KREATIVITAS MAHASISWA JUDUL PROGRAM INOVASI TEKNOLOGI HYBRID HYDRO-ELECTRO PADA BIDANG OTOMOTIF SEBAGAI PEMECAH MASALAH KRISIS ENERGI
BIDANG KEGIATAN: PKM -GT Diusulkan oleh: TEGAR ARIEF PRATAMA (16910127 / 2010) ABDUL ROZAQ (16010158 / 2010) UBAYDILLAH YUS’AN (16010081 / 2010) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG BANDUNG 2011
HALAMAN PENGESAHAN PKM-GT 1. Judul Kegiatan
: Inovasi Teknologi Hybrid Hydro-Electro Pada Bidang Otomotif Sebagai Pemecah Masalah Krisis Energi 2. Bidang Kegiatan : PKM-GT 3. Ketua Pelaksana Kegiatan a. Nama Lengkap : TEGAR ARIEF PRATAMA b. NIM : 16910127 c. Jurusan : FTMD d. Universitas/Institut/Politeknik : Institut Teknologi Bandung e. Alamat Rumah dan No Tel./HP :Asrama Sangkuriang ITB, 081392318356 f. Alamat email :
[email protected] 4. Anggota Pelaksana Kegiatan/Penulis : 2 orang 5. Dosen Pendamping a. Nama Lengkap dan Gelar : Dr. Eng. Sandro Mihradi b. NIP : 132 327351 c. Alamat Rumah & No Tel./HP : Jl. Mars Dirgahayu no.8 RT.01/RW.10, Awiligar, Bandung 40191. 085880547386.
Bandung, 28 Februari 2011 Menyetujui Ketua Dekan
Ketua Pelaksana
Dr. Yatna Yuwana Martawirya NIP. 195603231981031003
Tegar Arief Pratama NIM.16910127
Kepala Lembaga Kemahasiswaan
Dosen Pendamping
Brian Yuliarto, Ph.D. NIP. 19750727 20604 1 005
Dr. Eng. Sandro Mihradi NIP. 132 327351
ii
Kata Pengantar
Bismillah. Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah mencurahkan kasih sayangnya kepada kami sehingga karya tulis yang berjudul INOVASI TEKNOLOGI HYBRID HYDRO-ELECTRO PADA BIDANG OTOMOTIF, dapat terselesaikan tepat waktu. Tidak lupa penulis juga mengucapkan terimakasih kepada kedua orang tua dan dosen pembimbing yang telah mendukung dan memberikan bimbingan. Karena dengan dukungan dan bimbingan mereka penulis dapat melahirkan ide kreatif ini. Karya tulis ini merupakan hasil curahan ide kreatif penulis dan semoga karya tulis yang membahas ide untuk meningkatkan efisiensi kerja suatu mesin dengan memadukan beberapa teknologi dan memanfaatkan sumber energi yang melimpah ini dapat menjadi suatu metode yang bisa direalisasikan untuk menyelesaikan masalah krisis energi saat ini. Segala bentuk kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan agar menjadi pembelajaran bagi penulis dan dapat meningkatkan kualitas karya-karya tulis yang akan penulis buat nantinya.
