PRODUKSI HIDROGEN DARI PEMECAHAN MOLEKUL H2O DALAM MEDIA PARE DENGAN ELEKTRODA STAINLESS STEEL/Fe-Co-Ni
SKRIPSI
Diajukan kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Oleh: Lathifa Hidayati NIM 13307141007
PROGRAM STUDI KIMIA JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2017
i
PRODUKSI HDROGEN DARI PEMECAHAN MOLEKUL H2O DALAM MEDIA PARE DENGAN ELEKTODA STAINLESS STEAL/Fe-Co-Ni Oleh: Lathifa Hdayati NIM. 13307141007
ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efisiensi produksi gas H2 pada media pare dengan elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni pada proses elektrolisis air serta mengetahui hasil optimum produksi gas H2 dalam media pare. Subjek penelitian ini adalah elektroda stainless steel dan stainless steel/FeCo-Ni. Objek penilitian ini adalah efisiensi produksi gas hidrogen hasil elektrolisis dalam media pare dengan elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni. Stainless steel/Fe-Co-Ni dibuat dari logam stainless steel dengan metode elektrodeposisi yang dilakukan dengan menggunakan eDAQ EChem dengan laju 50 mV/s selama 10 menit. Logam sebelum dan sesudah elektrodeposisi dikarakterisasi menggunakan Voltametri Liniear, SEM-EDX (Scanning Electron Microscope) dan XRD (X-Ray Diffraction). Elektroda stainless steel dan stainless steel /Fe-Co-Ni digunakan sebagai elektroda kerja dalam elektrolisis air. Proses elektrolisis air menggunakan elektrolit NaHCO3 sebanyak 0,5% dan penambahan media pare dengan variasi 0,1% - 1%. Elektrolisis dari setiap semple secara voltametri siklik menggunakan eDAQ EChem dengan laju 50 mV/s. Hasil penelitian menunjukkan bahwa produksi hidrogen optimum pada elektrolisis air dengan elektroda stainless steel yaitu pada sampel tanpa penambahan media pare dan dengan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni yaitu pada penambahan 0,7% media pare. Adanya media pare mengakibat covering pada permukaan elektroda. Covering optimum pada elektrolisis air dengan elektroda stainless steel terjadi pada penambahan 0,8% media pare dan dengan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni terjadi pada penambahan 0,2% media pare. Produksi hidrogen dengan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni pada elektrolisis air dengan penambahan media pare lebih efisien daripada elektroda stainless steel. Kata Kunci: elektrodeposisi, elektrolisis air, stainless steel, pare, voltametri
ii
HYDROGEN PRODUCTION FROM ELECTROLYSIS OF H2O USE MEDIA OF BITTER MELON WITH STAINLESS STEAL/Fe-Co-Ni ELECTRODE By: Lathifa Hidayati NIM 13307141007
ABSTRACT This study aimed to determine efficiency of gas production on media of Bitter Melon using stainless steel and stainless steel/Fe-Co-Ni electrodes on water electrolysis process and also to obtain the optimum condition of H2 production on water electrolysis process. The subjects of this study are Stainless Steel and Stainless Steel/Fe-Co-Ni electrodes. The object of this study is the efficiency of production hydrogen gas on media of Bitter Melon using stainless steel and stainless steel/Fe-Co-Ni electrodes. Stainless steel/Fe-Co-Ni is made of stainless steel which uses electrodeposition method by using eDAQ Echem instrument at a rate of 50 mV/s for 10 minutes. The metals on before and after electrodeposition is characterized using Liniear Voltametry, SEM-EDX (Scanning Electron Microscope) and XRD (X-Ray Diffraction). Stainless steel and stainless steel/Fe-Co-Ni electrodes used as working electrodes on water electrolysis. The process of water electrolysis used electrolyte NaHCO3 for 0.5% and additional amount of Bitter Melon added in variation 0.1% - 1%. Each of the sample is electrolyzed in a cyclic voltammetric by using eDAQ Echem instrument at a rate of 50 mV / s. The study results showed that optimum hydrogen production on water electrolysis using stainless steel electrode was without of Bitter Melon added, while using stainless steel/Fe-Co-Ni electrode was optimum when 0.7% of Bitter Melon was add. The Bitter Melon creates a covering on the surface of electrode. The optimum covering of water electrolysis using stainless steel electrodes formed when 0.8% of Bitter Melon was added while using stainless steel/Fe-CoNi electrodes it formed when 0.2% of Bitter Melon was added. Production of hydrogen using stainless steel/Fe-Co-Ni electrodes on water electrolysis when additional Bitter Melon was more efficient than using stainless steel electrodes. Keywords:
electrodeposition, water electrolysis, stainless steel, bitter melon, voltammetry
iii
iv
v
HALAMAN PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya: Nama
: Lathifa Hidayati
NIM
: 13307141007
Prodi
: Kimia
Fakultas
: MIPA
Judul
: Produksi Hidrogen dari Pemecahan Molekul H2O dalam Media Pare dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni
menyatakan bahwa penelitian kimia ini adalah hasil dari pekerjaan saya sendiri. Sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali sebagai acuan atau kutipan dengan mengikuti tata penulisan karya ilmiah yang lazim. Tanda tangan dosen penguji yang tertera dalam halaman pengesahan adalah asli. Jika tidak asli, saya siap menerima sanksi ditunda pada yudisium periode berikutnya.
Yogyakarta, 13 Juni 2017 Yang menyatakan,
Lathifa Hidayati NIM. 13307141007
vi
MOTTO
Boleh Jadi Kamu Membenci Sesuatu, Padahal Ia Amat Baik Bagi Kamu. Dan Boleh Jadi Kamu Mencintai Sesuatu, Padahal Ia Amat Buruk Bagi Kamu. Allah Maha Mengetahui Sedangkan Kamu Tidak Mengetahui” (Al-Baqarah: 216) Keep Thinking The Out Of The Box And Keep Executing The Indside Of The Box Jadi Diri Sendiri, Cari Jati Diri, dan Dapatkan Hidup Yang Mandiri The Greatest Secret Of Success Is There Is No Big Secret, Whoever You Are, You Will Be Success If You Endeavor In Earnest
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Ku persembahkan skripsi kepada : 1. Allah SWT yang telah memberikan limpahan berkah dan nikmat yang luar biasa. 2. Keluarga tercinta Bapak Sunaryo, Ibu Poniyem, Kakak Ikhsan Ari Fauzi dan Adik Nina Alfiani Nur Hikmah yang telah memberikan kasih sayang, dukungan, semangat, nasehat dan doa yang tiada henti-hentinya. 3. Ratih Widyandari, Nur Azizah Rahmawati, Abdurrahman Affief dan Wisnu Sutopo rekan satu penelitian yang selalu semangat dan kompak. 4. Teman-teman Kimia B 2013 khususnya Ratih, Enny, Karlin, Yenni, dan Mei yang telah memberikan semangat dan dukungan tiada henti. 5. Sahabat-sahabat tercinta yang senantiasa mendengarkan keluh kesah, memberikan saran, masukan, semangat dan dukungan. 6. Teman-teman yang tidak lupa selalu memberikan semangat, dukungan serta doa. 7. Almamaterku tercinta, Program Studi Kimia, Universitas Negeri Yogyakarta.
viii
KATA PENGANTAR Segala puji bagi Allah Yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang yang telah
melimpahkan
rahmat
dan
hidayah-Nya,
sehingga
penulis
dapat
menyelesaikan Tugas Akhir Skripsi (TAS) dengan judul “Produksi Hidrogen dari Pemecahan Molekul H2O dalam Media Pare dengan Elektroda Stainless Steel/FeCo-Ni,” salawat serta salam tak lupa tercurahkan kepada Nabi Muhammad yang kita nantikan sya’atnya di yaumil akhir kelak. Penulis menyadari dalam menyelesaikan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan, arahan, motivasi dari berbagai pihak. Oleh sebab itu, melalui kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1.
Dr. Hartono selaku Dekan FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta yang telah memberikan ijin penelitian.
2.
Drs. Jaslin Ikhsan, M. App. Sc., Ph.D selaku Ketua Jurusan Pendidikan Kimia UNY dan Ketua Program Studi Kimia UNY.
3.
Drs. Heru Pratomo AL, M.Si dan Dr. Isana Supiah YL, M.Si selaku pembimbing skripsi yang telah memberikan bimbingan, ilmu, saran dan masukannya bagi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir skripsi.
4.
Sekertaris, penguji utama dan penguji pendamping yang telah memberikan saran, masukan dan nasehat bagi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir skripsi.
5.
Seluruh Dosen, Staf dan Laboran Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA UNY yang telah banyak membantu selama perkuliahan dan penelitian.
ix
6.
Keluarga dan sahabat yang selalu mendoakan, mendukung, memberikan semangat dan motivasi dalam melaksanakan penelitian serta menyelesaikan Tugas Akhir Skripsi.
7.
Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir Skripsi ini. Penulis
mengharapkan
kritik
dan
saran
yang
membangun
demi
kesempurnaan Tugas Akhir Skripsi ini. Semoga Tugas Akhir Skripsi ini dapat digunakan sebagaimana mestinya dan bermanfaat bagi pembaca sekalian.
Yogyakarta, 13 Juni 2017
Lathifa Hidayati
x
DAFTAR ISI ntents
ABSTRAK ............................................................................................................. ii ABSTRACT .......................................................................................................... iii HALAMAN PERSETUJUAN ................................ Error! Bookmark not defined. HALAMAN PENGESAHAN .................................. Error! Bookmark not defined. HALAMAN PERNYATAAN .............................................................................. vi MOTTO ............................................................................................................... vii HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................ viii KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix DAFTAR ISI ......................................................................................................... xi DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xv BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 A. Latar Belakang ................................................................................................. 1 B. Identifikasi Masalah ......................................................................................... 5 C. Pembatasan Masalah ........................................................................................ 6 D. Rumusan Masalah ............................................................................................ 7 E. Tujuan Penelitian ............................................................................................. 7 F. Manfaat Penelitian ........................................................................................... 7 BAB II KAJIAN PUSTAKA ................................................................................ 9 A. Deskripsi Teori ................................................................................................. 9 1. Gas Hidogen ..................................................................................................... 9 2. Elektrolisis ..................................................................................................... 10 3. Elektroda ........................................................................................................ 14 4. Elektrodeposisi ............................................................................................... 16 5. Voltametri Siklik ............................................................................................ 19 6. Pare (Momordica charantia L.) ..................................................................... 20 7. SEM EDX ...................................................................................................... 22 8. XRD (Difraksi Sinar X) ................................................................................. 24 B. Penelitian Yang Relevan ................................................................................ 25 C. Kerangka Berpikir .......................................................................................... 27 BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 29 A. Subjek dan Objek Penelitian .......................................................................... 29 B. Variabel penelitian ......................................................................................... 29 C. Alat dan Bahan Penelitian .............................................................................. 29 D. Prosedur Penelitian ........................................................................................ 30 E. Teknik Pengambilan Data .............................................................................. 33 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 34 A. Elektrodeposisi Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni ...................................... 34 B. Karakterisasi .................................................................................................. 37 C. Elektrolisis H2O ............................................................................................. 40 xi
1. 2. 3.
