POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
September 2012
EKSTRAK PEWARNA ANTOSIANIN BUNGA MAWAR MERAH SEBAGAI PEWARNA ALAMI PADA SEL SURYA DYE DYE-SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) Rohmat Subodro Teknik Mesin, Universitas Nadlatul Ulama Surakarta
ABSTRACT Along with the dense population of the Earth would result in world energy demand also continues to soar and many, of something like this it would require human effort to develop new and renewable energy. The potential for renewable energy (renewable energy), such as solar energy, geothermal energy, water, biomass, wind energy and ocean energy, renewable energy potential in the country is huge. Solar Energy (Solar) is one of the renewable energy that is currently being developed. because it has environmentally friendly, one of the applications of solar energy is in energy conversion of light into electricity is by solar cells. There are the necessary ingredients as natural dyes in the energy conversion process is the red rose, with UV-Vis Spektrovotometer test then we will know at a wavelength of 400 nm -800 nm, using distilled water as the solvent. Absorbance good at a wavelengthof450nm-580nm. Keywords: renewable energy, Rose Red, UV Vis Spektrovotometer, distilled water. 1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang Masalah Indonesia mempunyai potensi penggunaan energi surya yang cukup besar , Berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, radiasi surya di Indonesia dapat diklasifikasikan berturut-turut sebagai berikut: untuk kawasan barat dan timur Indonesia dengan distribusi penyinaran di Ekstrak Pewarna…
Kawasan Barat Indonesia (KBI) sekitar 4,5 kWh/m 2 /hari dengan variasi bulanan sekitar 10%; dan di Kawasan Timur Indonesia (KTI) sekitar 5,1 kWh/m 2 /hari dengan variasi bulanan sekitar 9%. (Departemen Energi dan sumber daya mineral) Menurut Undang-Undang No. 30/2007 Tentang Energi , dalam Pasal 20 ayat 4 berbunyi : Setiap orang berhak 32
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
memperoleh energi,Penyediaan dan pemanfaatan energi baru dan energi terbarukan wajib ditingkatkan oleh Pemerintah dan pemerintah daerah sesuai dengan ewenangannya.kemudian dalam Pasal 20 ayat 5 berbunyi : Penyediaan dan pemanfaatan energi dari sumber energi baru dan sumber energi terbarukan dapat memperoleh kemudahan dan/atau insentif dari Pemerintah dan/atau pemerintah daerah sesuai dengan kewenangannya untuk jangka waktu tertentu hingga tercapai nilai keekonomiannya . Energi merupakan sebuah tantangan yang akan kita hadapi pada abad 21 ini. Berdasarkan survey yang dilakukan oleh Professor Ricards Smalley dari Rice University mengenai masalah terbesar yang akan dihadapi manusia untuk 50 tahun mendatang, ternyata energi menduduki peringkat pertama.( dikutip dari Richard E Smalley, MRS Bulletin 30, 421, 2005). Agar bisa tercukupinya kebutuhan energi yang terus meningkat tersebut, dikembangkan berbagai energi alternatif, di antaranya energi terbarukan. Potensi energi terbarukan, seperti: energi surya , energi air ,biomassa, panas bumi, energi angin dan energi Ekstrak Pewarna…
September 2012