Bandung, 28 Februari 2011
Penulis
iii
Daftar Isi Halam Judul ............................................................................................ i Lembar Pengesahan ................................................................................ ii Kata Pengantar ........................................................................................ iii Daftar Isi.................................................................................................. iv Daftar gambar.......................................................................................... v Ringkasan ................................................................................................ 1 Bagian Inti ............................................................................................... 2 Pendahuluan ................................................................................... 2 Latar Belakang ..................................................................... 2 Tujuan dan Manfaat ............................................................. 2 Gagasan.......................................................................................... 3 Kesimpulan .................................................................................... 6 Daftar Pustaka ......................................................................................... 7
iv
Daftar Gambar Gambar 1 ................................................................................................. 4
v
1
RINGKASAN Sumber energi merupakan sumber kehidupan di bumi.Dengan tidak adanya sumber energi dapat dipastikan seluruh kehidupan di bumi akan musnah.Maka dari itu sumber energi merupakan unsur terpenting dalam suatu kehidupan. Manusia sebagai unsur terpenting dalam kehidupan di bumi berperan sebagai penerus atau pengakhir kehidupan di bumi.Dalam perjalan peran itu, manusia tidak akan luput dari penggunaan sumber enrgi di bumi.Oleh sebab itu manusia hendaknya dapat bijak dalam penggunaan sumber energi di bumi. Namun karena ketidakbijakan manusia dalam pemanfaatan sumber energi menyebabkan munculnya masalah krisis energi yang sekarang melanda bumi.Maka dari itu karya tulis ini ditulis sebagai salah satu ide kreatif yang dapat digunakan sebagai kunci jawaban pemecahan masalah krisis energi. Karya tulis ini disusun berlandaskan hukum termodinamika pertama sebagai kunci pemecahan masalah krisis energi, yaitu dengan cara meningkatkan efisiensi kerja mesin karena mesin merupakan pengguna sumber energi terbesar di bumi.Dengan menciptakan mesin yang berbahan bakar material yang melimpah di bumi serta memiliki tingkat regenerasi yang tinggi serta penggunaan teknologi pada mesin merupakan inti dari pemecahan masalah krisis energi. Mengubah gagasan untuk menjadi sebuah pengimplementasian tidaklah mudah.Oleh sebab itu, pada karya tulis ini disusun pula teori dasar umum yang disusun secara ringkas agar dapat dengan mudah dipahami oleh pembaca dan dapat dengan mudah diimplementasikan.
2
I. PENDAHULUAN
I.1
Latar Belakang
Energi telah menjadi suatu kebutuhan mutlak bagi manusia, dalam setiap aktivitas dan rutinitas manusia memerlukan energi yang diambil dari suatu sumber energi atau bahan bakar untuk melakukan suatu kerja. Dari sekian banyak aktivitas manusia, kegiatan berpindah tempat dengan bantuan suatu mesin otomotif atau biasa disebut dengan tranportasi merupakan aktivitas yang membutuhkan begitu banyak energi. Selama beberapa dasawarsa ini, bahan bakar fosil telah manjadi primadona sumber energi untuk mengoperasikan mesin-mesin otomotif tersebut. Namun, selain ketersediaan bahan bakar fosil yang sangat terbatas, penggunaan bahan bakar fosil ini memberikan berbagai dampak negatif bagi lingkungan terutama pencemaran udara akibat pembuangan gas monoksida dan dioksida sisa pembakaran bahan bakar ini. Terlepas dari berbagai kekurangan yang dimiliki oleh bahan bakar fosil, energi surya dan bahan bakar hidrogen cair yang dapat dibuat dari elektrolisis air mempunyai keunggulan yang jauh lebih baik jika dibandingkan dengan bahan bakar fosil. Pertama, energi surya merupakan energi