Elektrolisis H2O dengan Elektroda Stainless Steel ........................................ 42 Elektrolisis H2O dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni ........................ 45 Perbandingan Kondisi Optimum.................................................................... 47
BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN............................................................. 50 A. Kesimpulan .................................................................................................... 50 B. Saran .............................................................................................................. 50 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 52 LAMPIRAN ......................................................................................................... 57
xii
DAFTAR TABEL Tabel 1. Sifat Hidrogen ........................................................................................... 9 Tabel 2. Gizi yang Terkandung dalam 100 gram Buah Pare ................................ 21 Tabel 3. Konsentrasi Media Pare dalam Larutan NaHCO3 0,5%.......................... 32 Tabel 4. Kadar Logam (%) dalam Stainless Steel dan Stainless Steel/Fe-Co-Ni.. 40 Tabel 5. Kondisi Optimum Proses Elektrolisis dengan Elektroda Stainless Steel dan Stainless Steel/Fe-Co-Ni .................................................................. 47 Tabel 6. Hasil Elektrolisis Air dengan Elektroda Stainless Steel dalam Media Pare ......................................................................................................... 62 Tabel 7. Hasil Elektrolisis Air dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni dalam Media Pare .............................................................................................. 62
xiii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Sel Elektrolisis Pembentukan Gas Hidrogen dan Gas Oksigen ......... 12 Gambar 2. Pare Putih ............................................................................................ 20 Gambar 3. Votamogram Linier Metode Elektrodeposisi ...................................... 35 Gambar 4. Voltamogram Liniear Sebelum Pelapisan (Stainless Steel) ................ 37 Gambar 5. Voltamogram Liniear Sesudah Pelapisan (Stainless Steel /Fe-Co-Ni) 37 Gambar 6. Grafik Hubungan 2θ dengan Intesitas dari Karakterisasi XRD .......... 38 Gambar 7. Hasil Karakterisasi Stainless Steel dengan SEM EDX ....................... 39 Gambar 8. Hasil Karakterisasi Stainless Steel/Fe-Co-Ni dengan SEM EDX ....... 39 Gambar 9. Grafik Efisiensi Produksi dan Overpotensial Hasil Elektrolisis dengan Elektroda Stainless Steel .......................................................... 43 Gambar 10. Grafik Efisiensi Produksi dan Overpotensial Hasil Elektrolisis dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni .......................................... 45 Gambar 11. Voltamogram Siklik Hasil Elektrolisis Air dengan Elektroda Stainless Steel dalam Media Pare Sebanyak (a) 0%; (b) 0,1%; (c) 0,2%; (d) 0,3%; (e) 0,4%; (f) 0,5%; (g) 0,6%; (h) 0,7%; (i) 0,8%; (j) 0,9% dan (k) 1%. .................................................................................. 59 Gambar 12. Voltamogram Siklik Hasil Elektrolisis Air dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni dalam Media Pare Sebanyak (a) 0%; (b) 0,1%; (c) 0,2%; (d) 0,3%; (e) 0,4%; (f) 0,5%; (g) 0,6%; (h) 0,7%; (i) 0,8%; (j) 0,9% dan (k) 1%. ................................................................... 61
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Voltamogram Hasil Elektrolisis dengan Elektroda Stainless Steel dalam Media Pare ............................................................................ 58 Lampiran 2. Voltamogram Hasil Elektrolisis dengan Elektroda Stainless Steel/ Fe-Co-Ni dalam Media Pare ............................................................ 60 Lampiran 3. Hasil Potensial Puncak di Katoda, Arus Puncak di Katoda, Efisiensi dan Overpotensial dari Elektrolisis Air dalam Media Pare ............. 62 Lampiran 4. Karakterisasi Hasil XRD .................................................................. 63 Lampiran 5. Karakterisasi Hasil SEM-EDX ......................................................... 65 Lampiran 6. Diagram Alir Prosedur Penelitian..................................................... 67 Lampiran 7. Diagram Alir Proses Elektrodeposis................................................. 68 Lampiran 8. Digram Alir Elektrolisis Air dengan Elektroda Stainless Steel dan Satinless Steel/Fe-Co-Ni .................................................................. 69
xv
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Di jaman modern saat ini, penggunaan energi sangat diandalkan untuk melakukan aktivitas sehari-hari. Segala aktivitas dapat dilakukan dengan lebih mudah dengan adanya energi, seperti energi untuk bahan bakar motor sehingga kita dapat mencapai tujuan dengan lebih cepat. Energi dapat berasal dari batubara, gas alam ataupun minyak bumi yang disebut sebagai energi primer. Energi tersebut merupakan energi yang tak terbarukan atau tidak dapat diperbarui. Di Indonesia penggunaan energi yang berasal dari gas alam ataupun minyak bumi semakin meningkat setiap tahunnya. Peningkatan penggunaan energi dipengaruhi oleh meningkatnya jumlah penduduk serta pertumbuhan ekonomi. Penduduk di Indonesia mencapai 206 juta jiwa pada tahun 2000 dan menjadi lebih dari 238 juta jiwa pada tahun 2010. Pertumbuhan penduduk dalam kurun waktu tahun 2000-2010 tersebut rata-rata sebesar 1,5% per tahun. Tahun 2010-2015 penduduk Indonesia diproyeksikan tumbuh 1,19% dan mencapai 252 juta jiwa ditahun 2014 Boedoyo, et al, 2016: 11. Pertumbuhan ekonomi juga mempunyai peran serta dalam peningkatan penggunaan energi. Semakin banyaknya industri di Indonesia menyebabkan makin banyaknya permintaan akan kebutuhan energi. Cadangan sumber energi primer yang dmiliki Indonesia sudah semakin menipis. Tahun 2014 cadangan minyak bumi yang dimiliki Indonesia adalah sebesar 3,6 miliar barel dan diperkirakan akan habis dalam 12 tahun. Cadangan gas bumi dan batubara yaitu sebesar 100,3 TCF dan 32,27 miliar ton yang
1
diperkirakan akan habis dalam 37 tahun untuk gas bumi dan 70 tahun untuk batubara Boedoyo, et al, 2016: 17. Tahun 2014 produksi minyak bumi mencapai 288 juta barel dan diperkirakan terus menurun menjadi 52 juta barel tahun 2050. Kebutuhan minyak bumi akan terus meningkat sejalan dengan peningkatan kebutuhan bahan bakar minyak (BBM). Kebutuhan minyak bumi diperkirakan akan meningkat 3 kali lipat dari 300 juta barel pada tahun 2014 menjadi 967 juta barel pada tahun 2050 Boedoyo, et al, 2016: 44. Hal inilah yang menyebabkan subsidi energi di Indonesia makin meningkat. Kebutuhan energi makin meningkat sedangkan persediaan minyak bumi semakin menurun menyebabkan pemerintah harus melakukan impor minyak bumi dari negara lain. Karakteristik energi dari minyak bumi yang tidak terbarukan yaitu memerlukan waktu berjuta-juta tahun pembaharuannya karena berasal dari fosil makhluk hidup yang telah berumur ribuan tahun. Kebutuhan energi yang makin meningkat setiap tahunnya dikhawatirkan persediaan energi tidak dapat mencukupi kebutuhan. Oleh karena itu, diperlukan suatu energi pengganti yang dapat menggantikan energi yang berasal dari gas alam ataupun minyak bumi. Terdapat beberapa energi pengganti atau energi alternatif yang telah dikembangkan oleh ilmuan seperti energi surya, energi angin dan energi dari gas hidrogen. Gas hidrogen bereaksi dengan gas oksigen secara spontan dalam sel bahan bakar (fuel cell) menghasilkan energi dan air. Energi yang dihasilkan mudah dikonversi menjadi energi listrik atau energi lain dan tidak menghasilkan gas buang atau bahan pencemar, sehingga dapat bermanfaat sebagai sumber bahan
2
bakar yang ramah lingkungan. Selain itu, diharapkan dapat berfungsi sebagai energi pengganti sehingga gas alam dan minyak bumi tidak habis. Gas hidrogen dapat diproduksi secara biologi maupun kimia tergantung dari sumber atau bahan baku untuk menghasilkan gas hidrogen. Gas hidrogen dapat diproduksi secara kimia maupun biologi, secara kimia dapat melalui elektrolisis maupun Steam Reforrming sedangkan secara biologi dengan memanfaatkan mikroorganisme ataupun enzim (Siregar, 2010). Secara biologi produksi hidrogen dapat dilakukan dari biomassa, namun mempunyai kelemahan yaitu hasil samping berupa tar (karbon cair), char (arang), N2, CO, CO2 ataupun CH4. Kelemahan lain produksi gas hidrogen secara biologi adalah ketergantungan terhadap organisme atau enzim dalam proses metabolisme untuk menghasilkan gas. Secara kimia produksi gas hidrogen dapat dilakukan dengan metode Steam Reforrming dari metana, namun terdapat hasil samping seperti CO atau CO2. Gas hidrogen juga dapat diproduksi secara kimia dengan metode elektrolisis dari air (Mahreni & Adi Ilcham, 2011). Molekul air terdiri dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Karena ketersediaan air di bumi sangat melimpah, sehingga sangat efektif memproduksi hidrogen dari molekul air. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk memperoleh hidrogen dari molekul air adalah metode elektrolisis. Menurut Chang (2005: 219), elektrolisis merupakan proses menggunakan energi listrik agar reaksi kimia nonspontan dapat terjadi. Proses elektrolisis air sangat dipengaruhi oleh elektroda yang digunakan. Elektroda merupakan penghantar arus listrik dari sumber tegangan ke larutan elektrolit pada proses elektrolisis air. Elektroda yang digunakan harus tahan korosi
3
didalam air agar tidak mudah rusak. Logam yang mengalami korosi dapat menurunkan hasil elektrolisis jika terus digunakan. Logam stainless steel merupakan salah satu paduan logam yang tidak mudah mengalami korosi. Akan tetapi logam stainless steel kurang efektif digunakan dalam elektrolisis jika dibandingkan logam platina yang merupakan logam mulia. Oleh karena itu, diperlukan perlakuan tambahan agar dapat meningkatkan keefektifan logam stainless steel dalam proses elektrolisis air. Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Isana SYL, et al, pada tahun 2012, logam stainless steel yang dicoating dengan logam yang lebih bersifat katalitik yaitu Fe, Co, dan Ni dapat meningkatkan produksi gas hidrogen pada proses elektrolisis air. Laju reaksi dalam proses elektrolisis dapat dipercepat dengan adanya larutan elektrolit. Larutan elektrolit berfungsi menghantarkan aliran listrik sehingga ionion dapat bergerak menuju elektroda. Larutan elektrolit merupakan gabungan antara air dan elektrolit. Elektrolit merupakan suatu zat yang dapat teruai menjadi ion-ionnya dalam pelarut. Elektrolit berfungsi sebagai katalis yang dapat mempercepat produksi gas hidrogen dalam metode elektrolisis air. Adanya elektrolit akan meningkatkan konduktivitas, ion-ion dalam larutan elektrolit akan bergerak menuju elektroda sehingga laju reaksi akan makin cepat. Salah satu elektrolit yang dapat digunakan untuk menghasilkan hidrogen pada elektrolisis air adalah elektrolit NaHCO3. Penggunaan elektrolit NaHCO3 dalam proses elektrolisis telah dilakukan oleh Isana SYL, et al (2012) yang menunjukkan reaksi evolusi gas hidrogen dengan elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni paling baik pada penambahan 0,5% NaHCO3.
4
Besarnya konsumsi energi dalam proses elektrolisis mengakibatkan produksi hidrogen menjadi tidak ekonomis. Oleh karena itu, diperlukan perlakuan tambahan untuk meningkatkan produksi gas hidrogen ataupun menurunkan energi yang diperlukan agar proses produksi hidrogen menjadi lebih efisien. Selain dilakukan proses coating pada logam stainless steel yang digunakan sebagai elektroda, dapat pula dilakukan penambahan media pada larutan elektrolit agar dapat meningkatkan produksi gas hidrogen dalam proses elektrolisis air. Media yang digunakan dalam penilitian ini adalah media Pare. Pare merupakan buah yang sangat mudah didapatkan dan harganya sangat murah. Senyawa-senyawa organik dapat mengalami reaksi melalui mekanisme transfer muatan di permukaan elektroda. Menurut Conway & Monzata dalam Riyanto (2013: 70), bahwa senyawa organik banyak mengalami reaksi di permukaan elektroda bahan padat. Logam dan oksidanya mempunyai sifat alami sebagai katalis aktif. Menurut jurnal penelitian oleh Maysaroh dan Isana SYL pada tahun 2016, menyatakan bahwa penambahan 1 gram tepung maizena dapat memberikan efisiensi energi pada elektrolisis air dengan elektroda stainless steel. Seperti halnya tepung meizena, penggunaan media pare pada larutan elektrolit diharapkan dapat meningkatkan efisiensi produksi gas hidrogen maupun efisisnsi energi pada proses elektrolisis air.
B. Identifikasi Masalah Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka dapat diidentifikasi permasalahan sebagai berikut:
5
1. Menipisnya sumber energi dikhawatikan tidak mencukupi kebutuhan di masa mendatang. 2. Pengembangan produksi energi alternatif yang ramah lingkungan sebagai pengganti energi dari sumber daya alam. 3. Metode produksi gas hidrogen yang beragam. 4. Metode elektrolisis untuk produksi hidrogen memerlukan energi yang cukup besar. 5. Beragamnya elektroda yang digunakan dalam metode elektrolisis. 6. Pemilihan media yang digunakan dalam metode elektrolisis. 7. Efisiensi produksi gas hidrogen.
C. Pembatasan Masalah Berdasarkan identifikasi masalah di atas, maka diberikan pembatasan masalah guna keefektifan penilitian sebagai berikut: 1. Produksi gas hidrogen sebagai energi alternatif yang ramah lingkungan. 2. Jenis metode yang digunakan dalam produksi gas hidrogen adalah metode elektrolisis. 3. Jenis elektroda yang digunakan dalam metode elektrolisis adalah elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni dan stainless steel. 4. Elektrolit yang digunakan dalam proses elektrolisis yaitu NaHCO3 sebanyak 0,5% dalam 1 liter larutan. 5. Jenis media yang digunakan yaitu media pare variasi konsentrasi 0%; 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4%; 0,5%; 0,6%; 0,7%; 0,8%; 0,9% dan 1% dalam 1 liter larutan.
6
6. Efisiensi produksi gas hidrogen ditinjau dari efisiensi produk dan efisiensi energi yang diperoleh dari perbandingan elektrolisis tanpa media dengan elektrolisis menggunakan media pare.
D. Rumusan Masalah Berdasarkan masalah di atas, maka dapat dirumuskan permasalahan yang akan ditelieti yaitu sebagai berikut: 1. Bagaimanakah efisiensi produksi gas hidrogen (H2) pada media pare dengan elektroda Stainless Steel? 2. Bagaimanakah efisiensi produksi gas hidrogen (H2) pada media pare dengan elektroda Stainless Steel/ Fe-Co-Ni? 3. Bagaimanakah kondisi optimum produksi gas hidrogen (H2) dalam media pare dengan elektroda Stainless Steel dan elektroda Stainless Steel/ Fe-Co-Ni?
E. Tujuan Penelitian 1. Untuk mengetahui efisiensi produksi gas hidrogen (H2) pada media pare dengan elektroda Stainless Steel. 2. Untuk mengetahui efisiensi produksi gas hidrogen (H2) pada media pare dengan elektroda Stainless Steel/ Fe-Co-Ni. 3.
Untuk mengetahui hasil optimum produksi gas hidrogen (H2) dalam media pare dengan elektroda Stainless Steel dan elektroda Stainless Steel/ Fe-Co-Ni.
F. Manfaat Penelitian 1. Memberikan informasi tentang bahan bakar hidrogen yang ramah lingkungan dan lebih efisien.
7
2. Memberikan informasi mengenai produksi gas hidrogen (H2) dengan metode elektrolisis dalam media pare. 3. Memberikan informasi mengenai kondisi optimum produksi gas hidrogen (H2) dengan motode elektrolisis air dalam media pare.
8
BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Deskripsi Teori 1.
