Penyimpanan Gas H2 dan Uji Daya Listrik dengan Fuel Cell

I. Pendahuluan 

1.1      Latar Belakang

            Perkembangan teknologi memiliki dampak yang positif dan negatif bagi suatu negara di dunia. Indonesia salah satu negara yang mengalami dampak dari perkembangan teknologi. Salah satu perkembangan teknologi yang dirasakan di Indonesia yaitu bertambahnya jumlah kendaraan bermotor. Semakin bertambahnya jumlah kendaraan bermotor maka semakin banyak persediaan bahan bakar minyak bumi yang disediakan oleh negara. Namun, Indonesia saat ini mengalami krisis energi, dimana persediaan energi sperti minyak bumi, batu bara dan energi lainnya semakin menipis. Dengan semakin berkembangnya teknologi maka energi yang dibutuhkan meningkat. Baterai yang berbahan bakar hidrogen (Hydrogen Fuel Cell) adalah teknologi baru yang sedang dikembangkan, dimana tenaga listrik dalam jumlah besar dapat dihasilkan dari gas hidrogen. Pabrik-pabrik baru dapat dibangun dekat dengan laut untuk melakukan proses elektrolisis air laut guna memproduksi hidrogen. Namun, gas hidrogen sangat langka di atmosfer bumi karena beratnya yang ringan sehingga menyebabkan gas hidrogen lepas dari gravitasi bumi. Walaupun demikian, hidrogen masih merupakan unsur paling melimpah di permukaan bumi. Gas yang bebas polusi ini lantas dapat dialirkan melalui pipa-pipa dan disalurkan ke daerah-daerah pemukiman dan kota-kota besar. Gas hidrogen juga dihasilkan oleh beberapa jenis bakteri dan ganggang. Hidrogen dapat dibuat dalam laboratorium melalui proses elektrolisis air atau dengan  mereaksikan oksida-oksida alkali dengan logam Al.

                Fuel cell berbasis alumunium alkalin-udara sangat ramah lingkungan karena produk sampingnya adalah air dan bahan kimia (aluminum oksida (Al2O3) dan aluminum hidroksida Al(OH)3 yang dibutuhkan industri pemurnian air dan industri kertas serta alat-alat elektronik. Penelitian produksi gas hidrogen dari limbah Alumunum Foil dengan menggunakan katalis NaOH, sampai menghasilkan daya listrik dan penyimpanannya. Produksi gas hidrogen melalui jalur ini selain memanfaatkan limbah di lingkungan sekitar juga merupakan energi yang mudah dikonversikan menjadi listrik dan bahan bakar, aman untuk lingkungan, karena tidak menyisakan limbah beracun, dan bersih, hanya air dan bahan kimia seperti aluminium hidroksida Al(OH)3 yang dapat digunakan kembali

1.2      Tujuan Percobaan

            Mengetahui gas hidrogen yang dihasilkan dapat menghantar daya listrik dengan fuel cell dan dapat membuat alat untuk menyimpan gas hidrogen.

1.3      Prinsip Percobaan

        Gas hidrogen disintesis dengan cara melarutkan pellet NaOH dengan  aquades, kemudian ditambahkan serbuk logam Al. Gas yang terbentuk kemudian ditampung dengan menggunakan balon. Gas hidrogen yang ditampung dialirkan dengan fuel cell menghasilkan daya listrik.

  II. Tinjauan pustaka 

                Sel bahan bakar atau fuel cell adalah sebuah alat elektrokimia yang mirip dengan baterai, tetapi berbeda karena dia dirancang untuk dapat diisi terus reaktannya yang terkonsumsi; yaitu dia memproduksi listrik dari penyediaan bahan bakar hidrogen dan oksigen dari luar. Hal ini berbeda dengan energi internal dari baterai. Sebagai tambahan, elektrode dalam baterai bereaksi dan berganti pada saat baterai diisi atau dibuang energinya, sedangkan elektrode sel bahan bakar adalah katalitik dan relatif stabil.

            Reaktan yang biasanya digunakan dalam sebuah sel bahan bakar adalah hidrogen di sisi anode dan oksigen di sisi katode (sebuah sel hidrogen). Biasanya, aliran reaktan mengalir masuk dan produk dari reaktan mengalir keluar. Sehingga operasi jangka panjang dapat terus menerus dilakukan selama aliran tersebut dapat dijaga kelangsungannya.

            Media penyimpanan energi adalah suatu metode atau alat untuk menyimpan beberapa bentuk energi yang bisa diambil pada suatu waktu tertentu untuk berbagai kepentingan. Alat yang digunakan untuk menyimpan energi kadang-kadang disebut dengan akumulator. Semua bentuk energi yang termasuk ke dalam energi potensial (misal: energi kimia,energi listrik, dan sebagainya) atau energi termal dapat disimpan. 

            Sekarang ini, Hidrogen sedang dikembangkan sebagai media penyimpanan energi. Hidrogen bukanlah sumber energi utama, namun metode penyimpanan energi yang portable, karena hidrogen harus dibuat oleh sumber energi lain. Namun, sebagai media penyimpanan energi, mungkin akan signifikan jika dilihat perannya sebagai energi terbarukan.

            Hidrogen dapat digunakan pada mesin pembakaran internal konvensional atau pada fuel cell yang mengubah energi kimia secara langsung menjadi energi listrik tanpa pembakaran.Proses produksi hidrogen membutuhkan proses pengubahan gas alam oleh uap, atau dengan cara yang mungkin lebih ekologis, elektrolisis air menjadi hidrogen dan oksigen. Cara yang lama menghasilkan karbon dioksida dalam prosesnya sebagai hasil sampingan.