samudera,yang sampai saat ini belum bisa dimanfaatkan cara maksimal , padahal potensi energi terbarukan di Indonesia sangatlah besar. Dalam penggunaan energi surya tersebut, ada 2 (dua) macam teknologi yang sudah diterapkan, yaitu teknologi energi surya termal dan teknologi energi surya fotovoltaik. Energi surya termal pada umumnya digunakan untuk memasak (kompor surya), mengeringkan hasil pertanian (perkebunan, perikanan, kehutanan, tanaman pangan) dan memanaskan air. Peran Material Sciences dalam mengembangkan sumber energi alternatif , khususnya solar energi, atau photovoltaic/PV semikondutor ini yang akan mengkonversikan energi matahari (photon) menjadi energi listrik (Gratzel, 2003).. Perkembangan nanoteknologi yang menarik saat ini dari teknologi sel surya adalah sel surya yang dikembangkan oleh Grätzel. Sel ini terdiri dari sebuah lapisan partikel nano (TiO2) yang direndam dalam sebuah fotosensitizer (pemeka cahaya). Sel ini sering juga disebut dengan sel Grätzel atau dye sensitized solar cells (DSSC) atau sel surya berbasis
33
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
pewarna tersensitisasi (Gratzel, 2006). DSSC adalah salah satu kandidat potensial sel surya generasi yang akan datang, hal ini disebabkan tidak diperlukanya material yang punya kemurnian tinggi sehingga biaya produksi yang diperlukan juga relatif rendah. Berbeda dengan sel surya konvensional dimana semua proses produksinya harus melibatkan material silicon itu sendiri, pada DSSC absorbsi cahaya dan separasi muatan listrik terjadi pada proses terpisah. Absorbsi cahaya dilakukan oleh molekul dye dan separasi muatan oleh inorganik semikonduktor nanokristal yang punya bandgap lebar. Antosianin, penyebab warna merah, oranye, ungu dan biru banyak terdapat pada bunga dan buah-buahan seperti bunga mawar, pacar air, kembang sepatu, bunga tasbih/kana, krisan, pelargonium, aster cina, dan buah apel,chery, anggur, strawberi, juga terdapat pada buah manggis dan umbi ubi jalar. Bunga telang, menghasilkan warna biru keunguan. Bunga belimbing sayur menghasilkan warna merah. Penggunaan zat pewarna alami, misalnya pigmen antosianin masih terbatas pada Ekstrak Pewarna…
September 2012
beberapa produk makanan, seperti produk minuman (sari buah, juice dan susu) (Saati 2006). Di dalam Bunga mawar terdapat Antosian, yang merupakan salah satu zat pewarna alami berwarna kemerah-merahan yang larut dalam air dan tersebar luas di dunia tumbuh-tumbuhan. Zat warna ini banyak diisolasi untuk digunakan dalam beberapa bahan olahan, makanan maupun minuman. Pada kondisi asam, antosianin akan lebih stabil dibandingkan dengan pada kondisi basa atau netral. Antosianin juga tergolong senyawa flavonoid yang memiliki fungsi sebagai antioksidan alami. Selain itu, antosianin mampu menghentikan reaksi radikal bebas dengan menyumbangkan hidrogen atau elektron pada radikal bebas dan menstabilkannya. Hal tersebut dikarenakan terdapatnya 2 cincin benzena yang dihubungkan dengan 3 atom C dan dirapatkan oleh 1 atom O sehingga terbentuk cincin diantara 2 cincin benzena pada antosianin.
34
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
1.2. Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah: 1. Untuk menghasilkan Ekstrak Pewarna Alami Dari bunga Mawar Merah. 2. Agar bisa mengetahui faktor faktor yang mempengaruhi pembuatan pewarna alami dari bunga mawar merah. 3. Untuk mengetahui kemampuan serap Dye Mawar Merah . 1.3. Manfaat Penelitian Dari penelitian yang dilakukan, dapat diperoleh manfaat sebagai berikut : 1. Mengetahui pengaruh waktu
perendaman Ekstrak Dye terhadap hasil pewarna yang terbentuk. 2. Mengetahui kemampuan Penyerapan sinar matahari yang dilakukan oleh Dye Mawar Merah. 3. Teknik Ekstrak Dye mawar merah yang dilakukan dalam penelitian ini bisa menjadi acuan untuk penelitian lebih lanjut sehingga menghasilkan pewarna alami yang lebih bagus yang lebih baik.