Gas Hidogen Hidrogen adalah unsur pertama dalam tabel periodik, dengan nomor atom
satu. Ini berarti di dalam pusat atom hidrogen terdapat satu partikel yang disebut proton. Proton memiliki muatan positif, sedangkan partikel yang bermuatan negatif disebut elektron. Massa atom hidrogen yaitu 1,00794 amu. Inti atom hidrogen dikelilingi satu elektron. Inti atom hidrogen membutuhkan dua elektron yang mengelilinginya agar stabil (Fardon, 2000: 4-5). Pada suhu dan tekanan standart, hidrogen tidak berbau, tidak berasa dan tidak berwarna. Hidrogen memiliki titik didih pada -252,760C (20,39 K) dan memiliki titik leleh pada 259,190C (13,96 K) (Holleman, 1995: 240). Sifat lain dari hidrogen dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Sifat Hidrogen Parameter
Keterangan
Lambang
H
Nomor atom
1
Konfigurasi elektron
1s1
Energi ionisasi
1310 kJ/mol
Titik kritis
33 K
Kerapatan
0,00009 g/cm3
Jari-jari atom
0,037 nm
(Sumber: Putra, 2010) Menurut Das & Veziroglu (2001), terdapat 0,07% hidrogen di atmosfer dan 0,14% di permukaan bumi. Hidrogen merupakan unsur yang paling ringan. Gas 9
hidrogen 14 kali lebih ringan daripada udara, massa 1 hidrogen adalah 0,09 gram sedangkan massa udara adalah 1,2 gram. Gas hidrogen dapat digunakan sebagai sumber energi seperti energi dari minyak bumi atau gas alam. Kelebihan energi dari gas hidrogen yaitu dapat diperbarui dan ramah lingkungan. Hasil samping dari pembakaran gas hidrogen berupa upa air sehingga tidak menimbulkan polusi, efek rumah kaca dan hujan asam (Dewi, 2011). Gas hidrogen dapat diubah menjadi bahan bakar dengan sistem fuel cell dengan hasil berupa panas dan air. Fuel cell merupakan suatu sistem elektrokimia yang mengubah energi kimia dari hidrogen dan oksigen langsung menjadi energi listrik (Hasan, 2007). Gas hidrogen hasil dari generator tipe dry cell dapat diterapkan pada mesin sepeda motor. Pemanfaatan gas hidrogen hasil elektrolisis H2O dari generator tipe dry cell sebagai suplemen BBM. Penambahan gas hidrogen dapat menurunkan konsumsi bahan bakar utama dan menurunkan emisi CO dan hidrokarbon (Rahadi, et al., 2014). 2.
Elektrolisis Reaksi redoks dalam sel volta atau sel galvani berlangsung seraca spontan,
energi kimia diubah menjadi energi listrik. Elektrolisis merupakan reaksi yang tidak dapat berlangsung secara spontan, diperlukan tegangan luar agar reaksi elektrolisis dapat berlangsung. Elektrolisis merupakan proses kimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia (Wiryawan, et al,
2015).
Elektrolisis menurut Rahadi, et al (2014), merupakan suatu proses pemecahan senyawa kimia tertentu menjadi suatu molekul baru dengan bantuan arus listrik dan elektroda. Energi listrik diubah menjadi energi kimia dengan mengalirkan
10
arus listrik ke dalam suatu larutan elektrolit, sehingga akan terjadi reaksi redoks dalam sel elektrolisis. Menurut Isana SYL, et al (2015) proses elektrolisis sangat bergantung pada jenis elektrolit, jenis elektroda, arus, voltase dan waktu yang digunakan. Variasi arus dan penambahan katalis dapat mempengaruhi produksi gas hidrogen pada proses elektrolisis air. Makin besar arus yang diberikan maka produksi gas hidrogen akan makin besar pula. Menurut Hukum Faraday pertama bahwa massa zat yang terbentuk pada masing-masing elektroda sebanding dengan kuat arus/arus listrik yang mengalir pada suatu elektrolisis (Riyanto, 2013: 31). Arus listrik yang digunakan dalam elektrolisis bersumber dari luar yang berfungsi untuk menggerakkan reaksi kimia nonspontan. Arus listrik tersebut dilewatkan pada dua elektroda dalam suatu larutan elektrolit. Elektroda yang bermuatan positif disebut anoda dan elektroda yang bermuatan negarif disebut katoda. Kedua elektroda akan saling berhubungan sehingga dapat menguraikan molekul air menjadi unsur-unsur pembentuknya yaitu H2 dan O2. Pada elektroda, gas hidrogen berkumpul di kutub negatif atau katoda dan gas oksigen berkumpul di kutub positif atau anoda. Elektroda seperti platina yang hanya mentransfer elektron dari larutan, disebut elektron inert. Elektroda reaktif adalah elektroda yang secara kimia mengalami reaksi elektroda selama elektrolisis (Dogra, 1998 : 492). Proses elektrolisis untuk menghasilkan gas H2 dan O2 murni dengan memanfaatkan energi listrik pada sistem disebut sebagai elektrolisis air. Gas yang dihasilkan dari proses elektrolisis air disebut gas HHO atau oxyhydrogen atau disebut juga Brown’s Gas. Menurut Kadir dalam Marlina (2016), elektrolisis H2O
11
adalah pemecahan unsur air (H2O) dengan mengalirkan arus listrik DC untuk penguraikan air menjadi gas HHO (Brown’s gas). Karena atom dari air kehilangan elektronnya sedangkan atom oksigen mendapatkan elektron, dengan demikian atom-atom oksigen bermuatan negatif (O-) dan atom hidrogen menjadi positif (H+). Atom-atom hidrogen ini bergabung menjadi H2 melalui katoda membentuk gelembung-gelembung gas. Hal tersebut juga terjadi pada ion O- yang kemudian berkumpul menjadi gas O2.
Gambar 1. Sel Elektrolisis Pembentukan Gas Hidrogen dan Gas Oksigen (Rashid, et al, 2015) Reaksi yang terjadi pada elektroda dalam proses elektrolisis air adalah: Katoda : 2 H2O (l) + 2eAnoda : 4OH- (aq)
2OH- (aq) + H2 (g)
(1)
O2 (g) + 2 H2O (l) + 4e-
(2)
(Wiryawan, et al, 2015) Dua molekul air bereaksi dengan menangkap dua elektron di katoda, kemudian tereduksi menjadi gas hidrogen (H2) dan ion hidroksida (OH-). Ion hidroksida (OH-) anoda dan terurai menjadi gas oksigen (O2), melepaskan 4 ion
12
H+ serta mengalirkan electron ke katoda. Ion H+ dan ion OH- mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. (Spiegel, Coollen dalam Sebastian & Sitorus, 2013). Elektrolisis air secara teoritis akan diuraikan menjadi gas H2 dan O2, menghasilkan 2 mol hidrogen dan 1 mol oksigen (Sopandi, et al, 2015).Gas hidrogen (H2) tidak terbentuk begitu saja di katoda. Molekul air yang berada di dekat katoda akan menerima elektron dari katoda dan terurai menjadi ion hidrogen (H+) dan ion hidroksida (OH-). Ion hidrogen (H+) bebas akan menangkan electron dari katoda dan membentuk atom hidrogen netral. Atom-atom hidrogen yang terbentuk akan berkumpul dan berikatan membentuk gas hidrogen (H2) berupa gelembung dan naik ke permukaan (Tjatur, et al, 2009). Reaksi yang terjadi sebagai berikut: H2O
OH- + H+
(3)
H+ + e
H
(4)
H+H
H2
(5)
Pada suhu kamar pemisahan air sangat kecil, kira-kira 10-7 mol / liter karena air murni adalah konduktor listrik yang sangat buruk. Oleh karena itu, asam atau basa digunakan untuk memperbaiki konduktivitas (Rashid, et al, 2015). Menurut Isana (2010), untuk mempercepat elektrolisis air murni perlu ditambahkan elektrolit seperti asam, basa atau garam. Suatu zat yang mengubah laju reaksi kimia namun zat tersebut tidak berubah diakhir reaksi disebut katalis, jadi katalis dapat mempercepat atau memperlambat suatu reaksi kimia. Dengan penambahan katalis berupa larutan elektrolit akan menurunkan hambatan dalam larutan yang dielektrolisis sehingga konsumsi daya yang digunakan rendah (Wiryawan, et al,
13
2015). Elektrolit akan terion dalam larutan dan dapat menghantarkan arus listrik dengan mudah sehingga hambatan dalam larutan relatif lebih rendah jadi daya yang dibutuhkan juga rendah (Sopandi, et al, 2015). Menurut Marlina (2016), ketika elektrolit NaHCO3 bereaksi dengan air maka senyawa tersebut akan terionisasi: NaHCO3(s) + H2O(l)→ Na+ (aq) + H2O (l) + HCO3- (aq)
(6)
Penambahan katalis berupa larutan elektrolit dapat menghantarkan arus listrik karena elektrolit akan terion dalam larutan, namun terlalu banyak penambahan katalis dapat menyebabkan larutan menjadi jenuh sehingga ion-ion sulit untuk bergerak. Daya hantar akan semakin rendah karena ion-ion sulit bergerak. Menurut Andono & Gamayel dalam Sopandi, et al (2015), kejenuhan larutan akan menimbulkan efek yaitu gerakan kation dan anion menjadi terhambat. Sehingga anion dan kation dalam larutan elektrolit juga semakin sulit untuk bergerak ketika menghantarkan arus listrik. Karena jarak antara partikel terlalu dekat, maka daya hantarnya akan menjadi rendah dan reaksi elektrolisis yang terjadi tidak akan optimal dan laju produksi gas HHO cenderung menurun. 3.
Elektroda Elektroda menurut Harrizul (1995 319) adalah suatu sistem dua fasa yang
terdiri dari sebuah penghantar elektrolit (misalnya logam) dan sebuah penghantar ionik (larutan). Elektroda berfungsi sebagai penghantar arus listrik dari sumber tegangan untuk dialirkan ke dalam larutan elektrolit. Pada sel elektrolisis, katoda adalah elektroda yang bermuatan negatif. Ion-ion bermuatan positif kation mengalir ke elektroda ini untuk direduksi. Sedangkan anoda adalah elektroda yang
14
bermatan positif, ion-ion bermuatan negatif mengalir ke elektroda ini untuk dioksidasi. Katoda merupakan tempat berlangsungnya reaksi reduksi dan anoda merupakan tempat berlangsungnya reaksi oksidasi. Pada sel elektrolisis, elektron mengalir dari aki/baterai eksternal, masuk melalui katoda dan keluar lewat anoda. Apabila arus listrik diberikan ke larutan elektrolit maka ion yang tereduksi akan menuju ke katoda dan ion yang teroksidasi akan menuju ke anoda. Pada elektrolisi air, molekul air akan mengikat elektron dan terpecah menjadi gas hidrogen (H2) dan anion OH-. Anion OH- akan menuju anoda dan terpecah menjadi gas oksigen. Reaksi reduksi terjadi di katoda, ion H+ yang tereduksi pada katoda akan membentuk gas hidrogen dan ion OH- akan menuju anoda dan teroksidasi. Jika elektrolit yang digunakan adalah elektrolit basa maka akan terjadi reaksi basa. Elektroda, seperti platinum yang hanya mentranfer elektron ke dan dari larutan disebut elektroda inert. Elektroda reaktif adalah elektroda yang secara kimia mengalami reaksi elektroda. Selama elektrolisis, terjadi reduksi pada katoda dan oksidasi pada anoda. Ada banyak tipe reaksi elektroda, tetapi gambaran umumnya diringkas sebagai berikut a.
Arus listrik yang membawa ion akan dibebaskan pada elektroda
b.
Ion negatif yang sulit untuk dibebaskan pada anoda menyebabkan penguraian H2O dan pembentukan O2, H+ dan elektron
c.
Ion positif yang sulit dibebaskan pada katoda menyebabkan penguraian H 2O dan pembentukan H2, OH- dan adsorpsi elektron. Dogra, 1990 492 Menurut Isana YSL, et al 2012 stainless steel dapat digunakan sebagai
elektroda dalam elektrolisis dan pelapisan logam pada stainless steel dapat
15
meningkatkan aktivitas katalitik dari stainless steel tersebut. Stainless steel merupakan baja paduan yang mengandung sedikitnya 11,5% krom berdasar beratnya. Stainless steel memiliki sifat tidak mudah terkorosi sebagaimana logam baja yang lain. Stainless steel berbeda dari baja biasa dari kandungan kromnya. Stainless steel memiliki persentase jumlah krom yang memadahi sehingga akan membentuk suatu lapisan pasif kromium oksida yang akan mencegah terjadinya korosi lebih lanjut. Stainless steel tidak memerlukan suatu perlindungan logam yang khusus karena lapisan pasif tipis ini akan cepat terbentuk kembali katika mengalami suatu goresan. Peristiwa ini biasa disebut dengan pasivasi, yang dapat dijumpai pula pada logam lain misalnya aluminium dan titanium (Sumarji 2011). Logam stainless steel yang digunakan sebagai elektroda dilapisi dengan logam Fe, Co dan Ni untuk meningkatkan keefektifitasannya. Menurut Isana SYL, et al (2012), logam stainless steel yang telah dilapisi dengan logam Fe, Co dan Ni memiliki keefektifitasan yang lebih besar dari pada logam stainless steel yang tidak dilapisi dengan logam lain. 4.
Elektrodeposisi Menurut Riyanto (2013: 33), teknik elektrolisis yang digunakan untuk
tujuan pengendepan logam dipermukaan elektroda dikenal dengan nama elektrodeposisi
atau
elektroplating.
Menurut
Marwati
(2013),
proses
elektrodeposisi merupakan proses penengendapan yang menggunakan prinsip elektrokimia sehingga suatu ion dapat mengendap dengan pemberian potensial pada elektroda. Menurut Rahmawati (2013), elektrodeposisi adalah suatu metode pengendapan spesies kimia pada substrat atau logam lain secara elektrolisis.