yang ketersediaanya sangat melimpah dan jauh lebih dari cukup untuk memenuhi kebutuhan energi manusia di bidang otomotif jika dibandingkan dengan bahan bakar fosil, demikian pula dengan air. Kedua, energi surya dan hidrogen akan lebih ramah lingkungan ketika digunakan sebagai suatu sumber energi dalam bidang otomotif jika dibandingkan dengan air. Sehingga, dilihat dari aspek keramahan lingkungan penggunaan energi surya dan hidrogen dalam bidang otomotif akan jauh lebih menguntungkan. Oleh karena itu, penggabungan teknologi yang mengkonversikan energi surya menjadi energi listrik untuk mengelektrolisis air menjadi hidrogen cair sebagai sumber energi atau bahan bakar utama mesin otomotif diharapkan dapat menjadi suatu solusi ketergantungan pada bahan bakar fosil dan kelangkaan energi. I.2
Tujuan dan Manfaat
Penulisan karya tulis yang memuat gagasan dan ide solutif ini memiliki tujuan dan manfaat : 1) untuk menciptakan suatu teknologi hemat energi serta ramah lingkungan pada bidang otomotif, 2) sebagai pengimplementasian sumber energi terbarukan serta memiliki persediaan yang melimpah pada bidang otomotif, 3) sebagai solusi alternatif untuk terlepas dari ketergantungan terhadap bahan bakar fosil, dan 4) sebagai wujud kepedulian terhadap lingkungan
3
II. GAGASAN Krisis energi merupakan masalah bagi hampir semua negara di dunia terkhusus di Indonesia yang sampai saat ini masih belum terpecahkan.Hal ini terbukti dengan semakin melambungnya harga BBM yang menjadi sumber energi utama pada bidang otomotif. Berbagai solusi telah diterapkan untuk mengatasi masalah ini, mulai dari gerakan hemat energi seperti pemadaman listrik berkala hingga pembatasan suplai BBM serta langkah optimasi kendaraan umum.Beberapa solusi tersebut masih kurang optimal karena pada realitanya energi pasti tetap digunakan dan langkah yang jauh lebih baik daripada sekedar menghemat adalah meningkatkan efisiensi kerja dari setiap peralatan dan mencari sumber energi alternatif. “ Wikipedia (2009), mesin mobil bensin memiliki efisiensi 25% dan mesin pembangkit listrik tenaga batu bara yang besar memiliki efisiensi maksimum 46%. Mesin diesel terbesar di dunia memiliki efisiensi maksimum 51,7%”.Pada konsep hukum termodinamika dijelaskan bahwa energi kalor yang diberikan pada mesin akan menghasilkan usaha serta energi kalor yang terbuang.Sehingga efisiensi mesin tidak akan pernah mencapai 100% namun dapat dilakukan optimasi sehingga besarnya efisiensi dapat mendekati 100%, yaitu dengan cara mengurangi energi kalor yang terbuang.Maka dari itu gagasan ini diharapkan dapat meningkatkan efisiensi mesin terkhusus pada mobil minimal menjadi lebih dari 25%. Melihat potensi besar dari tekonologi mobil berbahan bakar hidrogen, teknologi mesin hybrid yang memadukan antara mesin dan energi listrik, dan kelimpahan energi surya yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi menggunakan teknologi sel surya, tercetuslah ide untuk menggabungkan ketiga teknologi tersebut menjadi teknologi mesin hybrid hydro-electro yang memanfaatkan sumber energi matahari dan kelimpahan air. Gagasan tersebut dapat digambarkan dengan alur bagan sebagai berikut. 1. Sel surya menghasilkan listrik sebagai charger baterai.
4. Gas hidrogen digunakan sebagai bahan bakar mesin.
1
2
2. Listrik digunakan untuk mengisis baterai.
3. Elektrolisis air menghasilkan gas hidrogen & oksigen.
4.1 Gas oksigen dapat disalurkan ke saluran AC.
2.1 Listrik sebagai penggerak motor listrik.
3
4
1
6. Energi Kinetik.
5. Mesin dapat bekerja dari hasil pembakaran hidrogen.
6.1 Mesin dapat digunakan sebagai generator listrik.
6.2. Panas & ampas nonpolutan yang terbuang.
2 3 7. Energi kinetik total.
