PENGARUH JENIS DAN LUAS PENAMPANG ELEKTRODA PADA PROSES ELEKTROLISIS
Influence of Type and Area of Electrode at the Electrolysis Process
TUGAS AKHIR
Disusun oleh: MUHAMMAD NURFAUZI RIZAL
(091411056)
PROGRAM STUDI DIPLOMA TIGA TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG JULI 2012
PENGARUH JENIS DAN LUAS PENAMPANG ELEKTRODA PADA PROSES ELEKTROLISIS
Influence of Type and Area of Electrode at the Electrolysis Process
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan
Diploma Tiga (D-III) Teknik Kimia
Disusun oleh: MUHAMMAD NURFAUZI RIZAL
(091411056)
PROGRAM STUDI DIPLOMA TIGA TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG JULI 2012
LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH JENIS DAN LUAS PENAMPANG ELEKTRODA PADA
Penyusun
:
1. Muhammad Nurfauzi Rizal (091411056)
Penguji
PROSES ELEKTROLISIS
:
1. Ketua
: Dra. Hj. Mentik Hulupi M.Si
2. Anggota
: 1. Ir. Gatot Subiyanto, M.T 2. Dianty Rosirda Dewi Kurnia, S.T, M.T
Tugas akhir ini telah disidangkan pada tanggal 16 Juli 2012 dan disahkan sesuai ketentuan Pembimbing
Harita N Chamidy, LRSC., M.T. NIP. 196601111994031002 Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung
Ir. Dwi Nirwantoro Nur, M.T. NIP. 195608311988111001
Allah SWT, Nabi Muhammad SAW, keluargaku, pembimbing, mahasiswa Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung angkatan 2009, “barbarian people” (Ade, Franky, Alu, Ilham, Zaki, Hendra, Satya, Adit, Gin-gin, Agam, Fahmi, Indra dan Herman), “d’peso” (Hendra, Irfan, Billah, Ghiska, Mufki, Ro’uf, Lutfi, Didik dan Firdaus), dan guru kehidupanku (Mohammad Sabar Jamil dan Abdul Wahab)
IDENTITAS PENULIS
Nama
: Muhammad Nurfauzi Rizal
NIM
: 091411056
Tempat lahir : Majalengka
Tanggal lahir : 18 Agustus 1991 E-Mail
:
[email protected]
Telepon
: 0852 23 9972 91
Riwayat Pendidikan:
TK Ilham IV Majalengka
1996 – 1997
MI PUI Cicalung Majalengka
1997 – 2003
SMP Islam Cipasung Tasikmalaya
2003 – 2006
MA Negeri Model Cipasung Tasikmalaya
2006 – 2009
Politeknik Negeri Bandung
2009 – 2012
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penyusun ucapkan kepada Allah SWT atas nikmat-Nya
sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul Pengaruh Jenis dan Luas Penampang Elektroda pada Proses Elektrolisis.
Tugas akhir ini
dilakukan untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Diploma Tiga (D-III) Teknik Kimia, Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.
Dalam penyusunan laporan tugas akhir ini, penyusun mendapatkan bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penyusun ingin menyampaikan terima kasih kepada: 1.
Ir. Dwi Nirwantoro Nur, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.
2.
Rispiandi, S.T. M.T., selaku Koordinator Tugas Akhir dan Ketua Program Studi D-III Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.
3.
Harita N. Chamidy, LRSC., M.T, selaku dosen pembimbing yang telah membimbing selama pelaksanaan Tugas Akhir.
4.
Tim penguji yang telah memberikan banyak masukan positif pada saat Tugas Akhir ini disidangkan
5.
Semua staf tata usaha, teknisi, petugas gudang, serta penanggungjawab laboratorium Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.
6.
Semua pihak yang telah membantu hingga terselesaikannya laporan ini.