16
Elektrodeposisi merupakan proses pengendepan logam pada logam lain (elektroda) melalui proses elektrolisis dengan menggunakan prinsip elektrokimia yaitu dengan menerapkan arus listrik. Menurut Sudagar dalam Budi (2016), proses elektrodeposisi dibagi menjadi dua yaitu elektroplating dan elektrolisis. Proses elektroplating menggunakan elektroda sebagai bahan pelapis, sedangkan proses elektrolisis menggunakan elektrolit sebagai bahan pelapis. Sistem elektroplating terdiri atas sirkuit luar, elektroda negatif (katoda) yang akan dilapisi, larutan elektrolit, elektroda positif (anoda). Logam M yang akan terdeposisikan akan mengalami reaksi: M(s)
Mn+ (aq) + ne-
(7)
Logam akan teroksidasi menjadi ion logam dan melepaskan sejumlah elektron. Ion positif dalam larutan elektrolit akan bergerak menuju katoda dan ion bermuatan negatif ke arah anoda. Ion positif yang sampai di katoda yang bermuatan negatif, elektron di katoda akan mereduksi ion positif untuk membentuk logam sehingga atom logam akan tersimpan di katoda tersebut (Riyanto, 2013: 27-29). Persamaan reaksi reduksi yang terjadi: Mn+ (aq) + ne-
M(s)
(8)
(Yanlinastuti, et al, 2016) Menurut Salehi, et al. (2014), secara keseluruhan pengendapan deposit logam dipengaruhi oleh reaksi evolusi hidrogen. Kation logam akan bereaksi dengan ion hidroksil membentuk monohidroksida. Monohidroksida akan teradsorbsi oleh permukaan katoda dan membentuk logam netral serta melepaskan ion hidroksil. Logam yang terdeposit mengakibatkan jumlah proton berkurang
17
dan akan meningkatkan jumlah ion hidroksil. Keseluruhan reaksinya sebagai berikut:
2H2O + 2e-
H2 + 2OH-
(9)
M2+ + OH-
M(OH)+
(10)
M(OH)+
M(OH)+ads
(11)
M(OH)+ads + 2e-
M + OH-
(12)
Komposisi dan struktur deposit paduan logam dalam proses elektrodeposisi sangat dipengaruhi oleh komposisi elektrolit, suhu dan pH elektrolit. Namun beberapa penelitian meunjukkan bahwa komposisi dan struktur deposit juga dipengaruhi oleh densitas arus, potensial yang diterapkan serta variabel dari larutan elektrolit (Salehi, et al, 2014). Elektrodeposisi memiliki hubungan dengan Hukum Faraday yaitu besar arus listrik dan jumlah logam yang diendapkan. Menurut Hukum pertama Faraday bahwa jumlah logam yang menempel pada elektroda sebanding dengan arus yang melewati sel. Apabila arus yang melewati sel sama dengan sebelumnya maka jumlah logam yang menempel pada elektroda sebanding dengan berat ekuivalennya. Menurut Siswoyo, et al (2010) keberhasilan proses elektrodeposisi dengan teknik siklik voltametri dapat dilihat dari arus reduksi yang berkaitan dengan proses reduksi ion logam menjadi logam netral. Besarnya arus reduksi berbangding lurus dengan konsentrasi senyawa yang mengalami reduksi dengan asumsi bahwa luas permukaan elektroda koefisien difusi analit dan non-difusi dianggap tetap.
18
Menurut Maysarrah (2016), logam mengendap berdasarkan harga potensial yang dimiliki, semakin positif harga potensial suatu logam maka logam tersebut semakin tidak reaktif. Logam yang kurang reaktif artinya sulit melepas elektron sehingga akan memiliki sifat oksidator kuat dan mengalami reaksi reduksi. Hal serupa juga diungkapkan oleh Isana YSL, et al
(2012) bahwa logam yang
memiliki potensial standart lebih tinggi akan lebih mudah terdeposit. Terdapat dua kompetisi ion logam dalam proses elektrodeposisi untuk membentuk logam biner, logam dengan potensial standart yang lebih positif akan terdeposisi terlebih dahulu. Contonya pada proses elektrodeposisi paduan logam biner Sn-Zn, Sn memiliki potensial reduksi yang lebih positif jika dibandingkan Zn yaitu -0,137 V sedangkan Zn memiliki potensial reduksi -0,763 V. Makan logam Sn akan terdeposisi terlebih dahulu kemudian diikuti logam Zn (Beattie & Dahn, 2005). 5.
Voltametri Siklik Elektroanalitik merupakan teknik yang berhubungan dengan arus listrik dan
rekasi kimia. Voltametri siklik merupakan teknik elektroanalitik dengan prinsip dasar elektrolisis. Voltametri siklik adalah teknik yang digunakan untuk mendapatkan informasi tentang reaksi kimia (G.B, Balazs, et al, dalam Mulyani, et al. 2012). Hasil dari teknik voltametri siklik berupa voltamogram hubungan antara arus dengan potensial. Voltamogram memberikan informasi tentang potensial puncak anoda (Epa), potensial puncak katoda (Epc), puncak arus anoda (ipa), dan puncak arus katoda (ipc) yang ditunjukkan dari teknik voltametri siklik berupa voltamogram siklik. Menurut Ross dalam Riyanto (2013: 94) menyatakan bahwa voltamogram siklik dapat digunakan untuk mengetahui perilaku senyawa
19
di permukaan elektroda. Menurut Barroso dalam Riyanto, et al, (2007), kelebihan dari teknik voltametri siklik yaitu biaya yang murah, proses yang tidak lama dan merupakan teknik yang sederhana. Keunggulan lain dari voltametri siklik yaitu sensitivitas dan kepekaan yang tinggi (Riyanto, 2015). 6.
Pare (Momordica charantia L.) Tanaman Pare (Momordica charantia L.) adalah sejenis tanaman menjalar
dengan buah yang panjang bergerigi dan ujungnya runcing. Pare tumbuh baik di dataran rendah dan tumbuh subur di tempat-tempat yang agak terlindung karena tidak memerlukan banyak sinar matahari. Tanaman pare merupakan tanaman herbal berumur satu tahun atau lebih yang tumbuh menjalar dan merambat.
Gambar 2. Pare Putih (Sumber: Anonim 2016). Menurut Subahar & Tim Lentera (2004: 5), tanaman pare diklasifikasikan dalam: Divisi (divisio)
: Spermatophyta
Anak divisi (subdivisio)
: Angiospermae
Kelas (class)
: Dicotyledoneae
Bangsa (ordo)
: Cucurbitales
Suku (family)
: Cucurbitaceae
Marga (genius)
: Momordica
20
Jenis (spesies)
: Momordica charantia
Tanaman pare memiliki akar tunggang dengan warna putih dan struktur batang tidak berkayu dengan berwarna hijau. Daun tanaman pare berbentuk bulat, berbulu, dan berlekuk dengan susunan tulang daun menjari. Warna bunga pare adalah kuning menyala dan tumbuh dari ketiak daun. Sedangkan buah pare berbentuk bulat memanjang yang memiliki rasa pahit. Buah pare juga memiliki banyak biji yang dibalut oleh daging buah pare yang tebal (Subahar& Tim Lentera, 2004: 3-4). Tabel 2 . Gizi yang Terkandung dalam 100 gram Buah Pare No
Kandungan
Jumlah
1
Kalori (energi)
29 kal
2
Protein
1,1 gram
3
Lemak
0,3 gram
4
Karbohidrat
6,6 gram
5
Kalsium
45 mg
6
Fosfor
64 mg
7
Zat Besi
1,4 mg
8
Air
9
Vitamin B1
0,08 mg
10
Vitamin C
52 mg
91,2 gram
Sumber : Cahyadi (2009). Buah pare mengandung flavonoid, saponin, alkaloid, hydroxytryptamine, vitamin A, B dan C. Flavonoid merupakan senyawa kelompok fenol. Alkaloid mengandung nitrogen yang bersifat basa dan merupakan cincin heterosiklik. Saponin adalah glikosida amphiatim dengan struktur seperti busa sabun bila dikocok pada larutan berair (Cahyadi, 2009). Biji pare mengandung resin, saponin
21
glikosid, alkanoid, momorcharin alpha dan momorcharin beta. Daun pare mengandung momordisina, momordina, karantina, asam trikosanik, resin, asam resinat, saponin, vitamin (A dan C), dan lemak (asam oleat, asamlinoleat, asam stearat, dan L. oleostearat) (Indrawati, et al., 2016: 76). Dalam 100 gram buah pare segar (mentah) gizi yang terkandung tertera pada Tabel 1. Pare memiliki beberapa macam jenis yaitu pare putih, pare hijau dan pare ular. Pare yang digunakan dalam penelitian ini merupaka pare dengan jenis pare putih. Pare putih berwarna hijau putih kekuningan dengan ukuran buah 30-50 cm, diameter 3-7 cm dan berat rata-rata antara 200-500 gram/buah (Anonim, 2016). Menurut Subahar & Tim Lentera (2004: 6), pare putih dikenal dengan nama pare gajih atau pare mentega. Rasa buah pare putih tidak terlalu pahit. Tanaman pare dapat mulai dipanen pada umur 2 bulan dengan masa panen sampai umur 3-3,5 bulan. Ciri-ciri buah yang layak panen adalah terdapat bintil-bintil dan keriputnya masih rapat dengan alur belum melebar (Setyaningrum & Cahyo Saparinto, 2011: 176-177). 7.
SEM EDX Scanning Electron Microscope (SEM) menurut Riyan dalam Waluyo
(2007), merupakan alat yang dapat membantu mengatasi permasalahan analisis mikro dalam berbagai bidang. Menurut Purnama (2006), Scannng Electron Microscope (SEM) dapat memberikan informasi tentang struktur mikro permukaan sampel. SEM digunakan untuk mengamati morfologi dari suatu bahan. Prinsip SEM adalah sifat gelombang dari elektron yakni difraksi pada sudut yang sangat kecil. Elektron dihamburkan oleh sampel yang bermuatan, jika sampel
22
tidak bermuatan maka sampel harus dilapisi (coating) terlebih dahulu dengan emas (Amrina, 2008). Syarat agar SEM dapat menghasilkan gambar yang yang baik dan tajam apabila permukaan sampel bersifat sebagai pemantul elektron atau dapat melepaskan elektron sekunder ketika ditembak dengan berkas elektron. Logam merupakan material yang dapat memantulkan elektron atau melepaskan elektron sekunder ketika ditembak berkas elektron. Sampel yang tidak dapat memantulkan elektron atau melepaskan elektron sekunder maka permukaan sampel tersebut harus dilapisi dengan logam. Metode pelapisan yang umumnya dilakukan adalah evaporasi dan sputtering. Prinsip kerja SEM adalah menembakkan permukaan sampel dengan berkas elektron berenergi tinggi. Elektron akan bereaksi dengan atom-atom di permukaan maupun di bawah permukaan sampel ketika berkas elektron discan pada permukaan sampel. Akibatnya sebagian besar berkas elektron (disebut Backscattered Electrons) berhasil keluar kembali. Elektron yang terpental keluar (Backscattered Electrons) ini membawa informasi tentang atom-atom yang ditumbuknya beserta iktannya dalam fasa. Sebagian kecil elektron masuk ke dalam bahan kemudian memindahkan sebagian energi pada elektron atom sehingga elektron atom tersebut menjadi tidak stabil dan terpental ke luar permukaan sampel. Elektron yang dapat terpental keluar adalah elektron yang memiliki energi yang rendah, jadi hanya elektron-elektron yang berada di permukaan sampel yang dapat terpental ke luar. Elektron-elektron yang dapat terpental ke luar disebut Secondary Electron. Pembentukan elektron-elektron sekunder selalu diikuti proses munculnya sinar-X yang karakteristik untuk setiap
23
elemen, sehingga dapat digunakan untuk mengukur kandungan elemen yang ada di dalam sampel. Dengan bantuan detektor khusus elektron sekunder dapat dimanfaatkan untuk membentuk gambar morfologi permukaan sampel dengan baik (Sujatno, et al, 2015). Setiap mikroskop elektron memiliki senapan elektron (electron gun) yaitu pemercepat elektron menghasilkan pancaran elektron dan batas arus, pada celah lensa berfungsi untuk mengurangi pembelokan sudut. Interaksi pancaran elektron dengan sampel dan elektron yang dipantulkan akan diterima oleh detector. SEM dapat menghasilkan gambar dengan kontras yang rendah karena sampel yang mengandung komponen non konduktif seperti lapisan pasivasi oksida pada permukaan. Oleh karena itu SEM harus dioperasikan dengan pengaturan parameter elektron seperti high viltage, spot size, bias dan bean current juga parameter optik seperti kontras, fokus dan astigmatismus yang tepat sehingga diperoleh hasil gambar yang optimal secara ilmiah (Sujatno, et al, 2015). 8. XRD (Difraksi Sinar X) Menurut Riyan dalam Waluyo (2007), X-ray Diffraction (XRD) digunakan untuk mengetahui mengetahui nilai parameter kisi, struktur Kristal dan derajat kekristalan. Menurut Samsiah (2009), X-ray Diffraction (XRD) merupakan metode yang digunakan untuk mengetahui struktur kristal, perubahan fasa, dan derajat kristalinitas berdasarkan pola yang dihasilkan oleh atom-atom penyususn suatu kristal. Setiap kristal akan memberikan pola yang berbeda bergantung konfigurasi yang dibentuk oleh atom-atom penyusun kristal. X-ray Diffraction (XRD) merupakan metoda yang dapat digunakan untuk mengetahui struktur
24
struktur kristal berdasarkan pola yang dihasilkan oleh atom-atom penyususn kristal. Sinar-X berinteraksi dengan elektron dalam atom, foton sinar-X akan menumbuk elektron dan beberapa foton akan diadsorpsi, ditransmisikan dan dihamburkan dengan arah yang berbeda dari arah datangnya. Hamburan difraksi iniliah yang akan terdeteksi oleh detektor. Gelombang difaksi dapat saling berinteraksi, apabila fasanya sama akan saling menguatkan namun jika fasanya berbeda akan saling menghilangkan (Nurwati, 2007). Metode X-ray Diffraction (XRD) berdasarkan sifat difraksi sinar-X yakni hamburan cahaya dengan panjang gelombang λ saat melewati kisi kristal dengan sudut datang θ dan jarak antar bidang kristal d. Data yang diperoleh dari metode karakterisasi XRD adalah sudut hamburan (sudut Bragg) versus intensitas. Berdasarkan teori difraksi, sudut difraksi tergantung pada lebar celah kisi sehingga mempengaruhi pola difraksi, sedangkan intensitas cahaya difraksi bergantung pada berapa banyak kisi kristal yang memiliki orientasi yang sama (Prabakara dalam Amrina, 2008).
B. Penelitian Yang Relevan Ni Made Ayu Yasmitha dan Wahyono Hadi (2012) dengan penelitian yang berjudul Produksi Gas Hidrogen Melalui Proses Elektrolisis Air Sebagai Sumber Energi, menyebutkan bahwa proses elektrolisis dapat dilakukan untuk produksi gas hidrogen didapatkan hasil optimum sebesar 98 mL dalam waktu 180 menit. Proses elektrolisis dalam penelitian ini menggunakan elektroda platina sebagai anoda dan stainless steel sebagai katoda.
