Fe-Co-Ni SKRIPSI

PRODUKSI HIDROGEN DARI PEMECAHAN MOLEKUL H2O DALAM MEDIA Aloe vera 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 : Ratih Widyandari NIM 13307141018

PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2017

PRODUKSI HIDROGEN DARI PEMECAHAN MOLEKUL H2O DALAM MEDIA Aloe vera DENGAN ELEKTRODA STAINLESS STEEL/Fe-Co-Ni

Oleh : Ratih Widyandari NIM. 13307141018 ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan media Aloe vera pada proses elektrolisis serta mengetahui efektivitas penggunaan elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni untuk produksi pembentukan gas hidrogen. Pemecahan molekul air dapat dipelajari dengan menggunakan voltametri siklik dengan laju penyapuan 50 mV/s yang menghasilkan dua puncak yaitu puncak katoda dan puncak anoda. Pada saat elektrolisis digunakan larutan elektrolit NaHCO3 dengan konsentrasi sebanyak 5 gram per 1 liter air dan penambahan media Aloe vera sebanyak 0-10 gram yang dilarutkan dalam akuabides. Hasil penelitian menunjukkan bahwa: aktivitas katalitik elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni memberikan hasil 12,04% lebih baik apabila dibandingkan dengan penggunaan elektroda stainless steel. Kondisi optimum penggunaan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni terjadi pada pada saat tanpa penambahan Aloe vera dengan energi yang dibutuhkan relatif kecil yakni sebesar 0.083 Volt, sedangkan kondisi optimum penggunaan elektroda stainless steel terjadi pada saat tanpa penambahan Aloe vera dengan energi yang dibutuhkan lebih besar yakni 0.093 Volt. Penambahan media Aloe vera pada proses elektrolisis dapat menyebabkan covering, sehingga laju produksi gas hidrogen menjadi lebih lambat.

Kata Kunci: voltamogram siklik, elektrolisis, elektroda, Aloe vera, covering

ii

PRODUCTION OF HYDROGEN FROM SPLITTING H2O MOLECUL IN Aloe vera MEDIA WITH STAINLESS STEEL/Fe-Co-Ni ELECTRODE

By : Ratih Widyandari NIM. 13307141018

ABSTRACT This research aimed to determine the effect of Aloe vera media addition on the electrolysis process and to determine the effectiveness of the use of stainless steel and stainless steel/Fe-Co-Ni electrodes for the production of hydrogen gas formation. The splitting of water molecules can be studied using cyclic voltammetry methode at sweeping rate of 50 mV/s. Production process of hydrogen gas was done by using electrolysis of NaHCO3 5 gram per liter of solution with addition of 0-10 gram Aloe vera per liter of water. The results showed that: the catalytic activity of stainless steel/Fe-Co-Ni electrodes gives 12.04% better results when compared with the use of stainless steel electrodes. The optimum condition of the used of stainless steel/Fe-Co-Ni electrode occurred at without addition of Aloe vera media with the required energy was relatively small at 0.083 Volt, while the optimum condition of the use of stainless steel electrodes occurs at without addition of Aloe vera media with the required energy was greater at 0.093 Volt. The addition of Aloe vera media to the electrolysis process causes the surface covering, the production rate of hydrogen gas becomes slower. Keywords: cyclic voltamogram, electrolysis, electrode, Aloe vera, covering

iii

iv

v

HALAMAN PERNYATAAN

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya: Nama

: Ratih Widyandari

NIM

: 13307141018

Prodi

: Kimia

Fakultas

: MIPA

Judul

: Produksi Hidrogen dari Pemecahan Molekul H2O dalam Media Aloe vera 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, Juni 2017 Yang menyatakan,

Ratih Widyandari NIM. 13307141018

vi

MOTTO

َّ ‫اَل تاحزا ن‬ ‫إن الَلاا ام اعناا‬ Don't be sad, indeed Allah is with us. (QS. At-Taubah: 40)

Jika tidak ada bahu untuk bersandar, masih ada sajadah untuk bersujud ❤

Jangan takut melangkah, sebab tak ada langkah kedua tanpa langkah pertama

Forgive, Yes. Forget, No

vii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Alhamdulillahirabil’alamin, segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan limpahan berkah, rahmat, dan anugerah, sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir Skripsi ini. Tugas Akhir Skripsi ini saya persembahkan untuk: 1. Orang tuaku tercinta, Bapak Rochmadi dan Ibu Sri Wahyuni yang telah memberikan kasih sayang, nasehat, dukungan, serta doa sedari kecil hingga kini. 2. Kakakku

terkasih,

Rani

Ristiyanti

yang

selalu

membantu

dan

memotivasiku. 3. Lathifa Hidayati, Nur Azizah Rahmawati, Abdurrahman Affief dan Wisnu Sutopo mitra kerja satu penelitian. 4. Sahabat terbaikku, Dewa Jati Enggartiasto yang telah menjadi pendonor semangat selama ini. 5. Sahabat-sahabat setiaku, Tifa, Mera, Diska, Ivon, dan Agit yang sudah bertahun-tahun menjadi teman curhat, dan penyemangatku. 6. Sahabat-sahabatku tercinta, Lathifa, Enny, Karlin, Yenni, dan Mei yang selama 4 tahun telah menemani dan memberikan semangat yang tiada henti. 7. Semua teman-teman Kimia B 2013 8. Teman-teman seperjuangan KKN UNY 16ND. 9. Almamaterku tercinta, Universitas Negeri Yogyakarta.

viii

KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT atas berkat dan karunia-Nya, Tugas Akhir Skripsi dalam rangka untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains dengan judul “Produksi Hidrogen dari Pemecahan Molekul H2O dalam Media Aloe vera dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni” dapat disusun sesuai dengan harapan. Tugas Akhir Skripsi ini dapat diselesaikan tidak lepas dari bantuan dan kerjasama dengan pihak lain. Berkenaan dengan hal terssebut, penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada yang terhormat: 1.

Dr. Hartono selaku Dekan FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta yang memberikan persetujuan pelaksanaan Tugas Akhir Skripsi.

2.

Drs. Jaslin Ikhsan, M. App. Sc., Ph.D Drs. selaku Ketua Jurusan dan Ketua Program Sudi Kimia beserta dosen dan staf yang telah memberikan bantuan dan fasilitas selama proses penyusunan pra proposal sampai dengan terselesainya Tugas Akhir Skripsi ini.

3.

Drs. Heru Pratomo Aloysius, M.Si. selaku Dosen Pembimbing Utama yang telah banyak memberikan kritikan dan bimbingan selama penyusunan Tugas Akhir Skripsi.

4.

Prof. Dr. Endang Widjajanti FLX selaku Penguji Utama yang telah memberikan saran dan koreksi perbaikan secara komprehensif terhadap Tugas Akhir Skripsi.

5.

Dr. Isana Supiah Yosephine Louise, M.Si. selaku Penguji Pendamping yang telah memberikan saran, kritikan dan perbaikan terhadap Tugas Akhir Skripsi.

ix

6.

Keluarga dan sahabat yang senantiasa mendoakan dan memberikan semangat dalam 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 menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena

itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amiiin.

Yogyakarta, 8 Juni 2017

Penulis

x

DAFTAR ISI Table of Contents HALAMAN SAMPUL............................................................................................i ABSTRAK ............................................................................................................. ii ABSTRACT .......................................................................................................... iii HALAMAN PERSETUJUAN ............................ 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 Masalah ......................................................................... 1 B. Identifikasi Masalah ............................................................................... 4 C. Pembatasan Masalah............................................................................... 4 D. Perumusan Masalah ................................................................................ 5 E. Tujuan Penelitian .................................................................................... 5 F. Manfaat Penelitian .................................................................................. 6 BAB II KAJIAN PUSTAKA ................................................................................ 7 A. Deskripsi Teori ....................................................................................... 7 1. Gas Hidrogen ..................................................................................... 7 2. Elektrolisis ......................................................................................... 8 3. Elektroda Stainless Steel dan Stainless Steel/Fe-Co-Ni ................... 11 4. Metode elektrodeposisi .................................................................... 14 5. Voltameter eDAQ EChem ............................................................... 17 6. Difraksi Sinar-X (XRD)................................................................... 19 7. SEM-EDX ........................................................................................ 20 8. Lidah Buaya (Aloe vera) .................................................................. 22 B. Penelitian Yang Relevan ...................................................................... 24 C. Kerangka Berfikir ................................................................................. 26 BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 29 A. Subjek dan Objek Penelitian................................................................. 29

xi

B. C. D.

E.

1. Subjek .............................................................................................. 29 2. Objek ................................................................................................ 29 Variabel Penelitian ............................................................................... 29 Alat dan Bahan Penelitian .................................................................... 30 Prosedur Penelitian ............................................................................... 31 1. Preparasi media Aloe vera ............................................................... 31 2. Elektrodeposisi Stainless Steel/Fe-Co-Ni ........................................ 31 3. Elektrolisis H2O ............................................................................... 31 Teknik Pengambilan Data .................................................................... 33

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN................................... 34 A. Elektrodeposisi Logam Fe-Co-Ni pada Substrat Stainless Steel .......... 34 B. Karakteristik Elektroda Stainless Steel dan Stainless Steel/Fe-Co-Ni.. 37 1. Karakterisasi Voltametri Linear....................................................... 37 2. Karakterisasi XRD ........................................................................... 38 3. Karakterisasi SEM-EDX.................................................................. 40 C. Elektrolisis H2O dengan Elektroda Stainless Steel ............................... 42 D. Elektrolisis H2O dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni .............. 48 E. Kondisi Optimum Elektrolisis H2O dengan Elektroda Stainless Steel dan Stainless Steel/Fe-Co-Ni ................................................................ 52 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 55 A. Kesimpulan ........................................................................................... 55 B. Saran ..................................................................................................... 55 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 57 LAMPIRAN ......................................................................................................... 61

xii

DAFTAR TABEL Tabel 1. Perbandingan Kalor................................................................................... 8 Tabel 2. Potensial Lebih dari Beberapa Jenis Zat ................................................. 10 Tabel 3. Kandungan Logam Stainless Steel Tipe S-430 ....................................... 13 Tabel 4. Komponen Aloe vera .............................................................................. 23 Tabel 5. Karakteristik Tanaman Aloe barbadensis Miller .................................... 24 Tabel 6. Variasi Konsentrasi Aloe vera................................................................. 32 Tabel 7. Data Kadar Logam Fe, Co, dan Ni Hasil Karakterisasi SEM-EDX ....... 42 Tabel 8. Kondisi Optimum Proses Elektrolisis dengan Elektroda Stainless Steel dan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni .................................................. 54 Tabel 9. Hasil Pengujian Voltametri Siklik dengan Elektroda Stainless Steel ..... 68 Tabel 10. Hasil Pengujian Voltametri Siklik dengan Elektroda Stainless Steel/FeCo-Ni ..................................................................................................................... 68

xiii

DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Pembentukan Gas Oksigen dan Hidrogen dalam Elektrolisis .............. 9 Gambar 2. Rangkaian Alat Elektrodeposisi ......................................................... 15 Gambar 3. Kurva Voltamogram Siklik yang Menunjukkan Puncak Arus Katoda dan Puncak Arus Anoda. .................................................................... 18 Gambar 4. Kurva Fungsi Potensial dengan Waktu dan Voltamogram Linear ..... 19 Gambar 5. Hamburan Sinar-X pada Kristal ......................................................... 20 Gambar 6. Interaksi Elektron dan Sampel ........................................................... 21 Gambar 7. Tanaman Aloe barbadensis Miller ..................................................... 24 Gambar 8. Voltamogram Linear Metode Elektrodeposisi ................................... 36 Gambar 9. Karakterisasi Voltamogram Linear (a) Elektroda Stainless Steel dan (b) Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni .............................................. 37 Gambar 10. Hasil Karakterisasi XRD Elektroda Stainless Steel dan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni .................................................................... 39 Gambar 11. Hasil Karakterisasi SEM-EDX Elektroda Stainless Steel ................. 41 Gambar 12. Hasil Karakterisasi SEM-EDX Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni. 41 Gambar 13. Voltamogram Siklis Elektrolisis Air Menggunakan Elektroda Stainless Steel dengan Media Serbuk Aloe vera Sebanyak (a) 0 gram, (b) 1 gram, (c) 2 gram, (d) 3 gram, (e) 4 gram, (f) 5 gram, (g) 6 gram, (h) 7 gram, (i) 8 gram, (j) 9 gram, dan (k) 10 gram per liter air ......... 45 Gambar 14. Grafik Perbandingan Efisiensi Produksi Gas Hidrogen dan Overpotential Menggunakan Elektroda Stainless Steel ..................... 46 Gambar 15. Voltamogram Siklis Elektrolisis Air Menggunakan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni dengan Media Serbuk Aloe vera Sebanyak (a) 0 gram, (b) 1 gram, (c) 2 gram, (d) 3 gram, (e) 4 gram, (f) 5 gram, (g) 6 gram, (h) 7 gram, (i) 8 gram, (j) 9 gram, dan (k) 10 gram prel liter air ................................................................................................ 50 Gambar 16. Grafik Perbandingan Efisiensi Produksi Gas Hidrogen dan Overpotential Menggunakan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni .... 51 Gambar 17. Grafik Efisiensi Energi Gas Hidrogen .............................................. 53

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Diagram Alir Proses ........................................................................ 61 Lampiran 2. Hasil Karakterisasi Difraksi X-Ray (XRD) ..................................... 65 Lampiran 3. Hasil Karakterisasi Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni Menggunakan SEM-EDX ................................................................ 67 Lampiran 4. Hasil Uji Voltametri Siklik dengan Elektroda Stainless Steel dan Eleketroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni ................................................ 68

xv

BAB I PENDAHULUAN A.