Melalui laporan tugas akhir ini penulis juga berharap kepada Allah SWT. agar senantiasa menambah dan memelihara ilmu yang sedikit ini untuk dapat dimanfaatkan demi kebutuhan manusia. Bandung Barat, Juli 2012 Penyusun
i
ABSTRAK
Gas hidrogen merupakan unsur yang paling melimpah di alam semesta dengan persentase kira-kira 75%. Dengan jumlahnya yang melimpah, hidrogen banyak dimanfaatkan di berbagai bidang, salah satunya sebagai bahan bakar untuk hydrogen fuel cell (HFC). Hidrogen tidak tersedia bebas di alam, tetapi harus diekstrak dari molekul-molekul yang mengandung unsur hidrogen seperti minyak, gas alam dan air. Salah satu metode untuk memproduksi hidrogen adalah elektrolisis air, yaitu pemisahan molekul-molekul air menjadi unsur penyusunnya (gas hidrogen dan gas oksigen) dengan cara mengalirkan arus listrik searah pada larutan elektrolit (aquades dan katalis NaOH) melalui elektroda. Produksi gas hidrogen dengan metoda elektrolisis ini menggunakan elektroliser sel seri. Larutan elektrolit yang digunakan adalah NaOH dengan konsentrasi 4% b/v. Elektroda yang digunakan terbuat dari dua bahan yang berbeda dengan tujuan untuk melihat pengaruh dari jenis elektroda terhadap efisiensi arus dan jumlah gas hidrogen yang dihasilkan. Selain itu, dilihat juga pengaruh luas penampang elektroda. Pengujian kinerja dilakukan selama 10 menit dengan mencatat arus setiap 1 menit sekali dan volume gas hidrogen setelah proses elektrolisis selesai. Dari perhitungan efisiensi arus dan jumlah gas hidrogen yang dihasilkan dapat disimpulkan bahwa elektroda SS 430 mempunyai efisiensi arus dan jumlah gas hidrogen yang lebih besar daripada elektroda SS 304 dan luas penampang elektroda yang paling bagus adalah dengan jumlah sel 8 buah. Nilai efisiensi arus yang dihasilkan sebesar 67,23 % dan gas hidrogen yang dihasilkan sebesar 0,397 liter. Kata kunci: elektrolisis, hidrogen, elektroda, elektrolit, elektroliser, efisiensi arus.
ii
ABSTRACT
Hydrogen gas is the most abundant element in the universe with the percentage of approximately 75%. With this amount, hydrogen widely used in various fields, one of them as fuel for hydrogen fuel cell (HFC). Hydrogen is not freely available in nature, but must be extracted from the molecules that contain hydrogen elements such as oil, natural gas and water. One method for producing hydrogen is the electrolysis of water, that is the separation of water molecules into their compiler elements (hydrogen and oxygen gas) by using a direct electric current in an electrolyte solution (water and NaOH catalyst) trough an electrode. Production of hydrogen gas by electrolysis method uses a series of cells electrolyzer. Electrolyte solution used was NaOH with a concentration of 4% w/v. Electrodes used are made of two different materials in order to see the influence of them on the current efficiency and the amount of hydrogen gas produced. The influence of electrode area is also being seen. Performance testing conducted for 10 minutes to record the current once every 1 minute and the volume of hydrogen gas after the electrolysis process is complete. From the calculation of the current efficiency and the amount of hydrogen gas produced can be concluded that SS 430 electrodes has current efficiency and the amount of hydrogen gas that is greater than SS 304 electrodes and the best electrode area is 8 pieces cells. The resulting value of current efficiency is 67,23% and the hydrogen gas produced is 0,397 litres. Keywords: electrolysis, hydrogen, electrodes, electrolytes, electrolyzer, current efficiency.
iii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
LEMBAR PENGESAHAN
LEMBAR PERSEMBAHAN
KATA PENGANTAR ............................................................................. i ABSTRAK ................................................................................................ ii ABSTRACT .............................................................................................. iii
DAFTAR ISI ............................................................................................. iv DAFTAR TABEL .................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ................................................................................ viii DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................. x BAB I PENDAHULUAN ......................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1 1.2 Tujuan Penelitian ......................................................................... 3 1.3 Ruang Lingkup Penelitian ............................................................ 3 1.4 Tahapan Penelitian ....................................................................... 4 1.5 Sistematika Penulisan .................................................................. 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .............................................................. 7 2.1 Tinjauan Umum ........................................................................... 7 2.2 Air ................................................................................................ 8 2.3 Hidrogen ...................................................................................... 8 2.3.1
Definisi Hidrogen ............................................................. 8
2.3.2
Sejarah Hidrogen ............................................................. 9
2.3.3
Manfaat Hidrogen ............................................................ 10
iv
2.3.4
Produksi Hidrogen ........................................................... 12
2.4 Elektrolisis ................................................................................... 15
2.4.1
Elektrolisis Air ................................................................. 17
2.4.2
Elektroda .......................................................................... 19
2.4.3
Elektrolit .......................................................................... 21
2.4.4
Tegangan Kerja ................................................................ 22
2.4.5
Arus .................................................................................. 23
2.4.6
Resistansi ......................................................................... 24
2.4.7
Reaktor Sel Elektrokimia ................................................. 24
2.4.8
Hukum Faraday dan Efisiensi Arus ................................. 27
2.5 Gas Oksihidrogen (HHO) ........................................................... 28 BAB III METODOLOGI PENELITIAN .............................................. 30 3.1 Tahap Persiapan ........................................................................... 30 3.1.1 Dimensi Elektroliser ......................................................... 30 3.1.2 Tahap Pengujian Awal ..................................................... 36 3.2 Tahap Pengujian Kinerja .............................................................. 36 3.2.1
Tahap Pembuatan Elektrolit ............................................. 36
3.2.2
Tahap Pengujian Kinerja .................................................. 36
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................. 38 4.1 Tahap Persiapan ........................................................................... 38 4.1.1. Elektroliser ....................................................................... 38 4.1.2. Tahap Pengujian Awal ..................................................... 41
v
4.2 Pengujian Kinerja Elektroliser ..................................................... 41
4.2.1. Pengaruh Jenis Elektroda ................................................. 41 4.2.2. Pengaruh Luas Penampang Elektroda ............................. 43
BAB V SIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 46
5.1 Simpulan ...................................................................................... 46 5.2 Saran ............................................................................................ 46
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... 47
LAMPIRAN ..............................................................................................
