsi bahan bakar yang dihasilkan sebesar 19.2%. 2. Kecepatan produksi gas HHO terbanyak yang dihasilkan dari Hydrogen Electrolyzer dengan katalis NaHCO3 adalah Hydrogen Electrolyzer dengan kombinasi bentuk elektroda plat dan volume larutan elektrolit 270 ml sebanyak 0.456 ml. 3. Emisi yang dihasilkan pada sepeda motor lebih rendah dengan menggunakan Hydrogen Electrolyzer,
Emisi CO Kondisi standart nilai rata-rata terendah yaitu 7.62 % Vol. Kondisi menggunakan Hydrogen Electrolyzer : Saat menggunakan elektroda silinder nilai rata-rata terendah yaitu 1.51 % Vol dengan volume elektrolit 270 ml. Saat menggunakan elektroda plat nilai rata-rata terendah yaitu 2.74 % Vol dengan volume elektrolit 250 ml.
Emisi HC Kondisi standart nilai rata-rata terendah yaitu 377.8 ppm Vol Kondisi menggunakan Hydrogen Electrolyzer : Saat menggunakan elektroda silinder nilai rata-rata terendah yaitu 243.1 ppm Vol dengan volume elektrolit 270 ml. Saat menggunakan elektroda plat nilai rata-rata terendah yaitu 212.6 ppm Vol dengan volume elektrolit 270 ml.
12
5. DAFTAR PUSTAKA Achmad, Hiskia. 2001. Elektrokimia dan Kinetika Kimia. PT. Citra Aditya Bakti. Bandung. Anonim. 2005. Motor Pembakaran Dalam. Program pendidikan ahli teknik mesin program satu tahun (PATM I)-OTOMOTIF. Program Studi D III teknik mesin FTI-ITS. SURABAYA. Anggraeni, Citra Puspitasari. 2005. Pengaruh Konsentrasi dan Jarak Antar Elektroda Pada Proses Elektrolisis untuk Menurunkan Kadar Logam Berat Cu. Jurusan Teknik Lingkungan FTSPITS. Surabaya. Sari, Dewi MP. 2006. Analisis Emisi Karbon Monoksida (CO) dan Hidrokarbon (HC) Pada Kendaraan Mesin Diesel dengan Bahan Bakar Biodiesel Minyak Sawit. Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS. Surabaya. Hidayatullah, Poempida dan F. Mustari. 2008. Rahasia Bahan Bakar Air. Ufuk Press. Jakarta. http://chem-is-try.org 24/02/2009. 10:26. Stainlees Steel. http://id.wikipedia.org/wiki/Air. 02/02/2009. 10:56. Air. http://id.wikipedia.org/wiki/Elektrolit. 02/02/2009. 14.16. Elektrolit. http://perpumda.jakarta.go.id/simkota/PENCEMARAN%20UDARA.htm.27/01/2009.16.45. Pencemaran Udara. http://science.howstuffworks.com/gasoline.htm/. 05/02/2009. 22.20. Sifat Bensin. http://tugas-kimia-natrium.html. 05/02/2009. 22.20. Natrium. Sudirman, Urip. 2008. Hemat BBM dengan Air. PT. Kawan Pustaka. Jakarta. Suherman, Wahid. 1987. Pengetahuan Bahan. Jurusan Teknik Mesin. FTI-ITS. Surabaya. Sukatma. dkk. 1998. Lingkungan Hidup untuk Sekolah Menegah Kejuruan. PPPGT/VEDC. Malang. Suparto, Djoko. 2008. Bahan Bakar Air. Kata Buku. Yogyakarta. 13