Gambar 1 Penjelasan gambar 1 : 1. Dengan menggunakan teknologi sel surya dapat dihasilkan listrik dari konversi energi panas matahari menjadi energi listrik yang digunakan untuk mengisi baterai.Karena Indonesia memiliki potensi intensitas yang cukup besar serta stabil, yaitu sekitar 4,8 kWh/m2/ hari, hal itu dapat dimanfaatkan sebagai suplai energi listrik dengan menggunakan sel surya. 2. Kemudian listrik yang telah dihasilkan dapat digunakan sebagai charger baterai yang memiliki potensial listrik yang tinggi digunakan sebagai sumber energi listrik utama pada rangkaian ini. 2.1. Energi listrik yang dihasilkan dari generator listrik dapat disimpan pada media penyimpanan listrik semisal baterai.Energi listrik dari baterai, selain digunakan untuk proses elektrolisis, juga dapat digunakan sebagai sumber energi penggerak motor listrik.Sehingga dengan rangkaian sedemikian rupa dapat dilahirkan teknologi hybrid dalam penyuplaian sumber energi kinetik. 3. Energi listrik yang dihasilkan oleh baterai sebagian digunakan untuk proses elektrolisis air.Dari proses elektrolisis air dihasilkan gas hidrogen dan oksigen.Proses elektrolisis dapat berjalan dengan cepat karena dalam proses ini hanya dibutuhkan tegangan listrik sebesar 1,23 V.Dengan menggunakan sumber listrik baterai dengan tegangan tinggi maka proses elektrolisis dapat dilakukan dengan cepat. 4. Gas hidrogen yang dihasilkan dari proses elektrolisis digunakan sebagai bahan bakar utama mesin. 4.1. Sedangkan gas oksigen yang juga dihasilkan dari proses elektrolisis dapat disalurkan menuju saluran AC yang tidak hanya berfungsi sebagai penyejuk udara, namun juga untuk menyehatkan tubuh mengingat gas oksigen merupakan gas yang paling dibutuhkan dalam proses pernafasan
5
5. Mesin dapat bekerja dari hasil pembakaran hidrogen.Karena hidrogen bersifat mudah terbakar, sehingga dapat dihasilkan energi yang besar yang dapat digunakan sebagai bahan bakar mesin. 6. Mesin yang telah bekerja akan menghasilkan energi kinetik yang digunakan untuk menjalankan kendaraan atau tepatnya memutar roda. 6.1. Tidak hanya digunakan untuk memutar roda, namun juga dapat digunakan sebagai generator listrik yang digunakan sebagai charger sumber energi listrik. 6.2. Dengan mengacu pada hukum termodinamika, jika tercipta suatu usaha dari energi kalor yang masuk maka akan dihasilkan pula energi yang terbuang.Dalam hal ini energi yang terbuang adalah energi kalor dan ampas nonpolutan.Nilai lebih dari gagasan ini adalah dihasilkannya ampas / zat sisa hasil pembakaran yang tidak mencemari lingkungan.Karena zat hasil pembakaran gas hidrogen adalah uap air yang sama sekali tidak bersifat mencemari lingkungan terutama udara. 7. Dengan menjumlah sumber energi kinetik total yang dihasilkan dari proses – proses di atas, maka akan dihasilkan efisiensi kerja yang tentu saja lebih dari 25%. Untuk meningkatkan efisiensi kerja mesin, juga dapat dilakukan dengan cara mengurangi gaya gesek yang bekerja.Misal dapat dilakukan dengan cara memberi pelumas yang berkualitas tinggi pada mesin atau poros – poros kendaraan. Untuk tercapainya pengimplementasian gagasan ini dibutuhkan pihak – pihak yang dapat mendukungnya, yaitu yang paling utama adalah para dosen perguruan tinggi serta pabrik – pabrik otomotif. Melalui para dosen perguruan tinggi diharapkan agar para dosen mengajarkan teknologi ini kepada para mahasiswanya.Karena para mahasiswa merupakan merupakan calon penerus generasi yang akan datang yang senantiasa melahirkan ide – ide kreatif.Serta dengan melalui pabrik – pabrik otomotif, gagasan ini diharapkan dapat diterapkan pada kendaraan yang mereka produksi, sehingga produk yang beredar pada masyarakat merupakan produk hemat energi serta ramah lingkungan. Untuk terealisasinya pengimplementasian gagasan ini juga dibutuhkan langkah – langkah strategis yang akurat, yaitu: 1. Mempengarugi pihak – pihak yang dapat mendukung gagasan ini seperti yang disebut sebelumnya. 2. Melakukan publikasi ke berbagai media agar dapat dijadikan sebagai wacana ide kreatif kepada publik.Karena pada dasarnya gagasan ini ditujukan untuk kehidupan umum dan demi kenyamanan serta kemudahan kehidupan pada generasi yang akan datang. 3. Membuat prototype gagasan ini dalam bentuk nyata, sehingga gagasan ini tidak dinilai hanya sebagai khayalan dan guyonan semata. 4. Membentuk forum studi untuk saling bertukar pikiran demi pengimplementasian serta perkembangan gagasan ini.Dengan dibentuknya forum studi antar perguruan tinggi diharapkan gagasan ini dapat diterapkan pada kurikulum perguruan tinggi masing – masing.