Latar Belakang Masalah Energi merupakan salah satu komponen yang paling penting bagi makhluk

hidup. Kebutuhan energi akan terus meningkat seiring dengan pertumbuhan zaman, karena energi merupakan salah satu kebutuhan dasar untuk memenuhi kelangsungan hidup manusia. Sebagian besar pemenuhan kebutuhan energi masih tergantung pada energi fosil seperti minyak bumi, sedangkan cadangan energi di dalam bumi semakin lama akan berkurang dan semakin habis. Penggunaan energi fosil atau minyak bumi sebenarnya sudah menjadi andalan untuk memenuhi kebutuhan energi di seluruh sektor kegiatan. Hal tersebut berdampak pada cadangan energi yang tentu saja akan semakin habis baik jumlah maupun cadangannya. Ketersediaan minyak bumi sangat terbatas serta membutuhkan waktu yang cukup lama dalam pengolahannya. Oleh karena itu minyak bumi merupakan salah satu sumber energi yang tidak dapat diperbaharui atau bersifat tak terbarukan (non renewable energy sources). Ketersediaan energi minyak bumi setiap tahunnya akan mengalami penurunan seiring meningkatnya pertumbuhan penduduk di Indonesia. Menurut Ariyanti (2014) konsumsi minyak bumi di Indonesia terus mengalami peningkatan sekitar 3,5% setiap tahunnya. Oleh karena itu pemanfaatan sumber energi terbarukan perlu dikembangkan untuk penyedia energi yang berkelanjutan. Sampai saat ini sumber energi terbarukan belum sepenuhnya dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan energi bagi kelangsungan hidup manusia. Pemanfaatan energi terbarukan (EBT) pada tahun 2015 hanya sekitar 7,5% terhadap total penyediaan energi (Sugiyono et. al., 2016: 69). 1

Indonesia mempunyai sumber energi bahan bakar alternatif yang melimpah. Salah satu bahan bakar alternatif yang dapat diperbaharui adalah hidrogen. Hidrogen tergolong bahan bakar alternatif karena hasil pembakaran gas hidrogen menghasilkan energi yang cukup besar. Oleh karena itu hidrogen sangat potensial sebagai energi yang mendukung penciptaaan lingkungan karena dapat menghasilkan pembakaran yang efisien dan bersih sehingga merupakan bahan bakar yang ramah lingkungan. Hidrogen bukan merupakan sumber energi (energy source) melainkan pembawa energi (energy carrier), artinya hidrogen harus diproduksi dan tidak tersedia bebas di alam. Salah satu metode yang sederhana untuk memproduksi gas hidrogen adalah metode elektrolisis. Metode elektrolisis ini sangat mungkin dilakukan karena selain aman, metode ini juga mudah untuk dilakukan. Elektrolisis merupakan proses penguraian air untuk menghasilkan oksigen dan hidrogen dengan cara pengaliran arus listrik melalui katoda dan anoda yang tercelup di dalam air. Gas hidrogen akan terkumpul di katoda yaitu elektroda yang terhubung arus negatif sedangkan gas oksigen akan terkumpul di anoda, yaitu elektroda yang terhubung arus positif. Elektroda merupakan salah satu komponen penting dalam proses elektrolisis. Elektroda yang digunakan harus memiliki ketahanan anti korosi sehingga tidak mudah rusak apabila digunakan saat elektrolisis. Salah satu jenis elektroda yang dapat digunakan dalam proses elektrolisis adalah stainless steel. Jenis logam stainless steel yang digunakan sebagai elektroda dalam penelitian ini yaitu stainless steel tipe S-430. Pemilihan logam stainless steel tipe S-430 ini sebagai elektroda karena stainless steel memiliki sifat tahan korosi yang cukup tinggi. Penggunaan

2

elektroda stainless steel dapat ditingkatkan efektifitasnya agar lebih maksimal melalui teknik pelapisan logam Fe, Co, dan Ni. Modifikasi elektrolisis air dapat meliputi penambahan zat terlarut yang bersifat elektrolit, dapat berupa asam, basa atau garam (Isana, 2010). Elektrolit yang digunakan dalam penelitian ini adalah garam NaHCO3 yang dilarutkan dalam akuabides. Adanya elektrolit akan meningkatkan konduktifitas listrik karena pada saat proses elektrolisis dapat menurunkan energi yang dibutuhkan, sehingga laju reaksi pemecahan molekul air menjadi lebih cepat (Marlina et. al., 2013: 54). Penelitian ini juga memanfaatkan tanaman lidah buaya (Aloe vera) sebagai media dalam proses elektrolisis. Aloe vera yang digunakan dalam penelitian ini yaitu berjenis Aloe barbadensis Miller. Pemilihan Aloe barbadensis Miller sebagai media dalam proses eletrolisis karena merupakan salah satu jenis tanaman lidah buaya yang banyak tumbuh di Indonesia serta merupakan tanaman hias yang sangat mudah ditemukan, baik di lingkungan rumah atau di luar lingkungan. Selain itu di dalam Aloe vera terdapat kandungan zat aktif yaitu senyawa alkaloid (Willer, et. al., 1978 :71), terpenoid, dan flavonoid (Cowman, 1999: 564). Senyawa alkaloid merupakan senyawa yang bersifat basa (Lenny, 2006: 23). Menurut (Rashid, et. al., (2015: 81), sifat asam atau basa dapat meningkatkan konduktivitas pada saat pemecahan molekul air. Berdasarkan uraian tersebut, maka dilakukan penelitian elektrolisis dengan penambahan media Aloe vera yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan mediator terhadap produksi gas hidrogen dan diharapkan mampu meningkatkan laju pemecahan molekul air pada saat proses elektrolisis.

3

B.

Identifikasi Masalah Berdasarkan latar belakang masalah di atas, dapat diidentifikasi permasalahan

sebagai berikut: 1.

Penggunaan bahan bakar yang ramah lingkungan belum sepenuhnya dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan energi.

2.

Jenis logam untuk melapisi elektroda stainless steel.

3.

Metode yang digunakan untuk pembuatan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni.

4.

Jenis dan variasi konsentrasi media yang digunakan dalam proses elektrolisis.

5.

Elektrolit yang digunakan dalam proses elektrolisis

6.

Efisiensi evolusi gas hidrogen.

C.

Pembatasan Masalah Berikut batasan masalah yang didasarkan pada identifikasi masalah di atas

agar penelitian yang dilakukan efektif: 1.

Gas hidrogen merupakan salah satu bahan bakar yang ramah lingkungan.

2.

Jenis logam untuk melapisi elektroda stainless steel yaitu logam terner Fe,Co, dan Ni

3.

Metode yang digunakan untuk pembuatan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni adalah metode elektrodeposisi.

4.

Media yang digunakan yaitu serbuk Aloe vera dengan variasi konsentrasi 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 10 gram per liter.

5.

Elektrolit yang digunakan yaitu larutan NaHCO3 dengan konsentrasi 5 gram per liter.

4

6.

Efisiensi produksi gas hidrogen adalah kuantitas gas hidrogen yang dihasilkan dalam media dan tanpa media Aloe vera dibandingkan dengan elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni yang dihasilkan.

D.

Perumusan Masalah Berdasarkan identifikasi masalah dan batasan masalah di atas, maka dapat

dirumuskan masalah sebagai berikut: 1.

Bagaimana pengaruh media Aloe vera pada proses elektrolisis menggunakan elektroda stainless steel?

2.

Bagaimana pengaruh media Aloe vera pada proses elektrolisis menggunakan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni?

3.

Bagaimana efektivitas penggunaan elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni untuk produksi gas hidrogen saat proses elektrolisis?

E.

Tujuan Penelitian Berdasarkan latar belakang dan rumusan masalah di atas, penelitian ini

bertujuan: 1.

Mengetahui pengaruh media Aloe vera pada proses elektrolisis menggunakan elektroda stainless steel.

2.

Mengetahui pengaruh media Aloe vera pada proses elektrolisis menggunakan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni

3.

Mengetahui efektivitas penggunaan elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni untuk produksi gas hidrogen saat proses elektrolisis

5

F.

Manfaat Penelitian Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1.

Memberi informasi mengenai prosedur pembuatan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni secara elektrodeposisi.

2.

Memberi informasi mengenai karakterisasi elektroda stainless steel/Fe-CoNi.

3.

Memberikan informasi mengenai efektivitas penggunaan elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni dalam untuk produksi gas hidrogen saat proses elektrolisis

6

BAB II KAJIAN PUSTAKA

A.

Deskripsi Teori

1.

Gas Hidrogen Hidrogen merupakan salah satu unsur yang paling sederhana karena hanya

memiliki memiliki nomor atom 1 serta Ar= 1,00797 dengan konfigurasi elektron 1s1 dalam tabel periodik. memiliki satu proton dan satu elektron. Menurut Batubara (2012: 4), hidrogen berasal dari bahasa Yunani yaitu hydro yang berarti air dan genes yang berarti pembentukan, sehingga hidrogen dapat disebut sebagai unsur pembentuk air. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan sangat mudah terbakar. Gas hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar yang lebih efektif karena pembakarannya akan menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan dengan bahan bakar lain. Pembakaran hidrogen tidak menghasilkan produk sampingan yang berbahaya, hanya energi ramah lingkungan yang dihasilkan (Dewi, 2011: 5). Menurut Putra (2010: 146), terdapat beberapa keuntungan apabila hidrogen digunakan sebagai bahan bakar, diantaranya yaitu: a.

Pembakaran hidrogen akan membentuk air dan menghasilkan energi.

b.

Pembakaran hidrogen menghasilkan polusi yang tidak berbahaya.

c.

Penggunaan hidrogen dalam mesin kendaraan bermotor akan terbakar lebih efisien dibandingkan dengan bahan bakar lain. Pembakaran hidrogen dapat menghasilkan kalor sebanyak 187 kJ/mol

hidrogen. Hidrogen terbakar menurut persamaan reaksi: H= -286 kJ/mol

H2 (g) + 1⁄2O2 (g) → H2O (l)

7

(1)

Hasil pembakaran gas hidrogen menghasilkan kalor yang cukup besar. Seperti pada Tabel 1 berikut dapat dibandingkan kalor yang dihasilkan oleh hidrogen dengan bahan bakar lain. Tabel 1. Perbandingan Kalor Bahan Bakar

Kalor yang di hasilkan (kJ/gram)

Gas hidrogen Hidrogen cair Gas metan LPG Oktana cair Sumber: Putra, 2010: 145 2.

143 142 55 50 48

Elektrolisis Elektrolisis merupakan suatu metode yang sederhana dengan memanfaatkan

energi listrik untuk menjalankan suatu reaksi kimia. Elektrolisis adalah peristiwa penguraian elektrolit dalam sel elektrolisis oleh arus listrik yang akan diubah menjadi suatu energi kimia (Isana, 2010). Menurut Sebastian & Sitorus (2013:20), elektrolisis air merupakan proses penguraian senyawa air menjadi gas-gas oksigen dan hidrogen dengan menggunakan arus listrik. Hidrogen akan terkumpul di katoda yaitu elektroda negatif dan oksigen akan terkumpul pada anoda yaitu elektroda positif. Proses ionisasi dan pembentukan gas hidrogen dan oksigen pada proses elektrolisis dapat dilihat pada Gambar 1.

8

Gambar 1. Pembentukan Gas Oksigen dan Gas Hidrogen dalam Elektrolisis Sumber: Zeng & Zhang, 2010: 310 Gambar 1 menunjukkan bahwa terjadi proses elektrolisis yang berlangsung ketika dua buah elektroda ditempatkan dalam elektrolit dan arus searah (power DC) dialirkan diantara kedua elektroda tersebut. Molekul H2O akan terpisah menjadi ion-ionnya yaitu ion H+ dan ion OH-. Ion H+ akan tertarik ke kutub katoda yang bermuatan negatif sehingga ion H+ menyatu pada katoda. Atom-atom hidrogen akan membentuk gas hidrogen dalam bentuk gelembung gas pada katoda yang melayang ke permukaan. Hal serupa terjadi pada ion OH- yang menyatu pada anoda kemudian membentuk gas oksigen dalam bentuk gelembung gas katoda (Zeng & Zhang, 2010: 310). Reaksi elektrolisis yang terjadi yaitu: Katoda (reduksi)

: 2 H2O (l) + 2 e- → H2 (g) + 2 OH- (aq)

Anoda (oksidasi)

: 2 OH- (aq) → ½ O2 (g) + H2O (l) + 2 e-

Reaksi Sel

: H2O (l) → H2 (g) + ½ O2 (g)

Proses elektrolisis juga bergantung pada elektroda yang digunakan. Elektroda berperan sebagai tempat berlangsungnya reaksi. Reaksi reduksi berlangsung di katoda, sedangkan reaksi oksidasi berlangsung di anoda. Katoda akan menarik kation yang tereduksi menjadi endapan logam, sedangkan anoda akan menarik anion yang teroksidasi menjadi gas. Oleh sebab itu, salah satu tujuan dari

9

elektrolisis adalah untuk mendapatkan suatu lapisan atau endapan logam di katoda dan gas di anoda. Menurut Putra (2010: 142-143), terdapat dua prinsip dari elektrolisis yaitu beda potensial yang digunakan dan arus yang mengalir melalui sel elektrolisis. Dalam proses elektrolisis diperlukan potensial minimum karena: a.

Adanya beda potensial antara elektroda menyebabkan ion-ion dalam sistem bergerak ke elektroda baik anoda maupun katoda.

b.