Ekstrak Pewarna…
September 2012
2. Experimen 2.1.Ekstrak dilakukan dengan beberapa tahapan: Alat dan bahan yang digunakan dalam Eksrak Bunga mawar merah : Alat : Timbangan digital , Pipet, Gelas ukur, Stiring hotplate, Alumunium foil,Blender, kertas saring , sarung tangan. , UV Vis Spektrovotometer. Bahan : Aquades, Etanol, Asam Sitrat, Mawar merah yang sudah dihaluskan Cara kerja 1. Penimbangan serbuk mawar merah yang sudah dihaluskan 10 gr. 2. Campurkan larutan ( Etanol 10 ml + Asam Sitrat 2 ml + Aquades 8 ml ) aduk dengan pengaduk. 3. Serbuk mawar merah diberi stirrer magnetic , kemudian campur dengan larutan Etanol, Asam Sitrat dan Aquades. 4. Aduk dengan Stirring Hotplate pada suhu 60o C, kecepatan 3 rpm, dengan waktu 30 menit, kondisi tertutup Alumunium Foil. 5. Didiamkan (maserasi ) selama kurang lebih 1 jam . 6. Lakukan pemerasan, dengan disaring dengan kertas saring sehingga dapat dipisahkan antara serat dengan sarinya. 35
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
7. Hasil penyaringan ditutup dengan Alumunium foil agar tidak terjadi Evavorasi. 8. Kalau belum bisa pengujian langsung taruh hasil Ekstrak dalam lemari pendingin agar tidak terjadi pembusukan. 9. Hasil penyaringan diuji dengan UV Vis Spektrofotometer. Adapun langkah langkah dalam Ekstrak Mawar Merah Adalah digambarkan seperti dibawah ini:
September 2012 Penimbangan 10 gr Serbuk Mawar Merah Lakukan pengadukan Etanol 10 ml + Asam Sitrat 2 ml + Aquades 8 ml Larutan dicampur sampai rata 10 gr Serbuk Mawar Merah Etanol 10 ml + Asam Sitrat 2 ml + Aquades 8 ml Aduk dengan stirrer magnetic pada suhu 60o C, kecepatan 3 rpm dengan waktu 30 menit
Pemerasan dengan kertas saring
Didiamkan (maserasi ) Diamkan selama 1 jam
UV Vis Spektrofotometer Gambar
Ekstrak Pewarna…
1.
langkah langkah dalam Ekstrak mawar merah
36
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
2 .2.Karakterisasi Spektrofotometri merupakan salah satu metode dalam kimia analisis yang digunakan untuk menentukan komposisi suatu sampel baik secara kuantitatif dan kualitatif yang didasarkan pada interaksi antara materi dengan cahaya. Peralatan yang digunakan dalam spektrofotometri disebut spektrofotometer. Cahaya yang dimaksud dapat berupa cahaya visibel, UV dan inframerah, sedangkan materi dapat berupa atom dan molekul namun yang lebih berperan adalah elektron valensi. Sinar atau cahaya yang berasal dari sumber tertentu disebut juga sebagai radiasi elektromagnetik. Radiasi elektromagnetik yang dijumpai dalam kehidupan seharihari adalah cahaya matahari. Dalam interaksi materi dengan cahaya atau radiasi elektromagnetik, radiasi elektromagnetik kemungkinanan dihamburkan, diabsorbsi atau dihamburkan sehingga dikenal adanya spektroskopi hamburan, spektroskopi absorbsi ataupun spektroskopi emisi.Spektrofotometri visible disebut juga spektrofotometri sinar tampak. Yang dimaksud sinar tampak adalah sinar yang dapat dilihat oleh mata manusia. Cahaya yang dapat dilihat oleh mata manusia adalah cahaya dengan Ekstrak Pewarna…
September 2012
panjang gelombang 400-800 nm dan memiliki energi sebesar 299– 149 kJ/mol. pada spektrum sinar tampak ( Emel Seran 2011 ). Untuk lebih jelasnya perhatikan tabel berikut. Panjang gelombang (nm)
Warna warna yang diserap
400 – 435
Ungu
435 – 480 480 – 490
Biru Biru kehijauan Hijau kebiruan Hijau
490 – 500 500 – 560 560 – 580 580 – 595 595 – 610
Hijau kekuningan Kuning Jingga
610 – 800
Merah
Warna komplementer (warna yang terlihat) Hijau kekuningan Kuning Jingga Merah Ungu kemerahan Ungu Biru Biru kehijauan Hijau kebiruan
Tabel 1. Warna yang diserap dan warna komplementer (Emel Seran, 2011) Zat yang dapat dianalisis menggunakan spektrofotometri sinar tampak adalah zat dalam bentuk larutan dan zat tersebut harus tampak berwarna, sehingga analisis yang didasarkan pada pembentukan larutan berwarna disebut juga metode kolorimetri. Jika tidak berwarna maka larutan tersebut harus dijadikan berwarna dengan cara memberi reagen tertentu yang spesifik. 37
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
Radiasi elektromagnetik memiliki sifat ganda yang disebut sebagai sifat dualistik cahaya yaitu: 1) Sebagai gelombang 2)Sebagai partikel-partikel energi yang disebut foton.