25
Ena Marlina, Slamet Wahyudi dan Lilis Yuliati dalam penelitiannya pada tahun 2013 yang judul Produksi Brown’s Gas Hasil Elektrolisis H2O dengan Katalis NaHCO3, menyebutkan bahwa jumlah energi yang diperlukan untuk proses elektrolisis dan laju produksi gas HHO meningkat seiring dengan bertambahnya prosentase NaHCO3 dan mencapai nilai maksimum pada prosentase NaHCO3 sebesar 12,5%. Hasil penelitian yang dilakukan Isana SYL, Wega Trisunaryanti, Agus Kuncaka dan Triyono pada tahun 2012 dengan judul Studies on the Hydrogen Evolution Reaction on the Fe-Co-Ni/Stainless Steel Electrode, menyebutkan bahwa coating logam Fe, Co, dan Ni pada Stainless Steel dapat meningkatkan laju reaksi evolusi hidrogen. Penggunaan elektroda Fe-Co-Ni/Stainless Steel dalam elektrolisis air 32x lebih baik pada produksi hidrogen dan 11x lebih baik pada produksi oksigen daripada penggunaan elektroda Stainless Steel tanpa coating. Penelitian yang dilakukan oleh Isana SYL, Dewi Yuanita dan Heru Pratomo AL (2015) dengan judul Pemecahan Molekul Air dengan Menggunakan Media Tepung Umbu Dahlia (Dahlia Pinnata), menyebutkan bahwa proses elektrolisis air menjadi terhambat dengan adanya tepung umbi dahlia. Hal ini disebabkan terjadinya covering di sekitar permukaan elektroda sehingga proses pemecahan molekul air menjadi terhambat. Covering optimum ditunjukkan pada penambahan 9 gram penambahan tepung umbi dahlia dalam 1 liter air. Maysaroh D dan Isana SYL (2016) dalam penelitiannya yang berjudul Elektrolisis H2O Menggunakan Elektrode Stainless Steel dalam Suasana Basa dengan Media Tepung Maizena, menyebutkan bahwa elektrolisis air dengan
26
elektroda stainless steel paling baik terjadi pada penambahan 1 gram tepung maizena. Yulia Ari Atuti (2016) dalam penelitannya yang berjudul Reaksi Evolusi Hidrogen Menggunakan Media Tepung Mocaf dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni, benyebutkan bahwa aktivitas elektroda stainless steel mengalami penurunan dengan adanya tepung mocaf dan aktivitas elektroda stainless steel/FeCo-Ni mengalami peningkatan dengan adanya tepung mocaf. Kondisi optimum elektrogenerasi gas hidrogen pada elektrolisis air dengan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni dalam media tepung mocaf terjadi pada konsentrasi tepung mocaf 3 gram/Liter.
C. Kerangka Berpikir Ketersediaan sumber energi berupa minyak bumi dan gas alam dapat habis karena sifatnya yang tidak bisa diperbaruhi. Diperlukan waktu berjuta-juta tahun untuk dapat menghasilkan minyak bumi dan gas alam dari fosil. Oleh karena itu, diperlukan suatu energi terbarukan yang dapat menggantikan peran minyak bumi dan gas alam sebagai sumber energi. Salah satunya adalah hidrogen. Hidrogen sangat efektif sebagai bahan bakar karena tidak menghasilkan emisi sehingga lebih ramah lingkungan. Walaupun demikian, harga gas hidrogen saat ini sangat mahal karena proses produksinya membutuhkan banyak biaya. Adanya penelitian ini diharapkan dapat memproduksi hidrogen dengan biaya yang lebih ringan, yakni produksi hidrogen dari pemecahan H2O. Ketersediaan H2O yang melimpah di alam diharapkan produksi hidrogen menjadi lebih murah karena sumber bahan baku yang melimpah. Produksi hidrogen dari
27
pemecahan H2O dilakukan dengan proses elektrolisis. Dilakukan penambahan media pare dan menggunakan stainless steel/Fe-Co-Ni sebagai elektroda dalam proses elektrolisis pada produksi hidrogen. Menurut Conway & Monzata dalam Riyanto (2013), bahwa senyawa organik banyak mengalami reaksi di permukaan elektroda bahan padat. Logam dan Oksidanya mempunyai sifat alami sebagai katalis
aktif.
Elektroda
stainless
steel/Fe-Co-Ni
diuat
dengan
metode
elektrodeposisi yang kemudian dikarakterisasi dengan voltametri linier, SEMEDX dan XRD. Dengan demikian dari penelitian ini dapat diketahui efisiensi produksi hidrogen dengan proses elektrolisis dalam media pare dengan stainless steel/Fe-Co-Ni sebagai elektroda.
28
BAB III METODE PENELITIAN A. Subyek dan Obyek Penelitian 1. Subjek Penelitian Elektroda stainless steel dan stainless steel/ Fe-Co-Ni 2. Objek Penelitian Efisiensi produksi gas hidrogen pada elektrolisis dalam media pare dengan elektroda stainless steel dan stainless steel/ Fe-Co-Ni
B. Variabel penelitian 1. Variabel bebas: Variasi berat media pare yang ditambahkan pada proses elektrolisis air dan elektoda yang digunakan yaitu elektroda stainless steel dan stainless steel/FeCo-Ni. 2. Variael control: Laju penyapuan voltameter sebesar 50 mV/s. 3. Varibel terikat: Efisiensi produksi gas hidrogen.
C. Alat dan Bahan Penelitian Alat utama penelitian 1. Alat-alat gelas dan ukur, 2. eDAQ EChem, 3. SEM-EDAX, 4. XRD,
29
Bahan utama penelitian 1. Logam stainless steel S-430, ketebalan 1,2 mm; lebar 3 mm; dan panjang 110 mm, 2. Asam nitrat, 3. Aseton, 4. NaHCO3 p.a, 5. FeSO4.7H2O p.a, 6. Co(NO3)2.6H2O p.a, 7. NiSO4.6H2O p.a, 8. Media pare, 9. H3BO3, 10. Sakarin, 11. NaCl, 12. NH4Cl, 13. Akuades.
D. Prosedur Penelitian 1. Media Pare Pembuatan media pare dilakukan dengan menyiapkan buah pare. Buah pare di bersihakn bijinya dan dicuci dengan air bersih. Kemudian memotong buah pare tipis-tipis dan dijemur di bawah sinar matahari. Buah pare yang sudah kering kemudian dihaluskan dengan blender dan diayak. Bubuk pare yang telah halus digunakan sebagai media.
30
2. Elektrodeposisi Fe-Co-Ni Pembuatan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni dengan menggunakan staninless steel sebagai elektroda kerja, platinum sebagai elektroda kontra, dan Ag/AgCl sebagai elektroda referensi secara voltametri linear. Proses pembuatan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni dimulai dengan memotong logam stainless steel tipe Ferritic Grades S-430 dengan ketebalan 1,2 mm; lebar 3 mm; dan panjang 110 mm. Kemudia membuat larutan Fe-Co-Ni dengan perbandingan mol Fe:Co:Ni sebesar 1:1:1. Larutan Fe-Co-Ni dibuat dengan mencampurkan larutan FeSO4 dari padatan kristal FeSO4.7H2O dengan konsentrasi 0,01 M, larutan Co(NO3)2 dari padatan kristal Co(NO3)2.6H2O dengan konsentrasi 0,01 M, dan larutan NiSO4 dari padatan kristal NiSO4.6H2O dengan konsentrasi 0,01 M. Selanjutnya menambahkan bahan-bahan yang digunakan untuk membantu penempelan logam pada substrat, yakni: 1,5 gram H3BO3, 0,1 gram sakarin, 2 gram NaCl, dan 2 gram NH4Cl per liter larutan. Elektrodeposisi dilakukan dengan menggunakan eDAQ EChem dengan laju 50 mV/s selama 10 menit. 3. Karakteristik logam stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni Karakterisasi
logam
stainless
steel
dan
stainless
steel/Fe-Co-Ni
menggunakan beberapa instrumen, diantaranya: voltametri untuk mengukur variasi arus dan potensial, secara linear, SEM-EDX (Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive X-Ray) untuk mempelajari morfologi permukaan elektroda dan menentukan komposisi semikuantitatif dasar dan XRD untuk menentukan perbedaan elektroda.
31
4. Elektrolisis H2O Elektoda stainless steel/Fe-Co-Ni hasil sintesis pada tahap sebelumnya dan elektroda stainless steel digunakan dalam elektrolisis air sebaga elektroda kerja, platinum sebagai elektroda kontra, dan Ag/AgCl sebagai elektroda referensi secara voltametri siklik. Pada proses elektrolisis larutan elektrolit disiapkan dengan menggunakan variasi konsentrasi media pare dan elektrolit NaHCO3 sebanyak 0,5%. Variasi media pare dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Konsentrasi Media Pare dalam Larutan NaHCO3 0,5% Konsentrasi
Nama Sampel
Konsentrasi
media pare
Nama Sampel
media pare
0%
Sampel 1
0,6 %
Sampel 7
0,1 %
Sampel 2
0,7 %
Sampel 8
0,2 %
Sampel 3
0,8 %
Sampel 9
0,3 %
Sampel 4
0,9 %
Sampel 10
0,4 %
Sampel 5
1%
Sampel 11
0,5 %
Sampel 6
Setiap sampel di elektrolisis secara voltametrik siklis dengan menggunakan eDAQ EChem dengan laju 50 mV/s.
32
E. Teknik Pengambilan Data Data yang diperoleh dari penelitian ini adalah data kualitatif dan data kuantitatif. 1.
Data kualitatif
Data kualitatif didapatkan dari analisis data hasil pengukuran menggunakan Voltametri, SEM-EDX dan XRD. 2.
Data kuantitatif
Data kuantitatif didapatkan dari analisis data hasil pengukuran menggunakan eDAQ EChem. Efisiensi produksi gas hidrogen ditentukan dengan menggunakan persamaan (13). (13) dengan
dan ic masing-masing adalah efisiensi produksi gas hidrogen dan
puncak arus katodik. Selain efisiensi produksi gas hidrogen, ditinjau juga kebutuhan energi, dengan menggunakan persamaan (14). ∆E = (Eeksperimen – Eteori)
(14)
33
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian ini berjudul “Produksi Hidrogen dari Pmecahan Molekul H2O dalam Media Pare dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni” yang bertujuan untuk mengetahui efisiensi produksi gas H2 pada media pare dengan elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni dan untuk mengetahui kondisi optimum produksi gas H2 dalam media pare. Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, pada bab ini akan dibahas mengenai elektrodeposisi elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni, karakteristik logam stainless steel dan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni serta elektrolisis H2O.