Diperlukan potensial tambahan untuk discas ion pada elektrolisis yang disebut potensial lebih (overpotential) Reaksi pada elektroda yang menghasilkan gas memerlukan potensial lebih

yang besar. Menurut Bird (1987: 234), potensial lebih pada elektrogenerasi hidrogen adalah selisih antara beda potensial sebenarnya dan potensial teoritis. Persamaan reaksi dari elektrogenerasi hidrogen pada keadaan standar adalah sebagai berikut (Riyanto, 2013: 18): 2 H2O (l) + 2e- ⇄ H2 (g) + 2 OH- (aq)

E°= -0,828 V

(2)

Potensial lebih dapat dipengaruhi oleh permukaan elektroda maupun konsentrasi elektrolit yang digunakan dalam proses elektrolisis. Potensial lebih pada beberapa jenis gas disajikan pada tabel berikut. Tabel 2. Potensial Lebih dari Beberapa Jenis Zat Gas yang timbul Permukaan elektroda Potensial lebih (Volt) Hidrogen Platina 0,03 Oksigen Platina 0,44 Hidrogen Perak 0,15 Oksigen Perak 0,45 Hidrogen Raksa 0,78 Oksigen Grafit 0,37 Klor Platina 0,70 Sumber: Putra, 2010: 43

10

Hidrogen merupakan molekular berupa gas tidak berwarna, tidak berbau dan paling mudah dibuat melalui reaksi elektrolisis air (Cotton, 1989: 241). Melalui proses elektrolisis air hidrogen dapat dihasilkan, sehingga disebut proses evolusi hidrogen. Reaksi evolusi hidrogen terjadi secara terbatas dan didasarkan atas desorpsi molekul pada permukaan katoda (Astuti, 2016: 8). Pemecahan molekul air melibatkan reaksi adsorpsi dan desorpsi H+. Mekanisme yang terjadi adalah sebagai berikut: Pembentukan hidrogen teradsorpsi H+ + e- → Hads

(3)

Selanjutnya diikuti dengan desorpsi kimia 2 Hads → H2

(4)

Atau desorpsi elektrokimia H+ + e- + Hads → H2

(5)

Reaksi (3) merupakan tahap adsorpsi hidrogen. Penggunaan elektroda yang berlubang-lubang atau berpori akan membuat lebih banyak hidrogen yang teradsorp pada saat proses elektrolisis. Pada reaksi (4) dan (5) merupakan tahap desorpsi hidrogen. Penggunaan elektroda dengan permukaan yang kasar akan meningkatkan reaksi kimia dan mengurangi gelembung sehingga akan meningkatkan laju elektrolisis. Pembentukan hidrogen juga dipengaruhi oleh jenis elektroda, konsentrasi elektrolit serta suhu reaksi (Zeng & Zhang, 2010: 314). 3.

Elektroda Stainless Steel dan Stainless Steel/Fe-Co-Ni Elektroda sangat berperan penting dalam proses elektrolisis. Terdapat dua

elektroda yang digunakan, yaitu katoda dan anoda. Katoda merupakan elektroda yang bermuatan positif sedangkan anoda merupakan elektroda yang bermuatan

11

negatif. Elektroda merupakan konduktor yang digunakan untuk bersentuhan dengan bagian atau media non-logam dari sebuah sirkuit. Menururt Marlina et. al., (2013: 54), elektroda merupakan salah satu komponen yang sangat penting pada proses elektrolisis air yaitu sebagai penghantar arus listrik dari sumber tegangan ke air yang akan dielektrolisis. Pada proses elektrolisis, elektroda yang sering digunakan yaitu terbuat dari logam golongan mulia karena bersifat tahan korosi. Akan tetapi penggunaan elektroda logam mulia ini kurang menguntungkan karena memakan biaya yang cukup mahal. Sehingga dipilih elektroda yang mudah didapatkan dan harganya lebih ekonomis serta sifat dan fungsinya tidak memiliki perbedaan yang cukup jauh. Salah satu elektroda yang dapat digunakan sebagai pengganti elektroda logam mulia yaitu logam stainles steel. Stainless steel merupakan paduan beberapa unsur logam yang mempunyai sifat tahan korosi yang cukup tinggi dan tahan terhadap oksidasi. Menurut AK Steel (2007), sifat tahan korosi stainless steel diperoleh karena adanya kandungan unsur kromium yang tinggi yaitu berkisar antara 16% - 18% sehingga memiliki ketahanan korosi yang relatif tinggi. Logam stainless steel yang digunakan dalam penelitian ini adalah stainless steel tipe S-430. Stainless steel tipe S-430 ini menggabungkan sifat antara tahan korosi dan panas, serta tahan reaksi oksidasi di atas temperatur 1500°F (816°C). Kandungan logam stainless steel tipe S-430 dapat dilihat pada Tabel 3.

12

Tabel 3. Kandungan Logam Stainless Steel Tipe S-430 Kandungan Persentase (%) Karbon 0,12 Mangan 1 Fosfor 0,04 Sulfur 0,03 Silikon 1 Kromium 16-18 Nikel 0,5 Sumber: AK Steel, 2007 Menurut Ceper (2016), logam stainless steel mempunyai beberapa karakteristik sebagai berikut: a.

Kandungan kromium tinggi Stainless steel memiliki kandungan kromium minimal 10.5%. Kandungan unsur chromium yang menyebabkan stainless steel tahan terhadap korosi dan oksidasi.

b.

Tahan korosi Stainless steel memiliki sifat tahan korosi secara alami yang diperoleh dari adanya kandungan kromium yang tinggi. Stainless steel memiliki lapisan oksida yang stabil pada permukaannya sehingga tahan terhadap pengaruh oksigen. Lapisan oksida ini bersifat self-healing atau penyembuhan diri, dalam artian akan tetap utuh meskipun permukaan benda dipotong atau dirusak.

c.

Tampilan menarik Karakteristik dari stainless steel yaitu memiliki warna perak mengkilap yang tampak lebih menarik sehingga sering digunakan untuk peralatan pada berbagai bidang kehidupan manusia.

13

Logam stainless steel dapat digunakan sebagai elektroda dalam proses elektrolisis, akan tetapi aktivitas katalitiknya perlu dioptimalkan. Oleh sebab itu perlu adanya peningkatan efektifitas katalitiknya dengan cara teknik pelapisan. Teknik pelapisan dapat dilakukan dengan logam yang bersifat katalitik, seperti logam Fe, Co, dan Ni yang masing-masing memiliki nomor atom 26, 27, dan 28 yang terletak pada golongan 8, 9, dan 10 dalam tabel periodik unsur (Isana et. al. (2012). Menurut Isana (2014), logam Fe, Co, dan Ni memiliki ukuran dan harga potensial yang tidak berbeda jauh sehingga memungkinkan terjadinya kompetisi ketat antara ketiga logam untuk menempel pada substrat stainless steel. Hasil penelitian tersebut menyatakan bahwa elektoda stainless steel/Fe-Co-Ni menunjukkan aktivitas katalitik yang lebih baik sebagai elektroda dalam proses elektrolisis. 4.

Metode elektrodeposisi Metode elektrodeposisi merupakan proses pengendapan logam pada

elektroda dengan memanfaatkan reaksi elektrokimia. Arus listrik dialirkan ke anoda inert melalui elektrolit yang mengandung ion logam, sehingga logam tersebut mengendap dalam bentuk murninya di katoda (Ariyanti & Rohmatika, 2013: 8). Metode elektrodeposisi pada dasarnya merupakan elektroplating yaitu proses pengendapan secara elektrokimia. Menurut Ahmad (2011: 12), elektroplating merupakan suatu proses pengendapan zat atau ion-ion logam pada katoda melalui proses elektrolisis. Terjadinya proses pengendapan pada katoda disebabkan oleh adanya pemindahan ion-ion bermuatan listrik dari anoda dengan perantara larutan elektrolit, yang terjadi secara terus menerus pada tegangan konstan dan pada akhirnya ion-ion tersebut akan mengendap dan menempel kuat membentuk lapisan

14

permukaan benda logam. Berikut ini rangkaian alat elektrodeposisi ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Rangkaian Alat Elektrodeposisi Sumber: Pasa & Munford, 2006: 823

Prinsip dasar dari proses elektrodeposisi yaitu pembentukan lapisan atau endapan logam pada katoda dengan menggunakan bantuan energi listrik melalui suatu elektrolit (Yanlinastuti et. al., 2009: 175). Proses elektrodeposisi melibatkan transfer elektron ke katoda, dengan mengukur arus dalam sel elektrokimia. Menururt Pasa & Munford (2006: 824), pada reaksi, ion logam M+ mereduksi logam M dengan cara melepaskan elektron n. Reaksi yang terjadi pada elektroda kerja dalam larutann elektrolit adalah reaksi reduksi dari logam (M). Mn+ + ne- → M

(6)

Menurut Manurung (2010: 3-5), terdapat unsur-unsur pokok dalam proses elektrodeposisi diantaranya: a.

Rectifier Arus listrik yang digunakan pada proses elektroeposisi maupun elektroplating adalah arus searah atau DC (direct current). Arus listrik berfungsi sebagai sumber daya penghantar untuk menarik ion-ion positif dari anoda. Untuk mendapatkan arus listrik tersebut digunakan rectifier dimana

15

arus yang dikeluarkan bersifat arus searah, tegangannya konstan dan besar arus yang mengalir dapat divariasikan. b.

Larutan elektrolit Elektrolit merupakan suatu zat yang akan terurai menjadi ion-ion positif atau negatif bila dilarutkan di dalam air dan bersifat penghantar listrik. Ion positif akan tertarik menuju elektroda negatif yaitu katoda, sedangkan ion negatif akan menuju elektroda positif yaitu anoda.

c.

Anoda Anoda adalah suatu elektroda yang bermuatan positif dalam larutan elektrolit. Fungsi dari anoda adalah sebagai sumber bahan baku yang akan dibawa melalui elektrolit kepada permukaan katoda. Anoda biasanya dipilih dari logam murni yaitu untuk menjamin kebersihan elektrolit pada saat proses elektrodeposisi. Adanya arus listrik menyebabkan pelepasan ion-ion logam dan oksigen (reduksi) di anoda, selanjutnya ion-ion logam tersebut diendapkan pada katoda.

d.

Katoda Katoda adalah elektroda negatif dalam larutan elektrolit dimana pada katoda ini terjadi penempelan ion-ion yang tereduksi dari anoda. Katoda bertindak sebagai logam yang akan dilapisi atau produk yang bersifat menerima ion. Menurut Yanlinastuti et. al. (2009: 175) terdapat beberapa faktor yang perlu

diperhatikan dalam metode elektrodeposisi yaitu: a.

Bahan elektroda

b.

Larutan elektrolit yang digunakan

16

c.

Faktor-faktor fisik seperti arus, waktu dan konsentrasi. Metode elektrodeposisi yang dilakukan dalam penelitian ini yaitu pelapisan

pada substrat stainless steel menggunakan tiga jenis logam yaitu Fe, Co, dan Ni. Pemilihan logam Fe, Co, dan Ni bertujuan untuk meningkatkan aktivitas katalitik sehingga mampu memecah molekul air dan menghasilkan gas hidrogen lebih efektif. 5.

Voltameter eDAQ EChem Voltameter eDAQ EChem merupakan salah satu software yang digunakan

untuk mengukur voltametri elektroda. Secara umum EChem merupakan program yang disediakan khusus untuk metode voltametrik dan amperometrik. Pada penggunaannya, Echem dihubungkan dengan potensiostat sehingga arus yang dihasilkan akan direkam oleh komputer secara langsung (eDAQ Pty Ltd, 2017). Aplikasi voltametri ini mendukung beberapa teknik elektrokimia diantaranya adalah sebagai berikut (Andriani, 2007: 17): a.

Linear Sweep Voltammetry (LSV)

b.

Normal Pulse Voltammetry (NPV)

c.

Square Wave Voltammetry (SWV)

d.

Differential Pulse Voltammetry (DPV)

e.

Cyclic Voltammetry (CV) Voltametri adalah metode elektrokimia dimana arus dan potensial yang

diamati. Voltametri berasal dari kata Volt-Amperro-Metry. Kata Volt merujuk pada potensial, Amperro merujuk pada arus, dan Metry merujuk pada pengukuran. Sehingga dapat diartikan bahwa voltametri adalah pemberian potensial pada elektroda kerja dan arus yang timbul dari hasil reaksi diukur. Timbulnya arus

17

disebabkan karena terjadinya reaksi oksidasi-reduksi pada permukaan elektroda (Apriliani, 2009: 9). Metode voltametri merupakan salah satu metode elektrokimia yang didasarkan pada prinsip pengukuran arus dan ptensial yang diberikan sehingga akan memberikan suatu bentuk kurva voltamogram (Kasidi, 2007). Metode ini merupakan metode elektroanalisis dimana informasi tentang analit diperoleh dari pengukuran arus fungsi potensial. Teknik pengukuran metode ini dilakukan dengan menerapkan suatu potensial ke dalam sel elektrokimia, kemudian mengukur respon arus yang dihasilkan dari proses reaksi redoks. Respon arus diukur pada daerah potensial yang telah ditentukan dan kemudian dibuat plot arus fungsi potensial yang disebut voltamogram siklik (Puranto & Imawan, 2010: 21).

Gambar 3. Kurva Voltamogram Siklik yang Menunjukkan Puncak Arus Katoda dan Puncak Arus Anoda. Berdasarkan voltamogram siklik didapatkan beberapa nilai parameter penting seperti potensial puncak anoda (Epa), potensial puncak katoda (Epc), puncak arus anoda (ipa) serta puncak arus katoda (ipc) (Riyanto, 2013: 94). Selain voltamogram siklik, terdapat juga voltamogram linear atau Linear Sweep Voltametry. Menurut University of Cambridge (2015), voltamogram linear merupakan analisis voltametri yang berkaitan dengan potensial yang dibuat sebanding dengan waktu. Sehingga

18

diperoleh arus yang dihasilkan oleh elektroda kerja berupa garis linier antara potensial dan arus, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Kurva Fungsi Potensial dengan Waktu dan Voltamogram Linear 6.

Difraksi Sinar-X (XRD) X-ray diffraction (XRD) atau difraksi sinar X merupakan alat untuk

mengetahui indeks bidang ataupun karakteristik struktur kristal yang terdapat dari berbagai macam bahan dengan memanfaatkan hamburan sinar-X (Rahman & Toifur, 2016: 5). Selain itu juga digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material (Nelson, 2014). XRD juga dapat memberikan data kualitatif dan semi kuantitatif pada padatan atau sampel (Rylan, 1958: 80). Seberkas sinar monokromatik ditembakkan pada permukaan material, maka atom-atom dalam kristal akan menyerap energi danmenghamburkan kembali sinar ke segala arah. Berkas sinar yang dihamburkan oleh atom yang sefasa akan terjadi interferensi saling menguatkan, tetapi apabila tidak sefasa maka akan saling menghilangkan. Pemantulan dan interferensi bergabung menjadi difraksi. Difraksi akan saling menguatkan jika terpenuhi persamaan Bragg 2d sin θ = nλ (Rahman & Toifur, 2016: 6).