            Dengan energi terbarukan yang tidak bisa selalu tersedia seperti energi angin dan matahari, output dari kedua energi itu mungkin dapat menjadi energi listrik untuk melakukan elektrolisis. Apapun kemungkinannya, apakah kemampuan konversi energi matahari dan angin menjadi listrik cukup rendah atau energi yang dibutuhkan untuk mengubah air menjadi hidrogen cukup besar, hidrogen hanya akan menjadi media penyimpanan energi dan digunakan hanya jika dibutuhkan.

            Efisiensi penyiimpanan hidrogen umumnya berkisar 50 hingga 60% secara keseluruhan, yang berarti lebih rendah dibandingkan baterai. Dibutuhkan sekitar 50 kWh untuk memproduksi satu kilogram hidrogen dengan elektrolisis, sehingga biaya listrik untuk memproduksinya adalah hal yang penting untuk dibahas. Jika menggunakan harga standar Rp. 294,00 per kWh, maka akan dibutuhkan biaya sebesar Rp. 14.700,00 per kg hidrogen, namun itu belum termasuk biaya lainnya seperti alat elektrolisis, kompresor atau pengembunan, penyimpanan, dan transportasi yang besarnya tidak dapat diabaikan.

  III. Alat dan Bahan
 

a. Alat :

-  1 buah botol kaca

-  1 selang pompa

-  1 buah tutup botol

-  1 buah pentil ban sepeda

-  1 buah bor kecil

-  1 buah balon

-  1 set alat hidrogen storage

b. Bahan :

-  0,8 gram Alumunium foil

-  50 ml H2O

  IV.Cara Kerja
  
      4.1      Cara pembuatan alat penyimpanan hidrogen 
              1.     Siapkan 1 botol kaca beserta tutupnya, 1 selang pompa baru, 1 buah tutup botol, 1 pentil ban sepeda bekas,dan 1 bor kecil 
               2.    Lubangi 2 tutup botol menggunakan bor kecil 
               3.    Tutup botol pertama diisi pentil sepeda bekas di lubangnya. 
               4.      Pentil sepeda dihubungkan ke keran selang pompa 
               5.     Tutup botol kedua di masuki satu sisi selang pompa
            6.   Tutup botol kedua berfungsi sebagai tutup dari botol kaca tempat   mereaksikan alumunium foil dengan naoh 3M 0,8 gram.
  
       4.2      Cara uji daya listrik fuel cell

1.     Disiapkan alat hidrogen storage yang dibuat sederhana

2.    Disiapkan 3M NaOh 50 ml

3.    Disiapkan kertas alumunium foil 0,8 gram

4.    Dimasukkan alumunium dan NaOh kedalam wadah botol kaca yg ada pada alat hidrogen storage

5.    Direndam botol kaca dalam air agar tidak panas

6.    Dimasukkan gas hasil pencampuran naoh dan alumunium foil ke dalam sebuah balon

7.    Setelah tertampung di balon, hubungkan gas yg di balon menggunakan selang ke lubang yang ada di membran fuel cell

8.    Amati apa yang terjadi apakah kipas berputar dan lampu menyala atau tidak

9.    Catat daya yang dihasilkan dari lampu yang menyala

  V.    Hasil dan Pembahasan 

Jenis Uji	Keterangan
	ya	tidak
Terdapat Gas Hidrogen	ü
Lampu Menyala	ü
Kipas berputar	ü
Gas Hidrogen tertampung di wadah	ü

            Lampu yang menyala berkekuatan 0,883 watt

            Percobaan kali ini adalah percobaan uji hidrogen yang merupakan lanjutan percobaan sebelumnya yaitu sintesis hidrogen dari limbah aluminium dengan NaOH sebagai katalis. Pemilihan NaOH sebagai reaktan dalam produksi hidrogen dikarenakan NaOH dapat bereaksi dengan limbah alumunium AF dalam waktu yang cepat berdasarkan percobaan sebelumnya.

Gas Hidrogen yang dihasilkan ditampung dalam suatu wadah untuk diuji daya listriknya. Pada percobaan ini gas hidrogen ditampung dalam suatu balon yang dihubungkan dengan kran. Sehingga saat dilakukan uji daya listrik kran pada balon dibuka dan gas hidrogen akan mengalir pada membran fuel cell.

Uji daya listrik ini dilakukan untuk mengetahui berapa besar daya (watt) yang dihasilkan oleh limbah alumunium dan tentunya sebagai aplikasi dari produksi hidrogen. Alat yang digunakan adalah alat uji listrik membran fuel cell dengan bahan hidrogen. Hasil uji daya listrik menggunakan limbah alumunium yang diuji terlihat pada tabel 1. Lampu yang terdapat pada membran fuelcell menyala dan kipas berputar, hal itu menandakan bahwa terdapatnya gas hidrogen yang dapat membangkitkan listrik pada membran fuelcell. Hal ini sesuai dengan reaksi pada membran fuel cell:

2H₂ + O_{2 ————–>}   2H₂O

Pada anoda hidrogen di oksidasi menjadi proton:

2H_{2 ————–>}   4H⁺ + 4 e-

Setiap molekul H₂ terpecah menjadi dua atom H⁺(proton), sedang setiap atom hydrogen melepaskan elektronnya. Proton ini akan bergerak menuju katoda melewati membran. Elektron yang terbentuk akan menghasilkan arus listrik kalau dihubungkan dengan penghantar listrik menuju katoda. Pada katoda oksigen diubah menjadi H₂O

O₂ + 4H⁺ + 4 e- _{————–>}   2H₂O

Dari hasil yang didapat dikatakan bahwa gas hidrogen dapat  digunakan sebagai bahan pembangkit listrik.

VI.     KESIMPULAN

 

Gas hidrogen yang dihasilkan dari reaksi antara Aluminium Foil dan Naoh dapat menghantarkan daya listrik.