Gambar 2. Panjang Gelombang (Emel Seran, 2011) 3.Hasil dan Pembahasan 3.1. Hasil UV Vis Spektrofotometer Dye berfungsi menyerap cahaya tampak , memompa electron kedalam semikonduktor , menerima electron dari pasangan redoks dalam larutan dan selanjutnya dalam suatu siklus sehingga dye berperan sebagai pompa electron molekuler. Sensitisasi semikonduktor biasanya menggunakan antosianin yang berasal dari pigmen alami hal ini karena antosianin memiliki keunggulan yang lebih dari klorofil Ekstrak Pewarna…
September 2012
sebagai sensitizer DSSC ( Hao,et al, 2006) Dye yang dipakai harus mempunyai kandungan antosianin yang tinggi, mempunyai serapan yang kuat di daerah cahaya tampak , stabilitas tinggi, dan reversibilitas dalam bentuk teroksidasinya . Dye yang digunakan dalam DSSC mempunyai gugus kromofir terkonjugasi sehingga memungkinkan terjadinya transfer electron.salah satu contoh pewarna organic dengan kandungan antosianin tinggi yaitu mawar merah ( Rosa Damascana mill) yang mempunyai gugus kromofor yang terkonjugasi sehingga dapat melakukan transfer electron.( Dewi, 2012 ). Mawar merah mengandung antosianin flavonoid jenis sianidin . Dye hasil penyerapan disimpan dalam botol tertutup alumunium foil untuk mencegah Evaporasi dan Degradasi , serta disimpan dalam suhu dingin agar tidak membusuk.Mawar yang telah dieksitasi menjadi larutan dye , diuji absorbansinya menggunakan spektrofotometer UV – Visible lamda 25 panjang gelombang yang digunakan antara 400 – 800 nm. Pada spektrofotometer UV sinar kontinyu dihasilkan oleh lampu muatan hydrogen atau deuterium, sedangkan sinar visible dihasilkan oleh lampu wolfram, prinsip dari spektrofotometer 38
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
adalah terjadi transisi elektronik yang disebabkan oleh penyerpan sinar UV Vis yang mampu mengeksitasi electron dari orbital yang kosong. Pada umumnya transisi yang paling mungkin adalah transisi pada tingkat tertinggi (HOMO ) ke orbital molekul yang kosong pada tingkat terendah ( LUMO) ( Dewi, 2012 ) Absorbansi terjadi ketika foton bertumbukan langsung dengan atom atom pada material dari kehilangan energy pada electron atom .foton akan mengalami perlambatan ada juga yang berhenti saat saat masuk pada material . Energi foton yang diserap oleh atom kemudian digunakan oleh electron didalam atom tersebut untuk bertransisi ke tingkat energy yang lebih tinggi, Absorbansi menyatakan besarnya cahaya yang diserap oleh laposan tipis dari total cahaya yang disinarkan . Absorbansi suatu senyawa pada suatu panjang gelombang tertentu tertentu bertambah dengan semakin banyaknya molekul yang mengalami transisi pada penelitian ini akan dilakukan uji absorbansi pada masing masing sampel yaitu variasi perendaman , dimana rentang panjang gelombang yang digunakan antara 400 nm hingga 800 nm, sehingga akan diperoleh nilai Absorbansinya.