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat-sifat Air ........................................................................... 8
Tabel 2.2 Sifat-sifat Hidrogen ................................................................. 9
Tabel 2.3
Daftar Karakteristik Biaya Dan Kinerja Proses Produksi Hidrogen .................................................................................. 14
Tabel 2.4 Spesifikasi Stainless Steel grade 304 ...................................... 20
Tabel 2.5 Spesifikasi Stainless Steel grade 430 ...................................... 21
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Jalur Produksi Hidrogen ................................................... 12
Gambar 2.2
Sel Elektrolisis ................................................................. 16
Gambar 2.3
Elektrolisis Air ................................................................. 17
Gambar 2.4
Elektroliser ....................................................................... 25
Gambar 2.5
Elektroliser Sel Seri .......................................................... 26
Gambar 3.1 a) Main Plate Electrode 2 Dimensi ...................................... 31 Gambar 3.1 b) Main Plate Electrode 3 Dimensi ...................................... 31 Gambar 3.1 c) Main Plate Electrode 2 Dimensi Ujung ........................... 32 Gambar 3.2 d) Main Plate Electrode 3 Dimensi Ujung ........................... 32 Gambar 3.2 a) Spacer Ring 2 Dimensi ..................................................... 33 Gambar 3.2 b) Spacer Ring 3 Dimensi ..................................................... 33 Gambar 3.3 a) End Plate 2 Dimensi ........................................................ 34 Gambar 3.3 b) End Plate 2 Dimensi ........................................................ 34 Gambar 3.4
Perangkaian Elektroliser .................................................. 35
Gambar 3.5
Elektroliser setelah dirangkai ........................................... 35
Gambar 3.6
Pengukuran Arus .............................................................. 37
Gambar 3.7
Pengukuran Volume Gas Hidrogen ................................. 37
Gambar 4.1
Main Plate Electrode ....................................................... 38
Gambar 4.2
Spacer Ring ...................................................................... 39
Gambar 4.3
End Plate .......................................................................... 39
viii
Gambar 4.4
Elektroliser ....................................................................... 40
Gambar 4.5
Kurva Efisiensi Arus terhadap Jenis Elektroda ................ 42
Gambar 4.6
Kurva Jumlah Gas Hidrogen terhadap Luas Penampanag
Elektroda .......................................................................... 42
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Larutan Elektrolit dan Elektroda SS 430 setelah proses Elektrolisis ....................................................................... 43 Kurva Efisiensi Arus terhadap Luas Penampang Elektroda .......................................................................... 45
Gambar 4.9
Kurva Jumlah Gas Hidrogen terhadap Luas Penampang Elektroda ......................................................................... 45
ix
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A
PROSEDUR PERCOBAAN
LAMPIRAN B
ALAT DAN BAHAN
LAMPIRAN C
DATA PENGAMATAN
LAMPIRAN D
CONTOH PENGOLAHAN DATA
LAMPIRAN E
GAMBAR DAN ALAT
LAMPIRAN F
MSDS BAHAN
x
DAFTAR PUSTAKA
[1] Palmer, David (13 November, 1997). "Hydrogen in the Universe". NASA. Tersedia http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/971113i.html
(Diakses pada 22/12/2011 15.58).
[2]
Staff (2007). "Hydrogen Basics — Production". Florida Solar Energy Center.