19

Gambar 5. Hamburan Sinar-X pada Kristal Sumber: Rahman & Toifur, 2016: 6 Difraksi sinar-X terjadi apabila suatu berkas elektron bebas berenergi kinetik tinggi menumbuk logam yang merupakan sumber sinar dengan daya tembus yang besar. Kemudian elektron-elektron inilah akan menimbulkan pancaran sinar-X, sehingga puncak-puncak akan muncul atau terlihat dari suatu bahan yang ditembakkan (Rahman & Toifur, 2016: 6). Difraksi sinar-X merupakan salah satu metode yang sangat penting untuk mengkarakterisasi struktur kristal material. Selain itu, difraksi sinar-X juga dapat digunakan untuk beberapa hal, diantaranya adalah sebagai berikut (Nelson, 2014): a.

Pengukuran jarak rata-rata antara lapisan atau baris atom

b.

Penentuan kristal tunggal

c.

Penentuan struktur kristal dari material yang tidak diketahui

d.

Mengukur bentuk, ukuran, dan tegangan dalam dari kristal kecil

7.

SEM-EDX SEM (Scanning Electron Microscope) merupakan instrumen yang digunakan

untuk mengetahui struktur atau sifat permukaan material.

Prinsip dasar dari

instrumen ini adalah terjadinya interaksi antara elektron dengan sampel yang dianalisis (Abed et. al., 2012: 720). Analisis SEM bermanfaat untuk mengetahui

20

mikrostruktur, termasuk porositas dan bentuk retakan suatu material (Gunawan dan Azhari, 2011: 7-9). Berikut ini gambaran umum interaksi antara elektron dengan sampel dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6. Interaksi Elektron dan Sampel Sumber: Sujatno et. al., 2015: 46 Gambar 6 menunjukkan bahwa ketika berkas elektron ditembakkan pada permukaan sampel, terjadi interaksi elektron dengan atom-atom di permukaan maupun di bawah permukaan sampel. Akibat interaksi tersebut sebagian besar berkas elektron berhasil keluar kembali, elektron-elektron tersebut disebut sebagai Backscattered Electrons (BSE). Sebagian kecil elektron masuk ke dalam bahan kemudian memindahkan sebagian besar energi pada elektron atom sehingga terpental ke luar permukaan bahan, elektron tersebut disebut Secondary Electrons (SE) (Sujatno et. al., 2015: 46-47). Radiasi yang dipancarkan selama interaksi meliputi elektron sekunder, backscattered electron dan komponen tambahan seperti cahaya tampak, elektron auger, dan sinar-X (Sutton et. al., 2007: 776). Pembentukan elektron-elektron sekunder selalu diikuti proses munculnya Xray, sehingga dapat digunakan untuk mengukur kandungan elemen yang ada di

21

dalam bahan yang diteliti untuk mengetahui morfologi permukaan sampel (Sujatno et. al., 2015: 46-47). 8.

Lidah Buaya (Aloe vera) Aloe vera atau biasa disebut dengan lidah buaya ini merupakan sejenis

tanaman yang sudah ada sejak ribuan tahun silam dan sering digunakan untuk penyembuh luka, perawatan kulit dan digunakan sebagai obat. Menurut Furnawanthi (2007: 5), lidah buaya termasuk dalam kelompok tanaman CAM (Crassulacean Acid Metabolism) dengan sifat tahan kekeringan. Dalam kondisi gelap terutama malam hari, stomata atau mulut daun membuka sehingga uap air dapat masuk. Pada malam hari udaranya dingin dan uap air tersebut berbentuk embun. Stomata yang membuka pada malam hari memberi keuntungan, yakni tidak akan terjadi penguapan air daru tubuh tanaman sehingga air yang berada di dalam tubuh daun dapat dipertahankan. Sehingga tanaman lidah buaya mampu bertahan dalam kondisi apapun, termasuk kondisi kering. Semua tanaman kaya akan berbagai metabolit sekunder, seperti tanin, terpenoid, alkaloid, dan flavonoid (Cowman, 199: 564). Tanaman lidah buaya juga termasuk tanaman yang mengandung senyawa alkaloid (Willer, 1978: 73). Alkaloid merupakan senyawa tidak berwarna, akan tetapi beberapa senyawa kompleks spesies aromatik berwarna. Alkaloid merupakan senyawa organik yang bersifat basa yang disebabkan oleh adanya atom nitrogen (N) dalam molekul senyawa tersebut. Semua alkaloid mengandung paling sedikit satu atom N yang bersifat basa dan sebagian besar atom nitrogen ini merupakan bagian dari cicin heterosiklik. Pada umumnya basa bebas alkaloid hanya larut dalam pelarut organik meskipun beberapa pseudoalakaloida dan protokaloida larut dalam air (Lenny, 2006: 23).

22

Komposisi terbesar yang terdapat dalam gel lidah buaya adalah air, yaitu 99%, asam amino, protein dan karbohidrat (Bhuvana et. al., 2014 :678). Beberapa komponen lain dari Aloe vera dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Komponen Aloe vera Senyawa Anorganik

Vitamin B1 B2 B6 Kolin Asam Folat Asam Asorbat

Kalsium (Ca) Natrium (Na) Klorin (Cl) Mangan (Mn) Seng (Zn) Kromium (Cr) Tembaga (Cu) Magnesium (Mg) Besi (Fe) Sumber: Bhuvana et. al., 2014: 679

Asam Amino Nonesensial

Asam.Amino Essensial

Histidin Arginin Asam Aspartat Asam Glutamat Hidroksiprolin Prolin Glisin Alanin

Lisin Threonin Valin Leusin Isoleusin Fenilalanin Methionin

Jenis Aloe vera yang digunakan dalam penelitian ini yaitu Aloe barbadensis Miller. Berikut klasifikasi ilmiah dari tanaman Aloe barbadensis Miller menurut Furnawanthi (2007: 10): Dunia

: Plantae

Divisi

: Spermatophyta

Kelas

: Monocotyledoneae

Bangs

: Liliflorae

Suku

: Liliaceae

Marga

: Aloe

Spesies

: Aloe barbadensis Miller

23

Gambar 7. Tanaman Aloe barbadensis Miller Karakteristik dari Aloe barabadensis Miller meliputi batang, bentuk daun, lebar daun, lapisan lilin pada daun, duri, tinggi bunga dan warna bunga dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Karakteristik Tanaman Aloe barbadensis Miller Karakteristik

Aloe barbadensis Miller

Batang Bentuk daun

Tidak terlihat jelas Lebar dibagian bawah, dengan pelepah bagian atas cembung, terdapat bercak putih 6-13 cm Tebal di bagian pinggir daun 25-30 (tinggi tangkai bunga 60-100 cm) Kuning

Lebar daun Lapisan lilin pada daun Duri Tinggi bunga (mm) Warna bunga Sumber: Furnawanthi, 2007: 9 B.

Penelitian Yang Relevan Penelitian mengenai produksi gas hidrogen melalui pemecahan molekul air

menggunakan elektroda stainless steel telah dilakukan oleh Isana (2010) yang berjudul Perilaku Sel Elektrolisis Air dengan Elektroda Stainless Steel. Pada penelitian ini dilakukan elektrolisis akuades, air sumur dan larutan soda dengan menggunakan elektroda stainless steel untuk meningkatkan efisiensi produk. Selama proses elektrolisis dilakukan pengamatan terhadap perubahan temperatur

24

dan pH dalam selang waktu tertentu, yang selanjutnya digunakan untuk mempelajari perilaku sel elektrolisis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa masingmasing sel elektrolisis memiliki perilaku yang berbeda-beda. Elektroda stainless steel dapat ditingkatkan efisiensi gas hidrogennya dengan teknik pelapisan (coating) menggunakan logam Fe, Co, dan Ni. Hasil penelitian yang ini dilakukan oleh Isana et. al., (2012) yang berjudul Studies on the Hydrogen Evolution Reaction on the Fe-Co-Ni/Stainless Steel Electrode, memberikan hasil bahwa adanya pelapisan logam Fe, Co, dan Ni mampu meningkatkan aktivitas katalitik elektroda. Paduan logam terner yang digunakan menghasilkan 32,2 kali lebih baik pada produksi gas hidrogen dan 11 kali lebih baik pada produksi gas oksigen dibandingkan dengan menggunakan elektroda stainless steel. Proses elektrolisis H2O dilakukan dengan menggunakan elektrolit NaHCO3. Adanya elektrolit meningkatkan konduktifitas listrik karena pada saat proses elektrolisis dapat menurunkan energi yang dibutuhkan, sehingga laju reaksi pemecahan molekul air menjadi lebih cepat. Jabar & Ibrahim (2013: 68) melakukan penelitian berjudul The Effect of NaHCO3 as Catalys via Electrolysis tentang penggunaan elektrolit NaHCO3 dan NaOH. Hasil yang diperoleh pada penelitian tersebut adalah elektrolit NaHCO3 memiliki kemampuan lebih baik untuk menghasilkan gas hidrogen dibandingkan dengan NaOH. Selain itu dalam penelitian yang telah dilakukan Marlina et. al. (2013: 53-57) yang berjudul Produksi Brown’s Gas Hasil Elektrolisis H2O dengan Katalis NaHCO3, dilakukan variasi penambahan NaHCO3 dalam proses elektrolisis sebesar 5%; 7,5%; 10%; 12,5; dan 15%. Penambahan 12,5% NaHCO3 memberikan hasil prosentase efisiensi yang lebih baik pada produksi gas hidrogen.

25

Penelitian ini juga menggunakan penambahan media berupa serbuk Aloe vera yang berjenis Aloe barbadensis Miller. Pemilihan Aloe vera sebagai media dalam proses elektrolisis karena di dalam Aloe vera terdapat kandungan senyawa alkaloid (Willer, 1978: 73) yang memiliki sifat basa (Lenny, 2006: 23). Menurut (Rashid, et. al., (2015: 81), sifat asam atau basa dapat meningkatkan konduktivitas pada saat pemecahan molekul air. Astuti (2016) dalam penelitiannya yang berjudul Reaksi Evolusi Hidrogen Menggunakan Media Tepung Mocaf dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni, menyebutkan bahwa pada penggunaan elektroda stainless steel aktivitas katalitiknya menurun dengan adanya tepung mocaf dan pada penggunaan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni mengalami peningkatan dengan adanya tepung mocaf. Selain itu Mayssaroh & Isana (2016) melakukan penelitian yang berjudul Elektrolisis H2O Menggunakan Elektrode Stainless Steel dalam Suasana Basa dengan Media Tepung Maizena, menyebutkan bahwa penggunaan elektrode stainless steel pada proses elektrolisis dengan media tepung maizena secara voltametri siklik memberikan hasil kurang baik bila dibandingkan dengan elektrolisis tanpa media tepung maizena. Kondisi optimal proses elektrolisis menggunakan elektrode stainless steel terjadi pada penambahan 1 gram tepung maizena. C.

Kerangka Berfikir Energi merupakan salah satu kebutuhan dasar untuk memenuhi kelangsungan

hidup manusia. Sebagian besar kebutuhan energi masih tergantung dengan energi fosil seperti minyak bumi. Penggunaan energi yang terus menerus menyebabkan ketersediaannya di alam semakin menipis. Oleh karena itu pemanfaatan sumber

26

energi terbarukan perlu dikembangkan untuk penyedia energi yang berkelanjutan. Salah satu sumber energi yang dapat diperbaharui adalah hidrogen. Salah satu cara untuk menghasilkan gas hidrogen adalah dengan metode elektrolisis. Metode elektrolisis yang dilakukan dalam peneletian ini dilengkapi dengan elektroda stainless steel dan stainles steel/Fe-Co-Ni. Elektroda stainles steel/Fe-Co-Ni dibuat dengan teknik pelapisan logam Fe, Co, Ni dengan perbandingan 1:1:1 menggunakan metode elektrodeposisi. Proses elektrodeposisi dilakukan dengan instrument Voltameter eDAQ EChem dengan laju penyapuan 50 mV/s selama 10 menit. Kemudian elektroda stainless steel dan stainless steel/FeCo-Ni dilakukan karakterisasi menggunakan Voltameter eDAQ EChem secara liniaer, XRD dan SEM-EDX. Pada penelitian ini digunakan larutan elektrolit NaHCO3 dengan konsentrasi 5 gram dalam 1 liter larutan. Selain itu digunakan juga mediator berupa serbuk lidah buaya (Aloe vera) dengan variasi konsentrasi 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 10 gram per liter. Aloe vera yang digunakan dalam penelitian ini adalah Aloe barbadensis Miller. Jenis Aloe barbadensis Miller dipilih karena memiliki kandungan zat aktif yaitu alkaloid (Willer, et. al., 1978 :71). Senyawa alkaloid merupakan senyawa yang bersifat basa (Lenny, 2006: 23). Menurut (Rashid, et. al., (2015: 81), sifat asam atau basa dapat meningkatkan konduktivitas pada saat pemecahan molekul air. Konduktivitas larutan bergantung pada jumlah ion dalam larutan elektrolit. Jumlah ion ini akan mempercepat hantaran listrik yang dilaluinya, maka pergerakan ion akan semakin mudah sehingga dapat memepercepat perpindahan elektron. Setiap ion hanya dapat membawa muatan listrik dalam jumlah tertentu, sehingga semakin banyak kandungan ion yang

27

terdapat dalam elektrolit, maka akan semakin tinggi sifat hantaran listrik yang dialirkan. Pada proses elektrolisis dilakukan dengan metode voltametri siklik dengan laju penyapuan 50 mV/s. Kemudian dianalisis untuk mengetahui efisiensi produk dan efisiensi energi gas hidrogen berdasarkan puncak katoda yang dihasilkan dari voltamogram.