A. Elektrodeposisi Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni Logam stainless steel/Fe-Co-Ni dan stainless steel digunakan sebagai elektroda dalam proses elektrolisis. Logam stainless steel yang digunakan adalah tipe Ferritic Grades S-430 dengan ketebalan 1,2 mm; lebar 3 mm; dan panjang 110 mm. Elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni dibuat dengan teknik elektrodeposisi. Elektrodeposisi merupakan proses pengendepan logam pada logam lain (elektroda) melalui proses elektrolisis dengan menggunakan prinsip elektrokimia yaitu dengan menerapkan arus listrik. Proses elektrolisis melibatkan elektroda dan larutan elektrolit. Terdapat tiga elektroda yang digunakan dalam elektrodeposisi adalah platinum sebagai elektroda kontra, stainless steel sebagai elektroda kerja dan Ag/AgCl sebagai elektroda referensi. Pemilihan stainless steel sebagai elektroda kerja karena harganya murah dan apabila dilakukan coating dapat meningkatkan hasil produksi gas hidrogen. Menurut Isana SYL, et al. (2012),
34
stainless steel memiliki aktivitas yang lebih efektif dalam elektrolisis jika terlebih dahulu dilakukan coating dengan logam terner pada logam stainless steel. Larutan elektrolit yang digunakan dibuat dari larutan Fe-Co-Ni yang ditambahkan 1,5 gram H3BO3, 0,1 gram sakarin, 2 gram NaCl, dan 2 gram NH4Cl per liter larutan. Penambahan H3BO3, NaCl dan NH4Cl berfungsi untuk membantu penempelan logam pada substrat. Menurut Huriyati, dkk. (2008), dari hasil penelitian yang telah dilakukan, penambahan asam borat dapat meningkatkan kualitas dan morfologi endapan logam kobal pada elektroda. Selama proses elektrodeposisi, kation-kation logam akan tertarik menuju kutub negatif yaitu katoda, sehingga kation akan berubah menjadi atom-atom yang akan terdeposisi pada katoda. Mula-mula logam akan teroksidasi membentuk logam bermuatan positif dan melepaskan elektron. Logam bermuatan positif akan tertarik ke elektroda negatif yaitu katoda. Logam bermuatan positif akan terdeposisi di katoda karena elektron di katoda akan mereduksi logam bermuatan positif, sehingga logam akan bermuatan netral dan akan menempel
I1 (mA)
pada permukaan katoda. 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 -1
-0.9
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
E (V)
Gambar 3. Votamogram Linier Metode Elektrodeposisi
35
Elektrodeposisi dilakukan menggunakan instrumen eDAQ Echem secara voltametri linier dengan laju 50 mV/s selama 10 menit. Hasil elektrodeposisi dapat dilihat pada Gambar 3. Puncak pada voltamogram menunjukkan telah terjadi peningkatan arus yang mengindikasikan telah terjadi reaksi oksidasi dari logam. Logam yang teroksidasi akan bermuatan positif dan akan tertarik oleh katoda karena perbedaan muatan dan akan terdeposisi di katoda. Pengendapan logam yang berbeda didasarkan pada potensial reduksi standar yang dimiliki masing-masing logam tersebut. Hal ini dikarenakan logam yang memiliki potensial reduksi standart yang lebih positif akan memiliki sifat oksidator yang lebih kuat. Logam yang berperan sebagai oksidator merupakan logam yang mengalami reaksi reduksi. Oleh karena itu, logam yang memiliki potensial reduksi standart yang lebih positif akan mengalami reaksi reduksi terlebih dahulu sehingga akan terlebih dahulu terdeposisikan pada permukaan katoda. Berdasarkan teori, maka logam Ni akan terdeposisi terlebih dahulu, kemudian diikuti oleh logam Co dan Fe. Ion Ni2+ memiliki potensial standard yang lebih possitif jika dibandingkan dengan logam Co2+ dan Fe2+, sehingga ion Ni2+ akan mengalami reaksi reduksi terlebih dahulu membentuk logam Ni kemudian akan terdeposit di permukaan katoda. Reaksi yang terjadi di kataoda sebagai berikut: Ni2+ + 2 e-
Ni (s)
(E0 = -0,25 V)
(15)
Co2+ + 2e-
Co (s)
(E0 = -0,28 V)
(16)
Fe2+ + 2e-
Fe (s)
(E0 = -0,44 V)
(17)
36
B. Karakterisasi Logam stainless steel sebelum dan sesudah dilakukan pelapisan dengan logam Fe, Co dan Ni dikarakterisasi dengan voltametri linear, XRD dan SEMEDX. Karakterisasi dengan voltametri liniear bertujuan untuk mengetahui variasi arus dan potensial elektroda stainless steel sebelum dan sesudah dilakukan pelapisan. Hasil karakterisasi dengan voltametri linear berupa voltamogram yang ditunjukkan pada Gambar 4 dan Gambar 5 di bawah ini: 2.5 2
I1 (mA)
1.5 1
0.5 0
-0.5 -1
-0.8
-0.6
-0.4
E (V)
-0.2
I1 (mA)
Gambar 4. Voltamogram Liniear Sebelum Pelapisan (Stainless Steel) 0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0 -1.0
-0.8
-0.6
E (V)
-0.4
-0.2
0.0
Gambar 5. Voltamogram Liniear Sesudah Pelapisan (Stainless Steel/Fe-Co-Ni) Kedua gambar diatas menunjukkan perbedaan puncak dari elektroda stainless steel sebelum dan sesudah dilakukan pelapisan (stainless steel/Fe-CoNi). Pebedaan puncak pada voltamogram menunjukkan terdapat perbedan
37
kenaikan arus yang dihasilkan. Arus yang dihasilkan merupakan gambaran dari aktvitas elektroda. Elektroda dengan komponen yang berbeda akan memberikan arus yang berbeda pula. Perbedaan tersebut menunjukkan pelapisan logam stainless steel dengan logam Fe, Co, dan Ni telah berhasil dilakukan. Karena elektroda
stainless
steel
sebelum
dan
sesudah
dilakukan
pelapisan
(stainlesssSteel/Fe-Co-Ni) memiliki aktfitas yang berbeda. Karakterisasi logam stainless steel dan stainless steelFe-Co-Ni dengan XRD dilakukan di Laboratorium Kimia UNY. Karakterisasi dengan XRD juga menunjukkan telah terdapat logam Fe, Co, dan Ni yang telah menempel yang ditunjukkan dengan perbedaan puncak yang dihasilkan. Karakterisasi dengan XRD dari stainless steel menghasilkan 3 puncak pada difraktogram, sedangkan karakterisasi dengan XRD dari stainless steelFe-Co-Ni menghasilkan 4 puncak pada difraktogram. Perbedaan puncak-puncak pada difraktogram stainless steel dan stainless steelFeCo-Ni dapat dilihat pada Gambar 6. 2500
Intensity (cps)
2000 1500 1000 500 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
2-theta (deg) Stainless Steel
Stainless Steel/Fe-Co-Ni
Gambar 6. Grafik Hubungan 2θ dengan Intesitas dari Karakterisasi XRD
38
Karakterisasi yang selanjutnya yaitu karakterisasi dengan SEM-EDX. Data kaakterisasi SEM-EDX stainless steel diperoleh dari penelitian yang dilakukan oleh Isana SYL, dkk (2015) yang dtunjukkan pada Gambar 7. dan karakterisasi SEM-EDX stainless steel /Fe-Co-Ni ditunjukkan pada Gambar 8. Karakterisasi SEM-EDX stainless steel /Fe-Co-Ni dilakukan di LPPT UGM. Keberhasilan dari pelapisan logam stainless steel diperkuat dengan hasil karakterisasi SEM-EDX yang ditunjukkan oleh kadar logam Fe, Co, dan Ni. Kadar logam Fe, Co, dan Ni dari hasil karakterisasi dapat dilihat pada tabel 4.
Gambar 7. Hasil Karakterisasi Stainless Steel dengan SEM EDX
Fe
Ni Co
Gambar 8. Hasil Karakterisasi Stainless Steel/Fe-Co-Ni dengan SEM EDX
39
Tabel 4. Kadar Logam (%) dalam Stainless Steel dan Stainless Steel/Fe-Co-Ni Stainless Steel
Stainless Steel/Fe-Co-Ni
Fe
80.11 %
50,34 %
Co
0,05 %
0,14 %
Ni
0%
0,17 %
Kadar logam Fe pada Tabel 4 mengalami penurunan setelah dilakukan pelapisan pada logam stainless steel dan kadar logam Co dan Ni mengalami peningkatan setelah dilakukan pelapisan. Penurunan kadar logam Fe dan peningkatan kadar logam Co dan Ni menunjukkan bahwa jumlah logam Co dan Ni pada logam stainless steel/Fe-Co-Ni (stainless steel yang telah dilakukan pelapisan) lebih banyak banyak daripada logam stainless steel. Hal ini mengindikasikan bahwa telah terjadi pelapisan logam Fe, Co Ni pada logam stainless steel.
C. Elektrolisis H2O Elektrolisis merupakan reaksi yang tidak dapat berlangsung secara spontan, diperlukan tegangan luar agar reaksi elektrolisis dapat berlangsung. Proses elektrolisis untuk menghasilkan gas hidrogen (H2) dan gas oksigen (O2) murni dengan memanfaatkan energi listrik pada sistem disebut sebagai elektrolisis air. Reaksi dalam proses elektrolisis air pada katoda seperti pada persamaan reaksi (1) dan pada anoda seperti pada reaksi persamaan (2). Proses reduksi terjadi pada katoda yang menghasilkan gas hidrogen (H2) dan ion hidroksida (OH-), sedangkan proses oksidasi terjadi di anoda yang menghasilkan gas oksigen (O2) dan ion
40
hidrogen (H+). Ion hidroksida (OH-) dan ion hidrogen (H+) akan mengalami netralisasi dan membentuk molekul H2O. Gas hidrogen yang dihasilkan sangat bermanfaat sebagai energi terbarukan. Oleh karena itu inovasi dalam proses produksi hidrogen sangat diperlukan untuk menghasilkan gas hidrogen dengan biaya yang relatif murah. Energi yang dihasilkan dari gas hidrogen tidak menghasilkan emisi karena hasil samping konversi energi adalah air. Gas hidrogen dapat dikonversi menjadi energi bahan bakar jika direaksikan dengan gas oksigen dalam sel bahan bakar. Reaksi yang terjadi merupakan reaksi spontan dengan reaksi kimia sebagai berikut: 2H2(g) + O2(g)
2H2O(l) + energi
(18)
(Riyanto, 2013: 23) Elektroda yang digunakan dalam penelitian ini adalah logam stainless steel dan logam stainless steel yang telah dicoating dengan logam Fe-Co-Ni. Logam stainless steel yang digunakan adalah tipe stainless steel S-430 dengan ketebalan 1,2 mm; lebar 3 mm; dan panjang 110 mm. Proses elektrolisis air dalam penelitian ini menggunakan larutan elektrolit NaHCO3 yang ditambahkan media pare ke dalam larutan elektrolit tersebut. Media pare dibuat dengan cara memotong buah pare yang telah dihilangkan isinya terlebih dahulu dan dicuci dengan air bersih. Kemudian buah pare tersebut dikeringkan di bawah sinar matahari sampai kering. Buah pare yang telah kering dihaluskan dengan blender dan diayak. Media pare ditambahkan dalam 10 mL larutan elektrolit NaHCO3 yang digunakan dalam proses elektrolisis air. Variasi media pare yang ditambahkan dalam larutan elektrolit NaHCO3 adalah 0,1% sampai 1%. Proses elektrolisis air dilakukan
41
secara voltametri siklik. Mennurut Evans et al (1993) dan Lund & Hummerich (2001) dalam Riyanto (2013: 94), voltametri siklik merupakan teknik yang banyak digunakan untuk mendapatkan informasi tentang reaksi elektrokimia.
1. Elektrolisis H2O dengan Elektroda Stainless Steel Proses elektrolisis pertama yang diakukan yaitu elektrolisis air dengan elektroda stainless steel pada media pare. Voltamogram hasil elektrolisis air dengan elektroda stainless steel ditunjukkan oleh Gambar 9 pada lampiran, dari voltamogram tersebut diperoleh besar potensial dan arus di puncak katodik hasil pengujian yang dapat dilihat pada Tabel 6 di lampiran. Berdasarkan data hasil pada Tabel 6, maka efesiensi produksi gas hidrogen dan overpotensial pada elektrolisis air dalam media pare dengan elektroda stainless steel dapat ditentukan. Nilai efisiensi produksi gas hidrogen dapat ditentukan dengan persamaan (13) dan nilai overpotensial dapat ditentukan dengan persamaan (14). Setelah dilakukan perhitungan dengan persamaan tersebut, maka nilai efisiensi produksi gas hidrogen dan overpotensial dari hasil perhitungan dialurkan dalam grafik dibawah ini:
42
120.00%
0.25 0.2
80.00% 0.15 60.00% 0.1 40.00%
Overpotensial (V)
Efisiensi Produksi
100.00%
0.05
20.00% 0.00%
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Konsentrasi Media Pare (%) EFISIENSI
OVERPOTENSIAL
Gambar 9. Grafik Efisiensi Produksi dan Overpotensial Hasil Elektrolisis dengan Elektroda Stainless Steel Berdasarkan grafik pada Gambar 9, efisiensi produksi gas hidrogen pada proses elektrolisis air dalam media bubuk pare dengan elektroda stainless steel yang paling baik ditunjukkan pada sampel 1 yaitu elektrolisis tanpa penambahan media pare. Sampel 1 menunjukkan produksi gas hidrogen paling besar yaitu 100% dengan arus sebesar -0,2243 mA. Besarnya arus yang dihasilkan dari proses elektrolisis air sebanding dengan besarnya gas hidrogen yang dihasilkan. Sesuai dengan Hukum Faraday pertama yang menyatakan bahwa massa zat yang terbentuk pada masing-masing elektroda sebanding dengan kuat arus/arus listrik yang mengalir pada suatu elektrolisis. Akan tetapi, proses elektrolisis air tanpa penambahan media pada sampel 1 tersebut membutuhkan energi yang cukup besar karena overpotensial yang dihasilkan yaitu 0,099 Volt. Overpotensial berbanding lurus dengan energi yang dibutuhkan. Oleh karena itu, besarnya overpotensial dari hasil perhitungan menunjukkan besarnya energi yang dibutuhkan. Overpotensial diperoleh dari selisih potensial hasil percobaan dengan 43
potensial teori (E0 H2O/H2 = - 0,828 V). Semakin kecil nilai overpotensial yang dihasilkan pada proses produksi gas hidrogen, maka semakin kecil pula energi yang dibutuhkan dalam proses produksi gas hidrogen tersebut. Walaupun demikian, kondisi optimum elektrolisis air dengan elektroda stainless steel ditunjukkan oleh sampel 1 karena memiliki efisiensi produksi gas hidrogen yang paling besar dan overpotensial yang paling kecil. Penambahan media pare mengakibatkan proses elektrolisis air dengan elektroda stainless steel menjadi terhambat. Hal ini ditunjukkan oleh produksi gas hidrogen tanpa penambahan media pare yang lebih besar jika dibandingkan produksi gas hidrogen dengan penambahan media pare. Meneurut Riyanto (2013: 155) senyawa organik dapat terjerap di permukaan elektroda padat, dalam beberapa kasus proses penyerapan dapat menyebabkan kerusakan molekul. Proses elektrolisis air menjadi terhambat dikarenakan terjadinya covering di sekitar permukaan elektroda. Covering di permukaan elektroda mengakibatkan permukaan aktif elektroda semakin berkurang sehingga produksi gas hidrogen menjadi berkurang. Semakin sedikit produksi gas hidrogen pada proses elektrolisis dengan penambahan media pare menunjukkan semakin banyak media yang menempel pada permukaan elektroda. Produksi gas hidrogen paling sedikit yaitu 19,53% dengan arus sebesar -0,0438 mA yang ditunjukkan oleh sampel 9 dengan penambahan 0,8 % media pare. Sampel 9 menunjukkan kondisi optimum terjadinya covering.