Ekstrak Pewarna…
September 2012
Gambar
3
. Uji UV Vis Spektrofotometer Bunga Mawar Mewah 1
Gambar
4
. Uji UV Vis Spektrofotometer Bunga Mawar Mewah 2
3.2. Pembahasan Dari gambar 3 pada pengujian menggunakan UV Vis Spektrofotometer pada bunga mawar merah diketahui bahwa pada panjang gelombang 300nm – kurang dari 400 nm terjadi noise karena bukan cahaya tampak , sementara cahaya tampak terjadi pada panjang gelombang 400nm – 800nm, dan dari gambar 3 39
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
dapat kita ketahui Absorbansi yang bagus adalah pada panjang gelombang sekitar 450 nm – 580 nm, demikian pula dari gambar 4 pada pengujian menggunakan UV Vis Spektrofotometer pada bunga mawar merah diketahui bahwa pada panjang gelombang 300nm – kurang dari 400 nm terjadi noise karena bukan cahaya tampak , sementara cahaya tampak terjadi pada panjang gelombang 400nm – 800nm, dan dari gambar 4 dapat kita ketahui Absorbansi yang bagus adalah pada panjang gelombang sekitar 450 nm – 580 nm. 4 . Kesimpulan Dari hasil sintesa yang sudah dilakukan terhadap TiO2 maka dapat diambil kesimpulan : 1. Kecepatan putar akan berpengaruh terhadap hasil ekstrak yang terbentuk. 2. Lama pemutaran akan berpengaruh terhadap Ekstrak yang dihasilkan. 3. Temperatur hot plate berpengaruh terhadap Ekstrak yang didapatkan. 4. Waktu perendaman harus diperhatikan dan kondisi tertutup alumunium Foil jangan sampai kering karena kalau kering akan susah dalam pemerasan . Ekstrak Pewarna…
September 2012
5. Proses penyimpanan Dye alami dari bunga mawar merah harus diperhatikan, kondisi botol harus tertutup alumunium foil dan dye harus disimpan dalam lemari pendingin. 6. Dengan uji UV Vis Spektrofotometer pada Bunga mawar merah Absorbansi yang paling bagus pada panjang gelombang 450 nm – 580 nm sehingga memungkinkan penyerapan sinar matahari yang bisa dilakukan oleh pewarna alami ini cukup bagus,
V. DAFTAR PUSTAKA Chen YS, Lee JN, Tsai SY, Ting CC. 2007. Manufacture of dye-Sensitized Nano Solar Cells and their I-V Curve Measurements. Di dalam: Proceedings of ICAM2007, Tainan-Taiwan. 26-28 Nov 2007. Departemen Energi dan sumber daya mineral, 2008. Dewi,2012,”Ekstrak Antosianin Mawar Merah sebagai Fotosensitizerpada sel surya berbasis titanium dioksida (TiO2)(Skripsi)Fakultas matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam 40
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2
Universitas Sebelas Maret Surakarta. Emel Seran, 2011 Pengertian Dasar ektrofotometer Vis, UV, UV-Vis Emel Seran, 2011. Spektrofotometri Sinar Tampak (Visible) Grätzel M. 2003. Photonic and optoelectronic devices”, Coordination Chemistry Reviews, 177, 347-414. Grätzel M. 2006. Review dyesensitized solar cells.Journal of Photochemistryand Photobiology C: Photochemistry Reviews; 4: 145–153. Photonic and optoelectronic devices”, Coordination Chemistry Reviews, 177, 347-414. Hao,et al, 2006 Electronic Properties of Materials Third Edition. Springer Science+Business Media, Inc.: USA. J.Halme, 2002, “Dye sensitized Nanostructured and
Ekstrak Pewarna…
September 2012
Organic Photovoltaic Cells : technical review and preeliminary test”, Master Thesis of Helsinki University of Technology.. Kay, A., Grätzel, M., 2006, “Low cost photovoltaic modules based on dye sensitized nanocrystalline titanium dioxide and carbon powder”, Solar Energy Materials & Solar Cells, 44, 99-117. Saati, 2006 ,”Ekstrak Antosianin bunga Sepatu sebagai Fotosensitizerpada sel surya berbasis titanium dioksida (TiO2)(Skripsi)Fakultas matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta. Richard E Smalley, MRS Bulletin 30, 421, 2005. Undang-Undang No. 30/2007 Pasal 20 ayat 5 dan pasal 5, Tentang Energi
41