28

BAB III METODE PENELITIAN A.

Subjek dan Objek Penelitian

1.

Subjek Subjek dalam penelitian ini adalah elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni.

2.

Objek Objek dari penelitian ini adalah aktivitas elektroda stainless steel dan

stainless steel/Fe-Co-Ni dan efisiensi gas hidrogen dalam pemecahan molekul air.

B.

Variabel Penelitian Variabel dalam penelitian ini meliputi variabel bebas, terikat, dan kontrol

adalah sebagai berikut: 1.

Variabel bebas Variabel bebas dalam penelitian ini adalah variasi komposisi Aloe vera

sebagai media. 2.

Variabel terikat Variabel terikat dalam penelitian ini adalah aktivitas stainless steel dan

stainless steel/Fe-Co-Ni serta efisiensi gas hidrogen yang dihasilkan. 3.

Variabel Kontrol Variabel kontrol dalam penelitian ini adalah laju penyapuan voltameter

sebesar 50 mV/s.

29

C.

Alat dan Bahan Penelitian

1.

Alat yang digunakan dalam penelitian meliputi:

a.

Alat-alat gelas dan ukur,

b.

Tabung elektrolisis,

c.

eDAQ EChem,

2.

Bahan yang digunakan dalam penelitian meliputi:

a.

Elektroda stainless steel tipe 430 dengan ketebalan = 1,2 mm; lebar = 3 mm; dan panjang = 110 mm,

b.

Elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni dengan ketebalan = 1,2 mm; lebar = 3 mm dan panjang = 110 mm,

c.

Lidah buaya,

d.

Asam nitrat,

e.

Aseton,

f.

NaHCO3 p.a,

g.

FeSO4.7H2O p.a,

h.

Co(NO3)2.6H2O p.a,

i.

NiSO4.6H2O p.a,

j.

Sakarin,

k.

NaCl,

l.

NH4Cl,

m.

Akuabides,

n.

Akuades.

30

D.

Prosedur Penelitian

1.

Preparasi media Aloe vera

a.

Tanaman Aloe vera dicuci terlebih dahulu menggunakan air bersih.

b.

Kemudian Aloe vera dipotong menjadi ukuran yang lebih kecil

c.

Aloe vera yang sudah dipotong selanjutnya dijemur di bawah terik matahari dengan tujuan menghilangkan kandungan air.

d.

Setelah Aloe vera kering, selanjutnya dihaluskan menggunakan blender dan kemudian diayak.

2.

Elektrodeposisi Stainless Steel/Fe-Co-Ni Elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni dibuat secara voltametri linear dengan

staninless steel sebagai elektroda kerja, platinum sebagai elektroda kontra, dan Ag/AgCl sebagai elektroda pembanding. a.

Membuat larutan Fe2+, Co2+, dan Ni2+ dengan perbandingan mol sebesar 1:1:1.

b.

Larutan Fe2+, Co2+, dan Ni2+ dibuat dengan menyiapkan larutan FeSO4 dari padatan kristal FeSO4.7H2O, larutan Co(NO3)2 dari padatan kristal Co(NO3)2.6H2O, dan larutan NiSO4 dari padatan kristal NiSO4.6H2O dengan konsentrasi masing-masing larutan sebesar 0,01 M.

c.

Dilakukan elektrodeposisi menggunakan eDAQ EChem dengan laju penyapuan sebesar 50 mV/s selama 10 menit.

3.

Elektrolisis H2O Elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni digunakan sebagai

elektroda kerja dalam proses elektrolisis air.

31

a.

Larutan elektrolit disiapkan dengan menggunakan NaHCO3 sebanyak 5 gram per 1 liter air.

b.

Dilakukan penambahan variasi konsentrasi Aloe vera sebagai mediator sebanyak 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 10 gram yang dilarutkan dalam akuabides

c.

Masing-masing sampel di elektrolisis secara voltametri siklis menggunakan voltameter eDAQ EChem dengan laju 50 mV/s. Variasi konsentrasi Aloe vera dapat dilihat dalam Tabel 6.

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Tabel 6. Variasi Konsentrasi Aloe vera Sampel Variasi konsentrasi 1 0 gram/L 2 1 gram/L 3 2 gram/L 4 3 gram/L 5 4 gram/L 6 5 gram/L 7 6 gram/L 8 7 gram/L 9 8 gram/L 10 9 gram/L 11 10 gram/L

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

SEM-EDX dan XRD. 2.

Data kuantitatif Data kuantitatif didapatkan dari analisis data hasil pengukuran menggunakan

voltameter eDAQ EChem. Efisiensi gas hidrogen dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan: 𝜀=

𝑖𝑐 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑥 100% 𝑖𝑐 𝑛𝑜𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎

(7)

dengan 𝜀 adalah efisiensi gas hidrogen dan ic adalah puncak arus katoda. Selain efisiensi gas hidrogen, ditinjau pula efisiensi energi berupa potensial lebih (over potential) dengan menggunakan persamaan: ∆E = (Eeksperimen – Eteori)

(8)

dengan ∆E adalah potensial lebih dari elektrogenerasi hidrogen, Eteori adalah potensial setengah reaksi hidrogen pada keadaan standar, dan Eeksperimen adalah potensial yang terukur pada saat reaksi berlangsung.

33

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Penelitian ini berjudul “Produksi Hidrogen dari Pemecahan Molekul H2O dalam Media Aloe vera dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni” yang bertujuan untuk mengetahui aktivitas elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni dalam media Aloe vera serta mengetahui kondisi optimum laju pembentukan gas hidrogen pada proses elektrolisis. Pada saat elektrolisis digunakan larutan elektrolit yang bersifat basa yaitu larutan NaHCO3 dengan konsentrasi sebanyak 5 gram per 1 liter air dan penambahan media Aloe vera sebanyak 0 gram sampai dengan 10 gram yang dilarutkan dalam akuabides. A.

Elektrodeposisi Logam Fe-Co-Ni pada Substrat Stainless Steel Metode elektrodeposisi adalah metode pengendapan secara elektrokimia

dengan cara mengalirkan arus listrik melalui elektroda ke dalam larutan elektrolit. Metode elektrodeposisi ini merupakan proses yang dilakukan dalam suatu bak atau bejana sel dan berisi larutan elektrolit, serta dilengkapi dengan elektroda. Elektroda yang digunakan dalam proses elektrodeposisi ada tiga yaitu logam stainless steel sebagai elektroda kerja, platinum sebagai elektroda kontra (auxiliary electrode) dan Ag/AgCl sebagai elektroda pembanding (reference electrode). Pelapisan logam stainless steel ini menggunakan paduan logam Fe, Co dan Ni dengan perbandingan 1:1:1. Pemilihan logam Fe, Co, dan Ni karena logamlogam tersebut memiliki sifat dan ukuranya relatif sama, mudah didapatkan dan harganya lebih ekonomis. Pada proses elektrodeposisi digunakan beberapa bahan kimia tambahan yang mampu membantu proses pelapisan logam Fe, Co, dan Ni pada sustrat stainless steel diantaranya yaitu H3BO3, sakarin, NaCl dan NH4Cl.

34

Proses elektrodeposisi ini dikarakterisasi dengan voltametri linear menggunakan instrumen eDAQ Echem dengan laju penyapuan 50mV selama 10 menit. Pelapisan logam Fe, Co, dan Ni pada substrat stainless steel dapat terjadi karena adanya arus listrik yang dihubungkan pada elektroda, sehingga menyebaban aliran elektron bergerak dari anoda menuju katoda melalui larutan elektrolit. Larutan elektrolit yang digunakan yaitu larutan NaHCO3 mengandung ion Na+ dan HCO3-, ion-ion tersebut yang berfungsi sebagai penghantar arus listrik. Penggunaan NaHCO3 sebagai larutan elektrolit karena menururt Jabar dan Ibrahin (203: 68), elektrolit NaHCO3 memiliki kemampuan lebih baik untuk menghasilkan gas hidrogen dibandingkan dengan NaOH. Proses pelapisan dimulai dengan adanya arus listrik searah yang dialirkan pada kedua elektroda, yaitu anoda dan katoda dalam larutan elektrolit. Ion-ion positif yang terbentuk karena adanya potensial akan ditarik oleh elektroda katoda yaitu elektroda yang bermuatan negatif. Sedangkan ion yang bermuatan negatif akan berpindah ke arah elektroda bermuatan positif yaitu anoda. Ion-ion tersebut akan dinetralisir oleh kedua elektroda dan larutan elektrolit kemudian akan diendapkan pada elektroda katoda. Di dekat permukaan katoda, terbentuk daerah Electrical Double Layer (EDL) yaitu lapisan dielektrik. Hasil yang terbentuk merupakan lapisan logam dan gas hidrogen. Adanya lapisan EDL menjadikan ion-ion logam akan lebih mudah menuju ke permukaan katoda dan menangkap elektron dari katoda. Ion logam tersebut akan tereduksi menjadi logam dan mengendap di katoda membentuk lapisan logam. Hasil pelapisan logam Fe, Co, dan Ni dapat dilihat pada Gambar 8.

35

Gambar 8. Voltamogram Linear Metode Elektrodeposisi Elektrodeposisi merupakan merupakan suatu proses pengendapan ion-ion logam pada suatu logam dasar (katoda) melalui proses elektrolisis. Terjadi proses pengendapan pada katoda disebabkan oleh adanya pemindahan ion-ion bermuatan listrik dari anoda dengan perantara larutan elektrolit, yang terjadi secara terus menerus pada tegangan konstan hingga akhirnya mengendap dan menempel kuat membentuk lapisan permukaan benda logam. Gambar 8 menunjukkan voltamogram elektrodeposisi logam Fe, Co, dan Ni pada substrat stainless steel menggunakan voltametri linear. Pada potensial -0,8 Volt mulai terlihat kenaikan arus yang menunjukkan terjadinya puncak voltamogram. Pada potensial -0,75 Volt puncak maksimam sudah ditunjukksn pada voltamogram tersebut. Terdapatnya puncak tersebut mengindikasikan bahwa terjadi penempelan dan pengendapan logam Fe, Co, dan Ni pada katoda yaitu substrat stainless steel. Sehingga proses elektrodeposisi logam terner: Fe, Co dan Ni telah berhasil dilakukan. Reaksi reduksi untuk mengendapkan logam Fe, Co, dan Ni pada proses elektrodeposisi adalah sebagai berikut: Fe2+ (aq) + 2e- → Fe (s)

(9)

Co2+ (aq) + 2e- → Co (s)

(10)

36

Ni2+ (aq) + 2e- → Ni (s) B.

(11)

Karakteristik Elektroda Stainless Steel dan Stainless Steel/Fe-Co-Ni Karakterisasi ini bertujuan untuk mengetahui hasil pada penggunaan

elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni, sehingga dapat ditentukan perbedaan dan perbandingan diantara kedua elektroda. Karakterisasi elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan Voltameter eDAQ Echem secara voltametri linear (Linear Sweep Voltametry), difraksi sinar-X (XRD) serta SEM-EDX. 1.

Karakterisasi Voltametri Linear Karakterisasi Voltametri Linear dilakukan dengan menggunakan instrument

Voltameter eDAQ Echem dengan laju penyapuan 50 mV/s. Berikut ini hasil uji karakterisasi voltametri secara linear dapat dilihat pada gambar berikut. 0,6 0,4

0,4

I1 (mA)

I1 (mA)

(b)

0,6

(a)

0,2 0

0,2 0

-0,2

-0,2 -0,8

-0,6

-0,4

-0,2

-0,8

E (V)

-0,6

-0,4

-0,2

E (V)

Gambar 9. Karakterisasi Voltamogram Linear (a) Elektroda Stainless Steel dan (b) Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni Gambar 9 menunjukkan hasil karakterisasi voltametri elektroda stainless steel dan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni secara linear dengan nilai arus (I) dan pada rentang potensial (E) tertentu. Penentuan secara voltametri linear ini didasarkan pada respon analit saat diberikan potensial dan akan menghasilkan perubahan arus yang membentuk suatu gelombang voltamogram. Berdasarkan

37

voltamogram tersebut, terlihat adanya perbedaan bentuk voltamogram yang dihasilkan. Perbedaan yang mendasar yaitu terlihat pada voltamogram (b) pada penggunaan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni, mulai muncul kenaikan puncak pada nilai potensial -0,6 Volt dan pada potensial -0,5 Volt terjadi puncak maksimum dengan nilai arus sekitar 0,3 mA. Sedangkan pada voltamogram (a) pada penggunaan elektroda stainless steel tidak terlihat kemunculan puncak pada gelombang voltamogram, hanya terjadi kenaikan voltamogram pada potensial -0,5 Volt tanpa adanya kemunculan puncak. Berdasarkan hasil uraian tersebut, dapat disimpulkan bahwa terjadi perbedaan yang signifikan pada penggunaan elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni, yakni kemunculan puncak voltamogram. Kemunculan puncak tersebut mengindikasikan bahwa terdapat perubahan struktur lapisan pada permukaan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni. Perubahan yang terjadi dapat disebabkan oleh substrat stainless steel yang telah terlapisi oleh logam Fe, Co, dan Ni pada saat proses elektrodeposisi. Pada proses elektrodeposisi ini menyebabkan ion-ion dari logam Fe, Co, dan Ni akan bergerak menuju ke permukaan katoda dan menangkap elektron dari katoda yaitu substrat stainlesss steel. Ion logam tersebut akan tereduksi menjadi logam dan mengendap di katoda, sehingga substrat stainless steel telah terdeposisi oleh logam Fe, Co, dan Ni serta membentuk suatu lapisan logam. Hal ini dapat terlihat pada perbedaan puncak kedua voltamogram yang disajikan pada Gambar 9. 2.