44
2. Elektrolisis H2O dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni Proses elektrolisis kedua yang diakukan yaitu elektrolisis air dengan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni pada media pare. Voltamogram hasil elektrolisis air dengan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni ditunjukkan oleh Gambar 10 pada lampiran, dari voltamogram tersebut diperoleh besar potensial dan arus di puncak katodik hasil pengujian yang ditunjukkan pada Tabel 7 di lampiran. Berdasarkan data hasil pada Tabel 7, maka efesiensi produksi gas hidrogen dan over potensial pada elektrolisis air dalam media pare dengan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni dapat ditentukan. Nilai efisiensi produksi gas hidrogen dapat ditentukan dengan persamaan (13) dan nilai overpotensial dapat ditentukan dengan persamaan (14). Setelah dilakukan perhitungan dengan persamaan tersebut, maka nilai efisiensi produksi gas hidrogen dan overpotensial
120.00%
0.12
100.00%
0.1 0.08
80.00%
0.06 60.00% 0.04 40.00%
0.02
20.00%
Overpotensial (V)
Efisiensi Produksi
dari hasil perhitungan dapat dialurkan dalam grafik dibawah ini:
0
0.00%
-0.02 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Konsentrasi Media Pare (%) EFISIENSI
OVERPOTENSIAL
Gambar 10. Grafik Efisiensi Produksi dan Overpotensial Hasil Elektrolisis dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni
45
Berdasarkan grafik pada Gambar 10 di atas, efisiensi produksi gas hidrogen pada proses elektrolisis air dalam media pare dengan elektroda stainless steel/FeCo-Ni yang paling baik ditunjukkan pada sampel yang tidak ditambahkan media pare yaitu sebesar 100%. Proses elektrolisis air pada ampel yang tidak ditambahkan media pare tersebut membutuhkan energi yang cukup besar yaitu 0,08 Volt. Apabila ditinjau dari energi yang dibutuhkan, penambahan 0,7% media pare membutuhkan energi yang paling kecil yaitu 0,001 Volt dengan efisiensi produksi gas hidrogen pada penambahan 0,7% media pare yaitu 51,06%. Kondisi optimum elektrolisis air ditunjukkan pada penambahan 0,7% media pare karena memiliki overpotensial yang paling kecil dengan efisiensi produksi gas hidrogen yang tidak terlalu kecil. Penambahan media pare mengakibatkan proses elektrolisis air dengan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni menjadi terhambat. Hal ini ditunkukkan oleh besarnya energi yang dibutuhkan dengan efisiensi produksi gas hidrogen yang lebih kecil jika dibandingkan dengan proses elektrolisis air tanpa penambahan media pare. Penambahan media pare mengakibatkan proses elektrolisis air dengan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni menjadi terhambat. Hal ini ditunjukkan oleh produksi gas hidrogen tanpa penambahan media pare yang lebih besar jika dibandingkan produksi gas hidrogen dengan penambahan media pare. Proses elektrolisis air menjadi terhambat dikarenakan terjadinya covering di sekitar permukaan elektroda. Covering pada permukaan elektroda dapat disebabkan oleh molekul organik yang berukuran besar seperti protein dan lemak. Menurut Riyanto (2013:155), penyerapan senyawa organik akan menyebabkan perubahan
46
struktur lapisan permukaan elektroda. Beberapa kasus proses penyerapan dapat menyebabkan
kerusakan
molekul.
Covering
di
permukaan
elektroda
mengakibatkan permukaan aktif elektroda semakin berkurang sehingga produksi gas hidrogen menjadi berkurang. Produksi gas hidrogen palng sedikit yaitu 38,32 % atau sebesar -0,1525 mA yang ditunjukkan oleh sampel 3 dengan penambahan 0,2% media pare. Sampel 2 menunjukkan kondisi optimum terjadinya covering.
3. Perbandingan Kondisi Optimum Penggunaan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni dalam elektrolisis air pada media pare memberikan efisiensi energi yang lebih baik. Hal ini ditunjukkan pada nilai overpotesial pada proses elektrolisis air pada media pare. Proses elektrolisis air pada media pare dengan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni memiliki nilai overpotensial yang lebih kecil jika dibandingkan elektrolisis air pada media pare dengan elektroda stainless steel.
Tabel 5. Kondisi Optimum Proses Elektrolisis dengan Elektroda Stainless Steel dan Stainless Steel/Fe-Co-Ni Kondisi Optimum Stainless Steel Konsentrasi media pare Efisiensi Produksi H2 Overpotensial
Stainless Steel/Fe-Co-Ni
0%
0,7 %
100%
51,06%
0,099 Volt
0,001 V
Perbandingan efisiensi produksi gas hidrogen dan efisiensi energi pada elektrolisis air dengan menggunakan elektroda stainless steel dan elektroda
47
stainless steel/Fe-Co-Ni dapat dilihat dari Tabel 5. Ditinjau dari efisiensi produksi gas hidrogen, kondisi optimum produksi gas hidrogen menggunakan elektroda stainless steel pada proses elektrolisis dalam media pare lebih besar jika dibandingkan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni. Namun selisih gas hidrogen yang diproduksi tidak terlalu besar yang ditunjukkan oleh arus katodik pada proses elektrolisis dengan elektroda stainless steel yaitu -0,2243 mA, sedangakan arus katodik pada proses elektrolisis dengan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni yaitu -0,2032 mA. Semakin besar nilai dari puncak arus katodik menunjukkan bahawa semakin banyak gas hidrogen yang terbentuk. Besarnya arus pada puncak katodik yang dihasilkan dari proses elektrolisis air sebanding dengan besarnya gas hidrogen yang dihasilkan sesuai dengan Hukum Faraday pertama. Ditinjau dari energi yang dibutuhkan, penggunaan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni pada proses elektrolisis air dalam media pare juga ditunjukkan pada nilai overpotensial. Overpotensial yang diperoleh menunjukkan bahwa energi yang dibutuhkan pada proses elektrolisis dalam media pare dengan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni relatif lebih kecil jika dibandingkan elektrolisis air dengan elektroda stainless steel. Semakin kecil nilai overpotensial suatu reaksi menunjukkan bahwa semakin kecil energi yang dibutuhkan dalam reaksi tersebut. Kondisi optimum kedua elektroda dapat terlihat bahwa penggunaan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni membutuhkan energi yang jauh lebih kecil dengan selisih produksi gas hidrogen yang kecil dari penggunaan elektroda stainless steel. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni pada
48
proses elektrolisis air dalam media pare lebih efisien jika dibandingkan menggunakan elektroda stainless steel.
49
BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang telah dilakuan, dapat disimpulkan bahwa: 1.
Produksi gas hidrogen pada media pare dengan elektroda stainless steel kurang efisien dan terjadi covering pada permukaan elektroda.
2.
Produksi gas hidrogen pada media pare dengan elektroda stainless steel/FeCo-Ni juga terjadi covering pada permukaan elektroda namun lebih efisien jika dibandingkan dengan elektroda stainless steel.
3.
Kondisi optimum produksi gas hidrogen pada media pare dengan elektroda stainless steel terjadi pada penambahan 0% media pare dan kondisi optimum produksi gas hidrogen pada media pare dengan elektroda stainless steel/FeCo-Ni terjadi pada penambahan 0,7% media pare.
B. Saran Berdasarkan penelitian tentang produksi gas hidrogen dengan elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni saran yang dapat diberikan antara lain: 1.
Air yang mengandung atau ditambahkan pare sebaiknya tidak digunakan pada proses elektrolisis air dengan elektroda stainless steel dan stainless steel/FeCo-Ni karena dapat menurunkan efisiensi produksi gas hidrogen.
2.
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai variasi konsentrasi NaHCO3 yang digunakan.
50
3.
Berdasarkan voltamogram yang diperoleh dapat digunakan sebagai acuan untuk meneliti kandungan dalam suatu material.
51
DAFTAR PUSTAKA Amrina, Q.H. (2008). Sintesa Hidroksiapatit dengan Memanfaatkan Limbah Cangkang Telur: Karakterisasi Difraksi Sinar-X dan Sanning Electron Microscopy (SEM). Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB. Andewi, Ni Made A.Y. & Hadi, W. (2012). Produksi Gas Hidrogen Melalui Proses Elektrolisis Air Sebagai Sumber Energi. Jurnal Teknik. FTSP-ITS. Anonim. (2016). 20+ Manfaat Pare, Turunkan Gula Darah & Asi Booster. Diakses pada tanggal 4 Juni 2017 dari http://www.herbalogi.com/manfaatpare/. Astuti, Y.A. (2016). Reaksi Evolusi Hidrogen dengan Menggunakan Tepung Mocaf dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni Secara Elektrolisis Air. Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNY. Beattie, S.D & Dahn, J.R. ( 2005). Combinatorial Electrodeposition of Ternary Cu-Sn-Zn Alloys. Journal of The Electrochemical Society. 152 (8). Hlm. 542-548. Boedoyo, M.S. (2016). Outlook Energi Indonesia 2016. Jakarta: Pusat Teknologi Pengembangan Sumber Daya Energi BPPT. Budi, E. (2016). Potensi Pembentukan Lapisan Super dan Ultra Keras Senyawa Komposit Nitrida Menggunakan Kaidah Elektrodeposisi. Jurnal Fisika dan Aplikasinya. Vol. 1. No. 2. Hlm. 69-74. Cahyadi, R. (2009). Uji Toksisitas Akut Ekstrak Buah Pare (Momordica charantia L.) terhadap Larva Artemia Salina Leach dengan Metode Brine Shrimp Lethality Test (BST). Skripsi. Fakultas Kedokteran-Universitas Diponegoro. Chang, R. (2005). Kimia Dasar Konsep –Konsep Inti Edisi ke Tiga Jilid 2. Jakarta: Erlangga. Das, D. & Veziroglu, T.N. (2001). Hydrogen Production by Biological Processes: a Survey of Literature. International Journal of Hydrogen Energy. 26. Hlm. 13-28. Dewi, E. L. (2011). Potensi Hidrogen sebagai Bahan Bakar untuk Kelistrikan Nasional. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia. BPPT-Jakarta. Dogra. (1998). Kimia Fisika. Jakarta: Universitas Indonesia. Fardon, John. (2000). The Elements Hydrogen. New York: Benchmark Books.
52
Harrizul, R. 1995. Asas Pemeriksaan Kimia. Jakarta: Penerbit UI Press. Hasan, A. (2007). Aplikasi Sistem Fuel Cell sebagai Energi Ramah Lingkungan di Sektor Transportasi dan Pembangkit. Jurnal Teknik Lingkungan. Vol. 8 No. 3. Hlm. 277-286. Holleman, Wiberg. (2001). Inorganic Chemistry. New York: Academic Press. Huriyati, S.E., Haris, A., & Widodo, D.S. (2008). Pengaruh Rapat Arus dan Asam Borat terhadap Kualitas dan Morfologi Hasil Elektrodeposisi Kobal pada Substrat Tembaga. Jurnal Penelitian. FMIPA-Undip. Indrawati, L., Wening S., Catur Setia D. (2016). Care Yourself Stroke Cegah dan Obati Sendiri. Jakarta: Penebar Swadaya Grup. Isana YSL. (2010). Perilaku Sel Elektrolisis Air dengan Elektroda Stainless Steel. Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia. FMIPA-UNY. Isana YSL, Dewi Yuanita, & Heru Pratomo Al. (2015). Pemecahan Molekul Air dengan Menggunakan Media Tepung Umbi Dahlia (Dahlia Pinnata). J. Sains Dasar. 4 (2). Hlm. 173-178. Isana YSL, Wega Trisunaryati, Agus Kuncaka, et al. (2012). Studies on the Hydrogen Evolution Reaction on Fe-Co-Ni/Stainless Steel Electrode. Jurnal of Applied Chemistry. No. 1 Vol. 3 Hlm. 6-10 Mahreni & Adi Ilcham. (2011). Pengembangan Teknologi Bersih Berbasis Hidrogen Menggunakan Sumber Daya Alam Indonesia. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia. Fakultas Teknologi Industri-UPN. Marlina, E., Wahyudi, S., & Yulianti, L. (2013). Produksi Brown’s gas hasil elektrolisis H2O dengan katalis NaHCO3. Jurnal Rekayasa Mesin. Vol. 4 No. 1. Hlm. 53-58. Marlina, E. (2016). Pengaruh Variasi Larutan Elektrolit terhadap Produksi Brwn’s Gas. Jurnal Info Teknik. Vol. 17.No. 2. Hlm. 187-196. Marwati, S. (2013). Pengaruh Agen Pereduksi dalam Proses Elektrodeposisi terhadap Kualitas Deposit Cu dan Ag. Prossiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA. FMIPA-UNY. Maysarrah, D. (2016). Reaksi Evolusi Hidrogen Menggunakan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni dengan Media Tepung Maizena. Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNY. Maysarrah, D & Isana SYL. (2016). Elektrolisis H2O Menggunakan Elektrode Stainless Steel dalam Suasana Basa dengan Media Tepung Maizena. Jurnal Kimia Dasar. FMIPA UNY. 53
Mulyani, R., Buchari, Noviandari, I., et al. (2012). Studi Voltametri Siklik Sodium Dedocyl Benzen Sulfonat dalam Berbagai Elektroda dan Elektrolit Pendukung. Jurnal Teknologi Pengolahan Limbah. Vol 15 No 1. Hlm. 5156. Nurwati, M. (2007). Analisis Derajat Kristalinitas, Ukuran Kristal, dan Bentuk Partikel Mineral Tulang Manusia Berdasarkan Variasi Umur dan Jenis Tulang. Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB. Purnama, E. F. (2006). Pengaruh Suhu Reaksi terhadap Derajat Kristalinitas dan Komposisi Hidroksiapatit Dibuat dengan Media Air dan Cairan Tubuh Buatan (Synthetic Body Fluid). Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB. Putra, A.M. (2010). Analisis Produktivitas Produksi Gas Hidrogen dan Gas Oksigen pada Elektrolisis Larutan KOH. Jurnal Neutrino. Vol. 2 No. 1. Hlm. 141-154. Rahadi, J. D., Susastriawan, & Harry Wibowo. (2014). Pengaruh Pemanfaatan Hidrogen dari Genetrator HHO Terhadap Unjuk Kerja dan Emisi Gas Buang Sepeda Motor 4 Tak 100 cc. Jurnal Teknik Mesin. Vol. 2 No. 1. Hlm. 46-51. Rahmawati, F., Sayekti W., & Nuraini H. (2013). Modifikasi Permukaan Lapis Tipis Semikonduktor TiO2 Bersubstrat Grafit dengan Elektrodeposisi Cu. Jurnal Kimia. Jurusan Kimia Universitas Sebelas Maret. Hlm. 1-14. Rashid, Md M.et al. (2015). Hydrogen Production by Water Electrolysis: A Review of Alkaline Water Electrolysis, PEM Water Electrolysis and High Temperature Water Electrolysis.International Journal of Engineering ang Advance Technologi (IJEAT). Volume-4 Issue-3. Hlm. 80-93. Riyanto. (2015). Determination of Lead in Waste Water Using Cyclic Voltammetry by Platinum Wire Electrode. Journal Eksakta. Vol 14 No 2. Hlm. 22-33. Riyanto, Othman, M.R., & Salimon, J. (2007). Analysis of Ethanol Using Copper and Nickel Sheet Electrodes by Cyclic Voltammetry. The Malaysian Journal of Analytical Sciences. Vol. 11. No. 2. Hlm. 379-387. Riyanto. (2013). Elektrokimia dan Aplikasinya. Yogyakarta: Graha Ilmu. Salehi, M., Saidi, A., Ahmadian, M., et al. (2014). Characterization of Nanocrystalline Nickel-Cobalt Alloys Synthesized by Direct and Pulse Electrodeposition. International Journal of Modern Physics B. Vol. 28. No. 6. Hlm. 1-14.