6
KESIMPULAN Jadi dengan mengimplementasikan gagasan ini maka akan didapatkan efisiensi kerja mesin lebih dari 25%. Karena dengan memanfaatkan kerja mesin itu sendiri untuk digunakan sebagai generator listrik maka akan dihasilkan energi listrik yang dapat digunakan sebagai sumber energi kinetik sekunder. Sehingga dapat dihasilkan kombinasi sumber energi kinetik mesin dan sumber energi kinetik listrik. Dengan kombinasi dua sumber energi kinetik ini, efisiensi kerja mesin pasti dapat ditingkatkan menjadi lebih dari 25%. Selain itu gagasan ini juga memeliki kelebihan dari segi sumber energi yang dipakai, yakni dengan memanfaatkan sumber energi panas matahari yang sangat melimpah dan air yang jauh lebih melimpah dari pada minyak bumi. Pengimplementasian gagasan ini dapat dimulai dengan melakukan riset lebih lanjut mengaenai pengkombinasian beberapa teknologi ini agar didapatkan suatu teknologi mesin hybrid hydro-electro yang lebih efisien dan ekonomis. Kemudian dilanjutkan dengan pembuktian kepada masyarakat mengenai keunggulan teknologi ini agar masyarakat lebih yakin mengenai keunggulan teknologi ini. Pengimplementasian lebih lanjut dapat dilakukan dengan pemprokdusian secara masal agar dapat dicapai suatu nilai yang lebih ekonomis. Jika teknologi ini digunakan secara tepat guna dan bijak maka dapat diprekdisikan semua teknologi mesin berbahan bakar fosil yang ada saat ini akan tergantikan, karena teknologi hybrid hydro-electro memiliki efisiensi yang lebih tinggi dan lebih ramah lingkungan serta diharapkan akan jauh lebih ekonomis.
7
Daftar Pustaka Brady, James E.et al.2008.Chemistry Fifth Edition.Cleveland: John Wiley & Sons, Inc.hlm 796 – 802. Halliday and Resnick.2007.Fundamentals of Physics Extended Eight Edition.Cleveland: John Wiley & Sons, Inc.hlm 476 - 497. Wikipedia, “Efisiensi Termal” http://id.wikipedia.org/wiki/Efisiensi_termal (diakses tanggal 27 Februari 2011) Wikipedia, “Elektrolisis Air” http://id.wikipedia.org/wiki/Elektrolisis_air 2011)
(diakses tanggal 27 Februari
Wikipedia, “Generator Listrik” http://id.wikipedia.org/wiki/Generator_listrik (diakses tanggal 27 Februari 2011) Wikipedia, “Mesin Kalor” http://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_kalor (diakses tanggal 27 Februari 2011) Wikipedia, “Sel Surya” http://id.wikipedia.org/wiki/Sel_surya (diakses tanggal 27 Februari 2011)
8
Tentang Penulis
Setelah menyelesaikan masa SMU di UPTD SMA Negeri 2 Nganjuk, ia meneruskan jenjang S1 di FTMD ITB.Saat SMA ia pernah lolos untuk mewakili kota Nganjuk dalam ajang OSN Komputer tingkat provinsi serta ajang olimpiade lainnya yang diselenggarakan universitas – universitas di Indonesia.Melalui karya tulis ilmiah ini ia berharap dapat memecahkan masalah krisis energi. Tegar Arief Pratama
Abdul Rozaq merupakan mahasiswa TPB-ITB 2010 kelahiran Kediri, 1 Januari 1992. Ia menyelesaikan jenjang pendidikan dasar dan pendidikan menengah pertamanya di Kabupaten Kediri. Bermodal prestasi sebagai juara I OSN Matematika Kabupaten Kediri dan rekomendasi dari wali kelasnya, ia melajutkan pendidikannya di SMA Negeri 2 Kediri. Demi mewujudkan mimpinya menjadi pembina Tim Olimpiade Fisika Indonesia (TOFI), ia pun melanjutkan studinya di FMIPA ITB hingga saat ini. Abdul Rozaq
Masuk ITB pada tahun 2010, seorang anak tunggal dari daerah ini mengambil Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Dia sempat menorehkan prestasi di ajang music, paskibraka dan OSN kimia di sekolahnya SMA 2 Kediri hingga ke jenjang provinsi. Dengan karya tulis ilmiah ini, ia berharap dapat membantu masyarakat Indonesia dalam menghadapi era globalisasi.
Ubaydillah Yus’an