Karakterisasi XRD Analisa secara difraksi sinar-X bertujuan untuk mengetahui struktur padatan

yang terbentuk pada elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni. Prinsip

38

kerja XRD (X-Ray Diffraction) dengan memanfaatkan radiasi gelombang elektromagnetik

yaitu sinar-X dan diperoleh data karakterisasi

berupa

difraktogram. Pola difraktogram yang dihasilkan berupa deretan puncak-puncak difraksi dengan intensitas dan pada rentang sudut 2θ tertentu. Besarnya intensitas tergantung pada jumlah atom yang berada dalam material tersebut. Pola difraksi sinar-X elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni hasil penelitian dapat dilihat pada Gambar 10. 2500

Intensity (cps)

2000 1500 1000

500 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

2-theta (deg) Stainless Steel

Stainless Steel/Fe-Co-Ni

Gambar 10. Hasil Karakterisasi XRD Elektroda Stainless Steel dan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni Gambar 10 menunjukkan hasil elektroda stainless steel dan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni pada rentang 2θ yaitu 0° sampai dengan 80°. Grafik tersebut menunjukkan hubungan antara intensitas (I) puncak difraksi dan sudut difraksi (2θ). Hasil karakterisasi XRD yang disajikan pada Gambar 9 dilakukan analisa secara kualitatif dengan membandingkan kedua gambar tersebut. Hasil grafik dari keduanya memiliki karakteristik yang berbeda. Hal tersebut ditandai dengan adanya perbedaan puncak-puncak difraktogram. Pada grafik elektroda stainless steel muncul puncak-puncak dengan intensitas ketajaman puncak yang

39

tinggi, diantaranya pada sudut 2θ: 28,43º; 43,97º; dan 63,97º. Sedangkan pada elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni muncul lebih banyak puncak-puncak pada sudut 2θ: 7,81º; 28,64º; 44,34º; dan 46,51º. Perbedaan puncak yang terlihat dari kedua grafik tersebut mengindikasikan bahwa logam Fe, Co, dan Ni sudah terdeposisi pada substrat stainless steel dengan kata lain sudah terjadi proses pengendapan pada katoda melalui metode elektrodeposisi dengan melihat hasil perbedaan puncak difraktogram stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni yang disajikan pada Gambar 10. Terjadinya proses pengendapan pada katoda yaitu substrat stainless steel disebabkan oleh adanya pemindahan ion-ion bermuatan listrik dari anoda dengan perantara larutan elektrolit. Proses tersebut terjadi secara terus menerus pada tegangan konstan hingga akhirnya logam mengendap dan menempel kuat membentuk lapisan permukaan katoda. 3.

Karakterisasi SEM-EDX Karakterisasi SEM-EDX ini digunakan untuk mengetahui ukuran partikel-

partikel hasil sintesis berupa gambar serta komposisi dan kadar yang terkandung pada sampel yang diujikan.Elektroda stainless steel yang digunakan dalam penelitian ini adalah tipe S-430 dengan ketebalan 1,2 mm. Data penelitian karakterisasi stainless steel menggunakan SEM-EDX diperoleh dari penelitian Isana et. al., 2015: 175. Hasil karakterisasi ini diuji komposisinya dan kadar Fe, Co, dan Ni yang terkandung dalam stainless steel masing-masing sebesar 80,11 %b, 0,05 %b dan untuk logam Ni tidak terdeteksi. Berikut ini hasil karakterisasi SEMEDX dari elektroda stainless steel dapat dilihat pada Gambar 11.

40

Gambar 11. Hasil Karakterisasi SEM-EDX Elektroda Stainless Steel Sumber: Isana dkk., 2015: 175 Karakterisasi elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni diperoleh dari hasil penelitian

dan

dilakukan

karakterisasi

menggunakan

SEM-EDX.

Hasil

karakterisasi SEM-EDX dari elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni dapat dilihat pada Gambar 12

Fe

Co

Ni

Gambar 12. Hasil Karakterisasi SEM-EDX Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni Gambar 11 dan Gambar 12 merupakan hasil karakterisasi menggunakan SEM yang memperlihatkan struktur morfologi sebelum dan sesudah pelapisan logam Fe, Co, dan Ni dengan perbesaran 5000 kali. Pada Gambar 11, struktur morfologi stainless steel sebelum pelapisan terlihat memanjang dan kasar, sedangkan struktur morfologi stainless steel yang telah dilapisi oleh logam Fe, Co, dan Ni terlihat lebih rapat serta terdapat bercak-bercak yang lebih merata. Permukaan yang lebih rata ini memberikan pengaruh baik terhadap aktivitas katalitik elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni. Kadar logam yang terkandung dalam

41

elektroda stainless steel maupun elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni dapat diketahui dari hasil analisis EDX yang dijadikan sebagai acuan keberhasilan pelapisan logam Fe, Co, dan Ni pada substrat stainless steel. Hasil yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 7. Tabel 7. Data Kadar Logam Fe, Co, dan Ni Hasil Karakterisasi SEM-EDX Kadar (%) Logam Elektroda Stainless Steel/ Fe-CoElektroda Stainless Steel Ni Fe 80,11 50,34 Co 0,05 0,14 Ni 0 0,17 Berdasarkan Tabel 7, pada elektroda stainless steel logam Fe memiliki kadar yang paling besar yakni 80,11%, kemudian logam Co dengan kadar sebesar 0,05% dan untuk logam Ni memiliki kadar 0% dengan kata lain logam Ni tidak terdeteksi saat pengukuran dilakukan. Setelah stainless steel dilakukan proses pelapisan, kadar logam Ni terdeteksi menjadi 0,17%, kadar logam Co meningkat menjadi 0,14% dan untuk kadar logam Fe mengalami penurunan menjadi 50,34%. Penurunan logam Fe ini mengindikasikan bahwa telah terjadi proses pelapisan logam Fe, Co, dan Ni pada substrat stainless steel, hal tersebut diperkuat dengan terdeteksinya kadar Ni dan meningkatnya kadar logam Co. C.

Elektrolisis H2O dengan Elektroda Stainless Steel Proses elektrolisis H2O ini dilakukan dengan menggunakan elektroda

stainless steel sebagai elektroda kerja, platinum sebagai elektroda kontra dan Ag/AgCl sebagai elektroda pembanding. Jenis elektroda stainless steel yang digunakan yaitu tipe S-430 dengan ketebalan 1,2 mm, lebar 3 mm, dan panjang 110 mm. Pada penelitian ini digunakan larutan elektrolit NaHCO3 dengan konsentrasi sebanyak 5 gram per 1 liter air dan serbuk Aloe vera sebagai media. Penambahan

42

media yang digunakan dalam proses elektrolisis sebanyak 0 gram sampai dengan 10 gram yang dilarutkan dalam akuabides. Penambahan media ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh laju pembentukan gas hidrogen pada proses elektrolisis dengan menggunakan elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni. Proses elektrolisis H2O yang menggunakan elektroda stainless steel ini dilakukan dengan metode voltametri siklik. Hasil voltamogram dari pengujian voltametri siklik degan penyapuan 50mV/s dapat dilihat pada Gambar 13 berikut. 1

(a)

I1 (mA)

0,6 0,2 -0,2 -0,6 -1 -1

-0,6

-0,2

0,2

0,6

1

E (V)

1

(b)

0,6

0,6

0,2

0,2

I1 (mA)

I1 (mA)

1

-0,2

(c)

-0,2 -0,6

-0,6 -1

-1 -1

-0,6

-0,2

0,2

0,6

1

-1

E (V)

-0,6

-0,2

0,2

E (V)

43

0,6

1

1

(d)

0,6

0,6

0,2

0,2

I1 (mA)

I1 (mA)

1

-0,2 -0,6

(e)

-0,2 -0,6

-1

-1 -1

-0,6

-0,2

0,2

0,6

1

-1

-0,6

E (V)

1

(f)

0,6

0,6

0,2

0,2

-0,2

0,6

1

0,6

1

(g)

-0,2 -0,6

-0,6 -1

-1 -1

-0,6

-0,2

0,2

0,6

1

-1

-0,6

E (V)

1

-0,2

0,2

E (V)

1

(h)

0,6

0,6

0,2

0,2

I1 (mA)

I1 (mA)

0,2

E (V)

I1 (mA)

I1 (mA)

1

-0,2

-0,2 -0,6

(i)

-0,2 -0,6

-1

-1 -1

-0,6

-0,2

0,2

0,6

1

-1

E (V)

-0,6

-0,2

0,2

E (V)

44

0,6

1

1

(j)

0,6

0,6

0,2

0,2

I1 (mA)

I1 (mA)

1

-0,2 -0,6

(k)

-0,2

-0,6

-1

-1 -1

-0,6

-0,2

0,2

0,6

1

-1

E (V)

-0,6

-0,2

0,2

0,6

1

E (V)

Gambar 13.Voltamogram Siklis Elektrolisis Air Menggunakan Elektroda Stainless Steel dengan Media Serbuk Aloe vera Sebanyak (a) 0 gram, (b) 1 gram, (c) 2 gram, (d) 3 gram, (e) 4 gram, (f) 5 gram, (g) 6 gram, (h) 7 gram, (i) 8 gram, (j) 9 gram, dan (k) 10 gram per liter air Produksi gas hidrogen melalui pemecahan H2O dapat dipelajari dengan menggunakan voltamogram siklik dengan laju penyapuan sebesar 50 mV/s. Pada voltamogram siklik terdapat dua puncak arus yang dihasilkan yaitu puncak katodik dan puncak anodik. Puncak katodik menunjukkan harga efisiensi gas hidrogen, sedangkan puncak anodik menunjukkan harga efisiensi gas oksigen. Gambar 12 menunjukkan hasil voltamogram siklis dengan menggunakan elektroda stainless steel dalam media serbuk Aloe vera 0 gram sampai dengan 10 gram. Berdasarkan analisis voltamogram elektroda stainless steel tersebut, data yang diperoleh dari pengujian 11 sampel menggunakan voltametri siklik yaitu nilai potensial katoda (E) dan arus katoda (ic) yang disajikan pada Lampiran 4. Data tersebut kemudian ditentukan nilai efisiensi produk gas hidrogen dari setiap sampel dengan menggunakan persamaan (7), sedangkan nilai efisiensi energi yang mengacu pada nilai overpotential (ΔE) dapat ditentukan melalui persamaan (8). Sehingga dapat dibandingkan harga efisiensi produk gas hidrogen dan overpotential dari 11 sampel yang disajikan pada Gambar 14.

45

120

0,11

100

0,1

80 0,09 60 0,08 40 0,07

20 0

0,06 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Efisiensi produk (%) Overpotential ΔE (Volt)

10

Massa Aloe vera (gram)

Gambar 14. Grafik Perbandingan Efisiensi Produksi Gas Hidrogen dan Overpotential Menggunakan Elektroda Stainless Steel Kondisi yang paling baik dapat ditinjau dari besarnya efisiensi energi yang mengacu pada nilai overpotential yang dihasilkan. Semakin rendah nilai overpotential maka semakin kecil energi yang dibutuhkan untuk memecah molekul air dalam proses elektrolisis. Selain ditinjau dari nilai overpotential, kondisi paling baik juga dapat ditinjau dari besarnya efisiensi produk gas hidrogen. Semakin besar nilai efisiensi produk, maka semakin cepat laju pembentukan gas hidrogen. Berdasarkan grafik tersebut apabila ditinjau dari besarnya energi yang dihasilkan pada penambahan 1 gram serbuk Aloe vera menunjukkan nilai energi paling kecil yaitu sebesar 0,091 Volt. Akan tetapi besarnya efisiensi produksi gas hidrogen yang didapatkan tidak terlalu besar, yakni sebesar 62,291%. Apabila ditinjau dari hasil besarnya efisiensi produksi gas hidrogen, pada penambahan 0 gram serbuk Aloe vera mampu menghasilkan efisiensi yang paling besar, yakni 100% dengan energi yang dibutuhkan sebesar 0,093 Volt. Berdasarkan hasil tersebut, maka kondisi paling baik terjadi pada saat tanpa penambahan serbuk Aloe vera (0 gram) dengan harga efisiensi produksi gas hidrogen sebesar 100%. Tanpa penambahan serbuk Aloe vera tersebut merupakan kondisi paling baik karena

46

menghasilkan nilai overpotential yang relatif kecil sehingga energi yang dibutuhkan untuk produksi gas hidrogen menjadi lebih rendah. Adanya penambahan media serbuk Aloe vera pada saat proses elektrolisis air juga menyebabkan penurunan harga efisiensi produksi hidrogen. Hal tersebut terlihat pada pada grafik yang disajikan dalam Gambar 14. Efisiensi produk gas hidrogen mengalami penurunan seiring dengan bertambahanya jumlah konsentrasi media Aloe vera yang ditambahakan dalam larutan elektrolit. Keberadaan media Aloe vera berperan sebagai penghambat pembentukan gas hidrogen. Harga efisiensi produk terendah ditunjukkan pada penambahan 8 gram media Aloe vera yakni sebesar 22,792% dengan nilai overpotential yang tinggi sebesar 0,102 mA. Pada kondisi ini terjadi covering optimum. Covering ini terjadi karena tertutupnya permukaan elektroda stainless steel oleh keberadaan media Aloe vera dalam larutan elektrolit, sehingga produksi gas hidrogen pada saat elektrolisis menjadi kurang efektif. Covering ini dapat disebabkan oleh adanya kandungan senyawa organik di dalam Aloe vera. Penyerapan senyawa organik akan menyebabkan berlangsungnya perubahan struktur lapisan permukaan elektroda. Pada beberapa kasus penyerapan ini akan mengakibatkan kerusakan molekul (Riyanto, 2013: 155) sehingga akan menututpi permukaan elektroda dan menyebabkan covering. Selain itu adanya penambahan media Aloe vera saat proses elektrolisis menyebabkan larutan menjadi lebih jenuh dan lebih pekat sehingga ruang gerak ion H+ menjadi lebih sempit dan terhalang sehingga mengakibatkan menyebabkan proses pemecahan molekul air berjalan lebih lambat.

47

D.