Tersedia
http://www.fsec.ucf.edu/en/consumer/hydrogen/basics/production.html (Diakses pada 22/12/2011 14.35).
[3]
Anonim.
2009.
“Kegunaan
Gas
Hidrogen”
Tersedia
http://anekailmu.blogspot.com/2009/11/kegunaan-gas-hidrogen.html (Diakses pada 23/01/12 12.36) [4]
Anonim
(2011)
“Hidrogen”.
Wikipedia
http://id.wikipedia.org/wiki/Kendaraan_hidrogen
Indonesia. (Diakses
Tersedia pada
22
/12/2011 13.45) [5]
Nizar, Muhammad. 2007. “Pra RencanaPabrik Pembuatan HidrogenDengan Metode Gasifikasi Kayu KaretBertekanan Rendah”. Palembang. Universitas Sriwijaya
[6]
Andrews, A.C. (1968). "Oxygen". di dalam Clifford A. Hampel. The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Reinhold Book Corporation.
[7]
Ranta, tero. 2006. “High efficiency series cell electrolyzer”.
[8]
Anonim. 1976. ”Gas Encyclopedia”. USA. Air Liquide and Elsevier. Tersedia http://encyclopedia.airliquide.com/encyclopedia.asp?LanguageID=11&Cou ntryID=19&Formula=&GasID=36&UNNumber= 25/06/2012 16.14)
47
(Diakses
Pada
Daftar Pustaka
| 48
[9]
Ivansoo.
2010.
“What
is
Electrolysis”.
http://wiki.answers.com/Q/What_is_electrolysis#ixzz1zKL4finS
Tersedia (Diakses
pada 01/07/2012 07.42)
[10] S
Hamdani.
2009.
“Sel
Elektrolisis”.
http://catatankimia.com/catatan/elektrokimia.html/sel-elektrolisis
Tersedia (diakses
pada 10/07/2012 14.13)
[11] Anonim.
2011.
“Air,
Elektrolisis
Air
dan
Hidrogen”.
Tersedia
http://ecopowerbooster.blogspot.com/2012/04/air-elektrolisis-air-danhidrogen.html. (Diakses pada 10/072012 14.26) [12] Dewi , Eniya L. 2011.
“Potensi Hidrogen sebagai Bahan Bakar untuk
Kelistrikan Nasional”. Yogyakarta. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia “Kejuangan” - Pengembangan Teknologi Kimia untuk Pengolahan Sumber Daya Alam Indonesia ISSN 1693 – 4393. [13] Ganesha Tri Chandrasa, 2010, “Penelitian teknik pembuatan hidrogen dengan elektrolisa larutan air-metanol dan energi surya photovoltaic 1.2 kW”, Prosiding Seminar Tjipto Utomo, ISSN 1693-1750, pp C4-1 – C4-9. [14] Linus Pauling. 1970 “General Chemistry”. San Francisco, Section 15-2 [15] R. J. D. Tilley. 2004. “Understanding solids: the science of materials”. John Wiley and Sons. pp. 281–. ISBN 978-0-470-85276-7. [16] Scott, Keith. 1995. “Electrochemcial Process for Clean Technology”. Newcastle. The Royal Society of Chemistry. pp 31 - ISBN 0-85404-506-6 [17] Anonim. “304/304L Stainless Steel Data Sheet”. AK Steel Corporation [18] Anonim. “430 Stainless Steel Data Sheet”. AK Steel Corporation
Pengaruh Jenis dan Luas Penampang Elektroda pada Proses Elektrolisis
Daftar Pustaka
| 49
[19] Achmad, Hiskia. 1992. “Elektrokimia dan Kinetika Kimia”. Bandung. Citra
Aditya Bakti.
[20] Anonim. “Brown's Gas - Oxyhydrogen - HHO, What is it?” Tersedia
http://brownsgas.com/browns-gas-oxyhydrogen-hho-gas/what-is-browns-
gas.html (Diakses pada 12.20 14/02/2012)
[21] Andewi, N.M.A. Yasmihta dan Wahyono, Hadi. 2011. “Produksi Gas Hidrogen Melalui Prose Elektrolisis Air sebagai Sumber Energi”. Surabaya.
ITS Surabaya. [22] Saleh, Rosari dan Sutarto. “Bab 5 Arus Listrik, Resistansi dan Arus Searah”. [23] Armfield.
2006.
“Water
treatment
procces”.
htttp://www.armfield.co.uk (diakses 13.25 16 /01./2012)
Pengaruh Jenis dan Luas Penampang Elektroda pada Proses Elektrolisis
Tersedia