54
Samsiah, R. (2009). Karakterisasi Biokomposit Apatit-Kitosan dengan XRD (XRay Diffraction), FTIR (Fourier Transform Infrared), SEM (Sanning Electron Microscopy) dan Uji Mekanik. Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB. Sebastian, O., & Sitorus, T.B. (2013). Analisis Efisiensi Elektrolisis Air dari Hydrofill pada Sel Bahan Bakar. Jurnal Dinamis. Vol. 2. No. 12. Hlm. 1625. Setyaningrum, H.D., & Cahyo Saparinto. (2011). Panen Sayur secara Rutin di Lahan Sempit. Jakarta: Penebar Swadaya. Siregar, Yusraini D.I. (2010). Produksi Hidrogen dari Limbah Alumunium. Jurnal Valensi ISSN : 1978-8193. Vol. 2 No. 1. Hlm. 362-367. Siswoyo, Asnawati, Zulfikar, et al. (2010). Elektrodeposisi Paladium pada Karbon dan Karakterisasi Awal Responnya terhadap N2O Terlarut Sebagai Elektroda Kerja pada Sistem Pengukuran Voltametri. Makalah Pendamping: Kimia SN-KPK II ISBN 979-498-547-3. Hlm. 46-50. Sopandi, I., Hananto, Y., & Rudiyanto, B. (2015). Studi Ketebalan Elektroda pada Produksi Gas HHO (Hidrogen Hidrogen Oksigen) oleh Generator HHO Tipe Basah dengan Katalis NaHCO3 (Natrium Bikarbonat). Jurnal Rona Teknik Pertanian. 8(2). Hlm. 99-110. Subahar, T.S.S & Tim Lentera. (2004). Khasiat dan Manfaat Pare Si Pahit Pembasmi Penyakit. Jakarta: Agromedia Pustaka. Sujatno, A., Salam, R., Bandriyana, & Dimyati, A. (2015). Studi Sanning Electron Microscopy (SEM) untuk Karakterisasi Proses Oxidasi Paduan Zirkonium. Jurnal Forum Nuklir (JFN). Vol. 9. No. 2. Hlm. 44-50. Sumarji. (2011). Studi Perbandingan Ketahanan Korosi Stainless Steel Tipe SS 304 dan SS 201 Menggunakan Metode U-Bend Test Secara Siklik dengan Variasi Suhu dan pH. Jurnal ROTOR. Vol. 4. No. 1. Hlm. 1-8. Tjatur W. R., Nurhayati, & Supa’at. (2009). Proses Elektrolisa pada Prototipe “Kompor Air” dengan Pengaturan Arus dan Temperatur. Industrial Electronic Seminar. Politeknik Elektronika-ITS. Waluyo, P.P. (2007). Pembuatan Komposit Polimer-Kalsium Fosfat Karbonat: Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) dan Scanning Electron Microscopy (SEM). Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB. Wiryawan, D., Widhiyanuriyawan, D., & Hamidi, N. (2013). Pengaruh Variasi Arus Listrik Terhadap Produksi Brown’s Gas pada Elektroliser. Jurnal Teknik. FT-UB.
55
Yanlinastuti, Boybul, Br.Ginting, A., et al. (2016). Pengaruh Parameter Proses Elektrodeposisi terhadap Penentuan Berat Isotop 235U dalam PEB U3Si2/Al Pasca Iradiasi. Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir-BATAN. ISSN 08524777.
56
LAMPIRAN
57
Lampiran 1. Voltamogram Hasil Elektrolisis dengan Elektroda Stainless Steel dalam Media Pare 1.0
0.5
0.5
I (mA)
I (mA)
1.0
0.0
0.0
-0.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3
0
0.3
0.6
0.9
-0.5
1.2
-1.2 -0.9 -0.6 -0.3
E (V)
(a)
0.5
I (mA)
0.5
I (mA)
1
0
-0.5
0.6
0.9
1.2
0
-0.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3
0
0.3
0.6
0.9
1.2
-1.2 -0.9 -0.6 -0.3
E (V)
0
0.3
0.6
0.9
1.2
0.3
0.6
0.9
1.2
0.3
0.6
0.9
1.2
E (V)
(c)
(d)
1
0.5
0.5
I (mA)
1
I (mA)
0.3
(b)
1
0
0
-0.5
-0.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3
0
E (V)
0.3
0.6
0.9
-1.2 -0.9 -0.6 -0.3
1.2
0
E (V)
(f)
(e) 1
1
0.5
0.5
I (mA)
I (mA)
0
E (V)
0
-0.5
0
-0.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3
0
0.3
0.6
0.9
1.2
-1.2 -0.9 -0.6 -0.3
E (V)
0
E (V)
(g)
(h)
58
1
0.5
0.5
I (mA)
I (mA)
1.0
0.0
-0.5
0
-0.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3
0
E (V)
0.3
0.6
0.9
1.2
-1.2 -0.9 -0.6 -0.3
0
E (V)
0.3
0.6
0.9
(j)
(i) 1
I (mA)
0.5 0
-0.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3
0
0.3
0.6
0.9
1.2
E (V)
(k) Gambar 11. Voltamogram Siklik Hasil Elektrolisis Air dengan Elektroda Stainless Steel dalam Media Pare Sebanyak (a) 0%; (b) 0,1%; (c) 0,2%; (d) 0,3%; (e) 0,4%; (f) 0,5%; (g) 0,6%; (h) 0,7%; (i) 0,8%; (j) 0,9% dan (k) 1%.
59
1.2
Lampiran 2. Voltamogram Hasil Elektrolisis dengan Elektroda Stainless Steel/FeCo-Ni dalam Media Pare 1.0
0.9 0.7 0.5 0.3 0.1 -0.1 -0.3 -0.5
I (mA)
I (mA)
0.5 0.0
-0.5 -1.2
-0.9
-0.6
-0.3
0
0.3
0.6
0.9
-1.2 -0.9 -0.6 -0.3
1.2
E (V)
0.6
0.9
1.2
0.3
0.6
0.9
1.2
0.3
0.6
0.9
1.2
E (V)
1.0
0.5
0.5
I (mA)
I (mA)
1.0
0.0
0.0
-0.5
-0.5 -1.2
-0.9
-0.6
-0.3
0
E (V)
0.3
0.6
0.9
-1.2 -0.9 -0.6 -0.3
1.2
0
E (V)
(d)
(c) 1.0
0.5
0.5
I (mA)
1
I (mA)
0.3
(b)
(a)
0
0.0
-0.5
-0.5 -1.2
-0.9
-0.6
-0.3
0
E (V)
0.3
0.6
0.9
1.2
-1.2 -0.9 -0.6 -0.3
0
E (V)
(e)
(f) 1
0.5
0.5
I (mA)
1
I (mA)
0
0
-0.5
0
-0.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3
0
0.3
0.6
0.9
1.2
-1.2
-0.9
-0.6
-0.3
0
E (V)
E (V)
(g)
(h) 60
0.3
0.6
0.9
1.2
1
0.5
0.5
I (mA)
I (mA)
1.0
0.0
0
-0.5
-0.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3
0
0.3
0.6
0.9
1.2
E (V)
-1.2 -0.9 -0.6 -0.3
0
0.3
0.6
0.9
E (V)
(j)
(i) 1
I (mA)
0.5 0
-0.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3
0
E (V)
0.3
0.6
0.9
1.2
(k) Gambar 12. Voltamogram Siklik Hasil Elektrolisis Air dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni dalam Media Pare Sebanyak (a) 0%; (b) 0,1%; (c) 0,2%; (d) 0,3%; (e) 0,4%; (f) 0,5%; (g) 0,6%; (h) 0,7%; (i) 0,8%; (j) 0,9% dan (k) 1%.
61
1.2
Lampiran 3. Hasil Potensial Puncak di Katoda, Arus Puncak di Katoda, Efisiensi dan Overpotensial dari Elektrolisis Air dalam Media Pare Tabel 6. Hasil Elektrolisis Air dengan Elektroda Stainless Steel dalam Media Pare Katoda No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Nama Sampel Sampel 1 ( 0 %) Sampel 2 ( 0,1 %) Sampel 3 ( 0,2 %) Sampel 4 ( 0,3 %) Sampel 5 ( 0,4 %) Sampel 6 ( 0,5 %) Sampel 7 ( 0,6 %) Sampel 8 ( 0,7 %) Sampel 9 ( 0,8 %) Sampel 10 ( 0,9 %) Sampel 11 ( 1 %)
Overpotensial (V) 0,099 0,108 0,119 0,107 0,107 0,139 0,133 0,138 0,159 0,169 0,215
E (V) -0,729 -0,72 -0,709 -0,721 -0,721 -0,689 -0,695 -0,69 -0,669 -0,659 -0,613
Ic (mA)
Efisiensi
-0,2243 -0,1382 -0,0854 -0,1194 -0,1268 -0,125 -0,1236 -0,0477 -0,0438 -0,1087 -0,0804
100,00% 61,61% 38,07% 53,23% 56,53% 55,73% 55,10% 21,27% 19,53% 48,46% 35,84%
Tabel 7. Hasil Elektrolisis Air dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni dalam Media Pare No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Nama Sampel Sampel 1 ( 0 %) Sampel 2 ( 0,1 %) Sampel 3 ( 0,2 %) Sampel 4 ( 0,3 %) Sampel 5 ( 0,4 %) Sampel 6 ( 0,5 %) Sampel 7 ( 0,6 %) Sampel 8 ( 0,7 %) Sampel 9 ( 0,8 %) Sampel 10 ( 0,9 %) Sampel 11 ( 1 %)
E (V) -0,748 -0,785 -0,726 -0,744 -0,821 -0,811 -0,836 -0,827 -0,811 -0,802 -0,795
62
Katoda Overpotensial Ic (mA) (V) 0,08 -0,398 0,043 -0,2018 0,102 -0,1525 0,084 -0,1943 0,007 -0,1788 0,017 -0,1796 -0,008 -0,2221 0,001 -0,2032 0,017 -0,2387 0,026 -0,1693 0,033 -0,2356
Efisiensi 100,00% 50,70% 38,32% 48,82% 44,92% 45,13% 55,80% 51,06% 59,97% 42,54% 59,20%
Lampiran 4. Karakterisasi Hasil XRD
Peak List General information Analysis date Sample name File name Comment
2017/03/10 10:26:41 Stainless Steel 251--XRD-2017.ras
Measurement date Operator
2017/03/10 10:06:30 administrator
Measurement profile
2000
1500
Intensity (cps)
1000
500
0 20
40
60
2-theta (deg)
Peak list No. 1 2 3
2-theta(deg) 28.437 43.97(4) 63.9712
d(ang.) 3.13613 2.0575(18) 1.4542
Height(cps) 194.511 567(69) 367.786
FWHM(deg) 0.415509 0.42(4) 0.415509
63
Int. I(cps deg) 149.993 304(24) 222.149
Int. W(deg) 0.771129 0.54(11) 0.604018
Asym. factor 0.605285 0.6(3) 0.605285
Peak List General information Analysis date Sample name File name Comment
2017/03/10 10:47:55 SS/Fe-Co-Ni 252--XRD-2017.ras
Measurement date Operator
2017/03/10 10:17:47 administrator
Measurement profile 1500
Intensity (cps)
1000
500
0 20
40
60
2-theta (deg)
Peak list No. 1 2 3 4
2-theta(deg) 7.81(14) 28.64(3) 44.34(5) 46.51(5)
d(ang.) 11.3(2) 3.114(3) 2.041(2) 1.951(2)
Height(cps) 38(18) 491(64) 191(40) 70(24)
FWHM(deg) 3.3(4) 0.35(2) 0.44(4) 1.39(17)
64
Int. I(cps deg) 135(25) 199(12) 89(9) 108(17)
Int. W(deg) 4(2) 0.41(8) 0.47(15) 1.5(8)
Asym. factor 1.3(8) 1.4(4) 0.23(16) 0.2(2)
Lampiran 5. Karakterisasi Hasil SEM-EDX Stainless Steel
65
Stainless Steel/Fe-Co-Ni
66
Lampiran 6. Diagram Alir Prosedur Penelitian Stainless Steel
Digunakan sebagai elektroda
Elektrodeposisi
Karakterisasi dengan voltametri linear, XRD, dan SEM-EDX
Elektrolisis Air
Dianalisis dengan voltametri siklik
Stainless Steel/Fe-Co-Ni
Digunakan sebagai elektroda
Elektrolisis Air
Dianalisis dengan voltametri siklik Efisiensi elektrolisis masingmasing elektroda
67
Lampiran 7. Diagram Alir Proses Elektrodeposis 4 mL larutan Fe2+ 0,01 M
4 mL larutan Co2+ 0,01 M
4 mL larutan Ni2+ 0,01 M
Dimasukkan Botol Voltametri
Memasang elektroda (Stainless Steel)
Voltametri Linear dengan laju 50 mV selama 10 menit
Karakterisasi elektroda (Stainless Steel) denganvoltametri linear, XRD, dan SEM-EDX
68
H3BO3 1,5 gram; sakarin 0,1 gram; NaCl 2 gram; dan NH4Cl 2 gram
Lampiran 8. Digram Alir Elektrolisis Air dengan Elektroda Stainless Steel dan .Satinless Steel/Fe-Co-Ni Media Pare (0%; 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4%; 0,5%; 0,6%; 0,7%; 0,8%; 0,9%; dan 1%)
NaHCO3 0,5%
Aquabides
Labu ukur 10 mL
Dipindahkan
Botol Voltametri
Memasang elektroda Stainless Steel
Memasang elektroda Stainless Steel/Fe-CoNi
Elektrolisis secara voltametri siklik dengan laju 50 mV/s
Elektrolisis secara voltametri siklik dengan laju 50 mV/s
69