Elektrolisis H2O dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni Proses elektrolisis H2O dilakukan dengan menggunakan elektroda stainless

steel/Fe-Co-Ni sebagai elektroda kerja, platinum sebagai elektroda kontra dan Ag/AgCl sebagai elektroda pembanding. Proses elektrolisis H2O dilakukan dengan metode voltametri siklik. Hasil voltamogram elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni yang diperoleh dari pengujian voltametri siklik degan penyapuan 50mV/s dapat dilihat pada Gambar 15. 1

(a)

I1 (mA)

0,6 0,2 -0,2 -0,6 -1

-1

-0,6

-0,2

0,2

0,6

1

E (V)

1

(b)

0,6

0,6

0,2

0,2

I1 (mA)

I1 (mA)

1

-0,2

(c)

-0,2 -0,6

-0,6

-1

-1 -1

-0,6

-0,2

0,2

0,6

-1

1

-0,6

-0,2

0,2

E (V)

E (V)

48

0,6

1

1

(d)

0,6

0,6

0,2

0,2

I1 (mA)

I1 (mA)

1

-0,2 -0,6

(e)

-0,2 -0,6

-1

-1 -1

-0,6

-0,2

0,2

0,6

1

-1

-0,6

E (V)

1

(f)

0,6

0,6

0,2

0,2

-0,2 -0,6

0,6

1

0,6

1

0,6

1

(g)

-0,2 -0,6

-1

-1 -1

-0,6

-0,2

0,2

0,6

1

-1

-0,6

E (V)

1

-0,2

0,2

E (V)

1

(h)

0,6

0,6

0,2

0,2

I1 (mA)

I1 (mA)

0,2

E (V)

I1 (mA)

I1 (mA)

1

-0,2

-0,2 -0,6

(i)

-0,2 -0,6

-1

-1 -1

-0,6

-0,2

0,2

0,6

1

-1

E (V)

-0,6

-0,2

0,2

E (V)

49

1

(j)

0,6

0,6

0,2

0,2

I1 (mA)

I1 (mA)

1

-0,2 -0,6

(k)

-0,2 -0,6

-1

-1 -1

-0,6

-0,2

0,2

0,6

1

-1

E (V)

-0,6

-0,2

0,2

0,6

1

E (V)

Gambar 15.Voltamogram Siklis Elektrolisis Air Menggunakan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni dengan Media Serbuk Aloe vera Sebanyak (a) 0 gram, (b) 1 gram, (c) 2 gram, (d) 3 gram, (e) 4 gram, (f) 5 gram, (g) 6 gram, (h) 7 gram, (i) 8 gram, (j) 9 gram, dan (k) 10 gram per liter air Gambar 15 menunjukkan hasil voltamogram siklis dengan menggunakan elektroda stainless stee/Fe-Co-Ni dalam media serbuk Aloe vera 0 gram sampai dengan 10 gram. Berdasarkan analisis voltamogram elektroda stainless steel/FeCo-Ni tersebut, data yang diperoleh dari pengujian 11 sampel menggunakan voltametri siklik yaitu nilai potensial katoda (E) dan arus katoda (ic) yang disajikan pada Lampiran 4. Data tersebut kemudian ditentukan nilai efisiensi produk gas hidrogen dari setiap sampel dengan menggunakan persamaan (7), sedangkan nilai efisiensi energi yang mengacu pada nilai overpotential (ΔE) dapat ditentukan melalui persamaan (8). Sehingga dapat dibandingkan harga efisiensi produk gas hidrogen dan overpotential dari 11 sampel yang disajikan dalam Gambar 16.

50

120

0,11

100

0,1

80 0,09 60

0,08

Efisiensi produk (%)

0,07

Overpotenti al ΔE (Volt)

40 20 0

0,06 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Massa Aloe vera (gram)

Gambar 16. Grafik Perbandingan Efisiensi Produksi Gas Hidrogen dan Overpotential Menggunakan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni Berdasarkan grafik tersebut apabila ditinjau dari besarnya energi yang dihasilkan, pada saat tanpa penambahan serbuk Aloe vera (0 gram) memiliki energi paling kecil, yakni sebesar 0,083 Volt dengan nilai efisiensi produksi gas hidrogen sebesar 100%. Tanpa penambahan serbuk Aloe vera dalam larutan elektrolit ini merupakan kondisi yang paling baik dalam produksi gas hidrogen melalui proses elektrolisis

air

menggunakan

elektroda

stainless

steel/Fe-Co-Ni

karena

menghasilkan nilai overpotential yang relatif kecil sehingga energi yang dibutuhkan untuk produksi gas hidrogen menjadi lebih rendah. Adanya penambahan media serbuk Aloe vera pada saat proses elektrolisis air menggunakan elektroda stainles steel/Fe-Co-Ni menyebabkan harga efisiensi produksi hidrogen mengalami fluktuasi yang tidak tentu. Hal tersebut terlihat pada pada grafik yang disajikan dalam Gambar 16. Efisiensi produk gas hidrogen mengalami penurunan pada penambahan 6 gram serbuk Aloe vera. Nilai efisiensi produk yang dihasilkan yakni sebesar 33,065% dengan nilai overpotential sebesar 0.093 mA. Keberadaan 6 gram serbuk Aloe vera dalam larutan elektrolit mengalami covering optimum. Covering ini terjadi karena tertutupnya permukaan elektroda 51

stainless steel/Fe-Co-Ni oleh keberadaan media Aloe vera yang dapat menghambat proses adsorpsi dan desorpsi ion H+ sehingga larutan elektrolit menjadi jenuh, akibatnya aktivitas ion H+ menuju katoda menjadi terlahang dan pergerakannya menjadi terbatas. Faktor viskositas juga dapat mempengaruhi laju pembentukan gas hidrogen. Apabila saat elektrolisis larutan elektrolit yang digunakan memeiliki viskositas atau kekentalan yang tidak baik, maka akan menyebabkan pergerakan ion menjadi lambat. Selain itu kandungan senyawa organik juga mempengaruhi terjadinya covering karena menurut Riyanto (2013: 155), dalam beberapa kasus proses penyerapan senyawa organik di permukaan elektroda menyebabkan kerusakan molekul, sehingga akan menutupi permukaan dan mengakibatkan proses pembentukan gas hidrogen menjadi lebih lambat. E.

Efektivitas dan Kondisi Optimum Elektroda Stainless Steel dan Stainless Steel/Fe-Co-Ni Penggunaan elektroda merupakan salah satu syarat wajib yang harus dipenuhi

dalam proses elektrolisis. Dalam proses elektrolisis, kondisi optimum dapat terjadi apabila energi yang dibutuhkan rendah serta efisiensi produk yang dihasilkan tinggi. Kedua hal tersebut memiliki peran penting dalam proses reaksi adsorpsi dan desorpsi ion H+. Aktivitas ion H+ dapat meningkat dan dapat bergerak secara leluasa, sehingga laju pemecahan molekul air menjadi gas hidrogen dan oksigen menjadi lebih cepat dan efektif. Berdasarkan hasil penelitian, energi pemecahan molekul air menggunakan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni lebih kecil apabila dibandingkan dengan penggunaan elektroda stainless steel. Hal tersebut dapat diperkuat dengan grafik perbandingan efisiensi energi berikut.

52

0,11

Overpotential (Volt)

0,1

0,09 Stainless Steel 0,08

Stainless Steel/Fe-Co-Ni

0,07 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Massa Aloe vera (gram)

Gambar 17. Grafik Efisiensi Energi Gas Hidrogen Nilai efisiensi energi yang dibutuhkan untuk produksi gas hidrogen mengacu pada nilai overpotential yang disajikan dalam Gambar 17. Efisiensi energi dilihat dari besar kecilnya simpangan yang diperoleh dari potensial teori E° H2O/H2= 0,828 Volt. Grafik tersebut memperlihatkan hasil energi penggunaan elektroda stainless steel sebelum dan sesudah pelapisan. Penggunaan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni dalam produksi gas hidrogen membutuhkan energi yang lebih kecil apabila dibandingkan dengan elektroda stainless steel. Hal tersebut terlihat pada grafik bahwa kurva elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni memiliki nilai overpotential yang lebih rendah dibandingkan kurva elektroda stainless steel. Hal tersebut mengindikasikan bahwa proses elektrodeposisi logam Fe, Co, dan Ni pada substrat stainless steel telah mampu meningkatkan aktivitas katalitik logam stainless steel. Dengan demikian penggunaan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni dalam produksi gas hidrogen dari molekul air dapat berjalan lebih efektif apabila dibandingkan dengan produksi gas hidrogen menggunakan elektroda stainless steel. Berikut ini kondisi optimum proses elektrolisis menggunakan elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni disajikan pada Tabel 8.

53

Tabel 8. Kondisi Optimum Proses Elektrolisis dengan Elektroda Stainless Steel dan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni Stainless Steel Stainless Steel/Fe-Co-Ni Massa Aloe vera 0 gram 0 gram Efisiensi produk 100% 100% Hidrogen Overpotential 0,093 Volt 0,083 Volt Tabel 8 di atas menunjukkan hasil kondisi optimum proses elektrolisis menggunakan elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni. Ditinjau dari nilai efisiensi energi, proses elektrolisis menggunakan elektroda stainless steel/FeCo-Ni memberikan energi yang lebih kecil apabila dibandingkan dengan elektroda stainless steel. Pada penggunaan elektroda stainless steel, energi yang dibutuhkan sebesar 0,093 Volt sedangkan pada saat pengggunaan elektroda stainless steel/FeCo-Ni, energi yang dibutuhkan lebih kecil yakni sebesar 0,083 Volt. Hal tersebut mengindikasikan bahwa energi yang dibutuhkan untuk memecah molekul air menggunakan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni lebih efektif. Ditinjau dari nilai overpotential yang dihasilkan, penggunaan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni memiliki efektivitas 12,04% lebih baik dibandingkan dengan penggunaan elektroda stainless steel. Hal tersebut disebabkan oleh adanya logam Fe, Co, dan Ni yang telah menempel kuat pada substrat stainless steel. Adanya logam yang menempel pada elektroda berfungsi untuk menjaga substrat dari korosi, selain itu untuk memberikan permukaan dengan dimensi dan sifat yang berbeda dari logam asalnya (Riyanto, 2013: 27), sehingga dapat meningkatkan aktivitas katalitik elektroda menjadi lebih baik.

54

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

A.

Kesimpulan Berdasarkan penelitian tentang produksi gas hidrogen menggunakan

elektroda stainless steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni dalam media Aloe vera maka dapat disimpulkan sebagai berikut: 1.

Pengaruh penambahan media Aloe vera pada saat elektrolisis menggunakan elektroda stainless steel menunjukkan kondisi optimum pada saat tanpa penambahan media Aloe vera.

2.

Pengaruh penambahan media Aloe vera pada saat elektrolisis menggunakan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni menunjukkan kondisi optimum pada saat tanpa penambahan media Aloe vera.

3.

Penggunaan elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni saat elektrolisis memberikan hasil yang lebih efektif apabila dibandingkan dengan penggunaan elektroda stainless steel. Hal tersebut ditinjau dari nilai overpotential elektroda stainless steel/Fe-Co-Ni yang lebih rendah yaitu sebesar 0,083 Volt. Sedangkan nilai overptential elektroda stainless steel sebesar 0,093 Volt.

B.

Saran Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, saran yang dapat dikemukakan

untuk pengembangan penelitian lebih lanjut mengenai aktivitas elektroda stainles steel dan stainless steel/Fe-Co-Ni yaitu: 1.

Elektrolisis air menggunakan elektroda stainless steel dan stainless steel/FeCo-Ni sebaiknya tidak menggunakan air yang ditambah atau mengandung Aloe vera karena dapat menurunkan efisiensi gas hidrogen.

55

2.

Perlu dilakukan penelitian mengenai variasi konsentrasi NaHCO3 dan jenis stainless steel.

3.

Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai komposisi dan variasi penambahan media Aloe vera.

4.

Berdasarkan voltamogram yang diperoleh dapat juga digunakan sebagai acuan untuk meneliti kandungan dalam suatu material.

56

DAFTAR PUSTAKA Abed, S.E., Ibnsouda, S.K., Latrache, H., et. al. (2012). Scaning Electron Microscopy (SEM) and Enviromental SEM: Suitable Tools for Study of Adhesion Stage and Biofilm Formation. University Campus Step Ri, 718730. Ahmad, M.A. (2011). Analisa Pengaruh Besar Tegangan Listrik Terhadap Ketebalan Pelapisan Chrom pada Pelat Baja dengan Proses Elektroplating. Tugas Akhir. Makassar: Universitas Hassanudin. AK Steel. (2007). 430 Stainless Steel. West Chester: AK Steel Corporation. Andriani, V. (2007). Pengembangan Sensor Voltametri N2O dengan Optimalisasi Polarisasi Elektroda dan Konsentrasi Elektrolit Menggunakan Elektroda Kerja Perak (Ag). Skripsi. Universitas Jember. Apriliani, R. (2009). Studi Penggunaan Kurkumin Sebagai Modifier Elektroda Pasta Karbon untuk Analisis Timbal (II) secara Stripping Voltametry. Skripsi. Surakarta: Universitas Sebelas Maret. Ariyanti, E. (2014). Kebutuhan Minyak Bumi Dalam Negeri Melebihi Jumlah Produksi Nasional. Diunduh pada 24 Desember 2016 pukul 19.05 WIB dari http:/beritadaerah.co.id/2014/09/19/kebutuhan-minyak-bumi-dalam-negeri -melebihi-jumlah-produksi-nasional Ariyanti, I. & Rohmatika, S. (2013). Pengaruh Logam Tembaga dalam Proses Penyisihan Logam Nikel dari Larutannya dengan Menggunakan Metode Elektrodeposisi. Tugas Akhir. Bandung: Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. Astuti, Y.A. (2016). Reaksi Evolusi Hidrogen Menggunakan Media Tepung Mocaf dengan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni Secara Elektrolisis. Skripsi. Yogyakarta: FMIPA UNY. Batubara, T. (2012). Sistem Produksi Hidrogen Menggunakan Reaktor Glow Discharge Plasma Electrolysis dalam Larutan KOH-Etanol. Skripsi. Universitas Indonesia. Bhuvana, Hema, Patil, & Rajesh T. (2014). Review on Aloe vera. International Jurnal of Advanced Research, Vol. 3, Issue 3, 677-691. Bird, T. (1987). Kimia Fisik untuk Universitas. (Terjemahan Kwee le Tjien). Jakarta: PT Gramedia. (Edisi asli diterbitkan tahun 1987 oleh PT Gramedia, anggota IKAPI, Jakarta.

57

Ceper, L. (2016). Karakteristik Stainless Steel. Diunduh pada 16 Desember 2017 pukul 09.48 WIB dari http://logamceper.com/karakteristik-stainless-steel/ Cotton, A.F. (1989). Kimia Anorganik Dasar. Jakarta: UI Press. Cowman, M.M. (1999). Plant Products as Antimicrobial Agent. Clinical Microbiology Reviews, Departemen of Microbiology Miami University Oxford, Vol. 12 No. 4, 564-582. Dewi, E.L., (2011). Potensi Hidrogen sebagai Bahan Bakar untuk Kelistrikan Nasional. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia “Kejuangan”, ISSN 1693 – 4393, 1-6. eDAQ Pty Ltd. (2017). Echem Sofware. Diunduh pada 3 Juni 2016 pukul 12.21 WIB dari https://www.edaq.com/ES260_EChem-Software Furnawanthi, I. (2007). Khasiat & Manfaat Lidah Buaya. Jakarta: PT. Agromedia Pustaka Gunawan, B. & Azhari, C.D. (2011). Karaterisasi Spektrofotometri IR dan Scanning Electron Microscopy (SEM) Sensor Gas dari Bahan Polimer Poly Ethelyn Glycol (PEG). ISSN : 1979-6870, 1-17. Isana. (2010). Perilaku Sel Elektrolisis Air dengan Elektroda Stainless Steel. Prosiding Seminar Nasional Kimia UNY, tanggal 30 Oktober 2010. Yogyakarta: Universitas Negeri Yogyakarta Isana, Trisunaryanti, W., Kuncaka, A., et. al. (2012). Studies on the Hydrogen Evolution Reaction on Fe-Co-Ni/Stainless Steel Electrode. Journal of Applied Chemistry (IOSR-JAC), 6-10. Istanto, N. (2014). Respon Pertumbuhan Lidah Buaya (Aloe vera) Terhadap Pemberian Kalium dan Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). Skripsi. Bengkulu: Program Studi Agroteknologi Jurusan Budidaya Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Bengkulu. Jabar, S.N., & Ibrahim, M.Z. (2013). The Effect of NaHCO3 as Catalyst via Electrolysis. Natural Resources, 65-68. Kasidi, D. (2007). Metode Voltametri dan Aplikasinya. Diunduh pada 3 Juni, 2016 pukul 13.04 WIB, dari http://old.analytical.chem.itb.ac.id/coursesdata/37/ moddata/assignment/5/1733/T05_K08_OutlineBuku_10505086_David_K asidi_Voltametri_David.DOC Lenny, S. (2006). Senyawa Flavonoida, Fenilpropanoida dan Alkaloida. Karya Ilmiah Universitas Sumatera Utara, 1-25

58

Manurung, C. (2010). Pengaruh Kuat Arus Terhadap Ketebalan Lapisan Dan Laju Korosi (Mpy) Hasil Elektroplating Baja Karbon Rendah Dengan Pelapis Nikel. Diunduh pada 16 Januari 2017 pukul 10.35 WIB dari http://akademik.uhn.ac.id/portal/public_html/JURNAL/JURNAL_CHARL ES_MANURUNG?Elektroplating%20Baja%20Karbon%20Rendah%20D engan%20Pelapis%20Nikel.pdf Marlina, E., Wahyudi, S., & Yuliati, L. (2013). Produksi Brown's Gas Hasil Elektrolisis H2O dengan Katalis NaHCO3. Jurnal Reakayasa Mesin, 53-54. Mayssarah, D. & Isana. (2016). Elektrolisis H2O Menggunakan Elektrode Stainless Steel Dalam Suasana Basa Dengan Media Tepung Maizena. Jurnal Kimia Dasar. Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA UNY, 1-6. Nelson, S.A. (2014). X-ray Crystallography. Diunduh pada 21 Januari 2017 pukul 14.23 WIB dari Tulane University: http://www.tulane.edu/~sanelson/ eens211/x-ray.htm Pasa, A.A, & Munford, M.L. (2006). Electrodeposition. Encyclopedia of Chemical Processing DOI: 10.1081/E-ECHP-120037171, 821-832 Puranto, P. & Imawan, C. (2010). Pengembangan Instrumen Pengkarakterisasi Sensor Elektrokimia Menggunakan Metode Voltametri Siklik. Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi, Volume 28, 20-28. Putra, A.M. (2010). Analisis Aktivitas Gas Hidrogen dan Gas Oksigen pada Elektrolisis Larutan KOH. Jurnal Neutrino Vol 2, No 2, 141-154. Rahman, S. & Toifur, M. (2016). Rancangan Eksperimen Analisis Struktur Mikro Sampel dengan Prinsip XRD Menggunakan Metode Kristal Berputar. Jurnal Riset dan Kajian Pendidikan Fisika UAD, Vol 3, No. 1, 5-9. 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 and Advanced Technology (IJEAT), Vol. 4, Issue 3, 80-93. Riyanto. (2013). Elektrokimia dan Aplikasinya. Yogyakarta: Graha Ilmu. Ryland, A.L.(1958). X-Ray Diffraction. Journal of Chemical Education, Volume 35, No. 2, 80-83 Sebastian, O. & Sitorus, T.B. (2013). Analisa Efisiensi Elektrolisis Air dari Hydrofil pada Sel Bahan Bakar. Jurnal Dinamis, Volume II, ISSN 02167492, 16-25.

59

Setiabudi, A. (2008). Lidah Buaya. Artikel diunduh pada 18 Desember 2016 pukul 15.23 WIB dari ListPDF: http://listpdf.com/pe/penyakit-pada-lidah-buayapdf.htm Sugiyono, A, et. al. (2016). BBPT Outlook Energi Indonesia 20I6. Jakarta: Pusat Teknologi Sumber Daya Energi dan Industri Kimia BPPT. Sutton, M.A. et. al. (2007). Scanning Electron Microscopy for Quantitative Small and Large Deformation Measurements Part I: SEM Imaging at Magnifications from 200 to 10,000. Experimental Mechanics, 47, 775–787. Sujatno, A., Salam, R., Bandriyana, et al. (2015). Studi Scanning Electron Microscopy (SEM) Untuk Karakterisasi Proses Oxidasi Paduan Zirkonium. Jurnal Forum Nuklir (JFN), Volume 9, Nomor 2, 44-50. University of Cambridge. (2015). Linear Sweep and Cyclic Voltametry. Diunduh pada 18 Februari 2017 pukul 11.43 WIB dari http://www.ceb.cam.ac.uk/ research/groups/rg-eme/teaching-notes/linear-sweep-and-cyclicvoltametry-the-principles Willer, G.R., Mangiafico, S, & Ritchey, C.R. (1978). A Chemical Investigation of Aloe barbadensis Miller. Journal Article 3038, 69-76 Yanlinastuti, N. & Indaryati, P. (2009). Pengaruh Konsentrasi Uranium dalm Proses Elektrodeposisi Hasil Ekstraksi dengan TBP/OK. Hasil-hasil Penelitian EBN (ISSN 0854-5561), 175-180. Zeng, Kai & Dongke Zhang. (2010). Recent Progress in Alkaline Water Electrolysis for Hydrogen Production and Applications. Progress in Energy and Combustion Science, 307-326.

60

LAMPIRAN Lampiran 1. Diagram Alir Proses

A. Preparasi Serbuk Aloe vera Tanaman Aloe vera dicuci terlebih dahulu menggunakan air bersih

Dipotong menjadi ukuran yang lebih kecil

Dijemur dibawah sinar matahari hingga kering dengan tujuan menghilangkan kandungan air

Dihaluskan menggunakan blender dan kemudian diayak

61

B. Elektrodeposisi Logam Fe-Co-Ni pada susbtrat Stainless Steel

H3BO3 1,5 gram, sakarin 0,1 gram, 4 mL Larutan

4 mL Larutan

4 mL Larutan

NaCl 2 gram, dan

Fe2+ 0,01 M

Co2+ 0,01 M

Ni2+ 0,01 M

NH4Cl 2 gram

Dimasukkan dalam botol voltametri dan diaduk

Memasang elektroda kerja (stainless steel), elektroda kontra (platinum), dan elektroda referensi (Ag/AgCl)

Voltametri linear dengan laju penyapuan 50 mV/s selama 10 menit

Karakterisasi menggunakan eDAQ EChem, XRD, dan SEM-EDX

62

C. Elektrolisis H2O Menggunakan Elektroda Stainless Steel

Serbuk Aloe vera (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 gram) NaHCO3 5 gram Labu ukur 10 mL

dalam 1 liter

Larutan elektrolit dan serbuk Aloe vera sebanyak 10 mL

Memasukkan larutan sampel ke dalam botol voltametri

Memasang elektroda kerja (stainless steel), elektroda kontra (platinum), dan elektroda referensi (Ag/AgCl)

Melakukan elektrolisis secara voltametri siklik dengan kecepatan 50 mV/s

63

D. Elektrolisis H2O Menggunakan Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni Serbuk Aloe vera (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 gram) NaHCO3 5 gram Labu ukur 10 mL

dalam 1 liter

Larutan elektrolit dan serbuk Aloe vera sebanyak 10 mL

Memasukkan larutan sampel ke dalam botol voltametri

Memasang elektroda kerja (stainless steel/Fe-Co-Ni), elektroda kontra (platinum), dan elektroda referensi (Ag/AgCl)

Melakukan elektrolisis secara voltametri siklik dengan kecepatan 50 mV/s

64

Lampiran 2. Hasil Karakterisasi Difraksi Sinar-X (XRD) A. Hasil Karakterisasi XRD Elektroda Stainless Steel

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.

2theta(deg)

d(ang.)

Height(cp s)

FWHM(de g)

Int. I(cps deg)

Int. W(deg)

Asym. factor

1 2 3

28.437 43.97(4) 63.9712

3.13613 2.0575(18 ) 1.4542

194.511 567(69) 367.786

0.415509 0.42(4) 0.415509

149.993 304(24) 222.149

0.771129 0.54(11) 0.604018

0.605285 0.6(3) 0.605285

65

B.

Hasil Karakterisasi XRD Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni

Peak List General information Analysis date

2017/03/10 10:47:55

Sample name

SS/Fe-Co-Ni

Measurement date

2017/03/10 10:17:47

File name

252--XRD-2017.ras

Operator

administrator

Comment

Measurement profile 1500

Intensity (cps)

1000

500

0 20

40

60

2-theta (deg)

Peak list No.

2theta(deg)

d(ang.)

Height(cp s)

FWHM(de g)

Int. I(cps deg)

Int. W(deg)

Asym. factor

1

7.81(14)

11.3(2)

38(18)

3.3(4)

135(25)

4(2)

1.3(8)

2

28.64(3)

3.114(3)

491(64)

0.35(2)

199(12)

0.41(8)

1.4(4)

3

44.34(5)

2.041(2)

191(40)

0.44(4)

89(9)

0.47(15)

0.23(16)

4

46.51(5)

1.951(2)

70(24)

1.39(17)

108(17)

1.5(8)

0.2(2)

66

Lampiran 3. Hasil Karakterisasi Elektroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni Menggunakan SEM-EDX

67

Lampiran 4. Hasil Uji Voltametri Siklik dengan Elektroda Stainless Steel dan Eleketroda Stainless Steel/Fe-Co-Ni Tabel 9. Hasil Pengujian Voltametri Siklik dengan Elektroda Stainless Steel Efisiensi Overpotential Sampel E (Volt) ic (mA) produk ΔE (Volt) (%) Sampel 1 (0 gram) -0,735 0,093 -0,2278 100 Sampel 2 (1 gram) -0,737 0,091 -0,1419 62,291 Sampel 3 (2 gram) -0,726 0,102 -0,1327 58,252 Sampel 4 (3 gram) -0,734 0,094 -0,1161 50,966 Sampel 5 (4 gram) -0,731 0,097 -0,1102 48,376 Sampel 6 (5 gram) -0,733 0,095 -0,0915 40,167 Sampel 7 (6 gram) -0,727 0,101 -0,0825 36,216 Sampel 8 (7 gram) -0,727 0,101 -0,0768 35,996 Sampel 9 (8 gram) -0,726 0,102 -0,0542 22,792 Sampel 10 (9 gram) -0,727 0,101 -0,058 25,461 Sampel 11 (10 gram) -0,729 0,099 -0,0632 27,744

Tabel 10. Hasil Pengujian Voltametri Siklik dengan Elektroda Stainless Steel/FeCo-Ni Sampel

E (Volt)

Overpotential ΔE (Volt)

ic (mA)

Efisiensi produk (%)

Sampel 1 (0 gram) Sampel 2 (1 gram) Sampel 3 (2 gram) Sampel 4 (3 gram) Sampel 5 (4 gram) Sampel 6 (5 gram) Sampel 7 (6 gram) Sampel 8 (7 gram) Sampel 9 (8 gram) Sampel 10 (9 gram) Sampel 11 (10 gram)

-0,745 -0,737 -0,732 -0,737 -0,742 -0,745 -0,732 -0,736 -0,732 -0,734 -0,734

0,083 0,091 0,096 0,091 0,086 0,083 0,096 0,092 0,096 0,094 0,094

-0,3986 -0,2630 -0,1559 -0,1566 -0,1815 -0,1846 -0,1318 -0,1689 -0,1886 -0,1566 -0,1568

100 65,980 39,111 39,287 45,420 46,312 33,065 42,373 47,197 39,287 39,239

68