Artikel Ilmiah: Potensi Produksi Gas Hidrogen dengan Prinsip Elektrolisis Air sebagai Alternatif Sumber Energi Masa Depan yang Ramah Lingkungan

Potensi Produksi Gas Hidrogen dengan Prinsip Elektrolisis Air sebagai Alternatif Sumber Energi Masa Depan yang Ramah Lingkungan

Ahmad Amjad Muzani (13630019)

Jurusan Kimia UIN Sunan Kalijaga

e-mail : amzn3931@gmail.com

Pendahuluan

            Manusia yang hidup saat ini sangat tergantung pada sumber energi untuk menjalakan aktivitasnya, baik pada skala rumah tangga maupun pada skala industri. Menurut Brian Yuliarto PhD, dosen Teknik Fisika ITB, saat ini total kebutuhan energi di seluruh dunia mencapai 10 Terra Watt (setara dengan 3 x 10²⁰ Joule/ tahun) dan diprediksi jumlah ini akan terus meningkat hingga mencapai 30 Terra Watt pada tahun 2030. Kebutuhan yang meningkat terhadap energi juga pada kenyataanya bertabrakan dengan kebutuhan umat manusia untuk menciptakan lingkungan yang bersih dan bebas dari polusi. Berbagai konsideran ini menuntut perlunya dikembangkan sumber energi alternatif yang dapat menjawab tantangan di atas tersebut.¹

            Data dari Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral menunjukkan bahwa sumber energi yang paling banyak digunakan di Indonesia pada tahun 2012 berasal dari bahan bakar minyak, yaitu sebanyak 363,83 Million BOE.² Berdasarkan data realisasi konsumsi BBM subsidi tiga tahun terakhir, pada 2012 konsumsi BBM subsidi 3,02 juta kL di atas 2011 sebesar 41,76 juta kL, lalu realisasi 2011 sebesar 3,5 juta kl di atas 2010 sebesar 38,26 juta kL³. Kepala BPH Migas Andy Noorsaman Sommeng menegaskan³,"Konsumsi BBM 2012 naik 4,95% dibandingkan 2011 sebesar 71,526 juta kL. Pada 2011, konsumsi nasional terdiri dari subsidi 41,784 juta kL dan non subsidi 29,742 juta kL". Penggunaan bahan bakar minyak yang semakin meningkat ini tentunya tidak akan bisa diimbangi dengan ketersediaanya di bumi, karena sumber daya tersebut tidak dapat diperbarui lagi.

            Kontinuitas penggunaan bahan bakar minyak memunculkan paling sedikit dua ancaman serius: (1) faktor ekonomi, berupa jaminan ketersediaan bahan bakar fosil untuk beberapa dekade mendatang, masalah suplai, harga, dan fluktuasinya (2) polusi akibat emisi pembakaran bahan bakar fosil ke lingkungan. Polusi yang ditimbulkan oleh pembakaran bahan bakar fosil memiliki dampak langsung maupun tidak langsung kepada derajad kesehatan manusia. Polusi langsung bisa berupa gas-gas berbahaya, seperti CO, NOx, dan UHC (unburn hydrocarbon), juga unsur metalik seperti timbal (Pb). Sedangkan polusi tidak langsung mayoritas berupa ledakan jumlah molekul CO₂ yang berdampak pada pemanasan global (Global Warming Potential).⁴

            Oleh karena itu diperlukan sumber energi baru yang dapat diperbarui dan tentunya ramah lingkungan. Salah satu energi yang diharapkan dapat dikembangkan untuk mengganti bbm adalah energi hidrogen yang dihasilkan dari proses elektrolisis. Energi ini dapat diperbaharui karena bahan baku utamanya adalah air yang tersedia melimpah di bumi. Energi ini akan ramah lingkungan karena hasil pembakaran hidrogen dengan oksigen akan menghasilkan air.

Mengenal Elektrolisis

Elektrolisis adalah suatu proses untuk memisahkan senyawa kimia menjadi unsur - unsurnya atau memproduksi suatu molekul baru dengan memberi arus listrik. Sedangkan elektrolisis air adalah proses elektrolisis yang dimanfaatkan untuk memecah molekul air (H₂O) menjadi Hidrogen (H₂) dan Oksigen (O₂). Proses elektrolisis air dapat terjadi dengan setengah reaksi asam ataupun basa (alkaline electrolysis) ataupun keduanya. Pada kedua jenis reaksi diatas gas Hidrogen juga dihasilkan pada elektroda negatif (katoda) dan gas oksigen dihasilkan pada elektroda positif (anoda).⁵

Elektrolisis merupakan proses kimia yang  mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Komponen terpenting dari proses elektrolisis ini adalah elektroda dan larutan elektrolit. Pada proses elektrolisis diperlukan dua buah, yaitu katoda sebagai kutub negatif dan anoda sebagai kutub positif. Alat yang digunakan untuk menguraikan air  disebut dengan elektroliser (electrolyzer). Di dalam elektroliser, air(H2O) dipecah menjadi gas HHO atau sering disebut sebagai brown gas. Elektroliser juga merupakan istilah lain untuk menyebut generator hydrogen. Elektroliser menghasilkan hydrogen dengan cara mengalirkan arus listrik pada media air yang  mengandung larutan elektrolit. Medan magnet akan mengubah struktur atom hydrogen (H2) dan Oksigen (O2) pada air dari bentuk diatomic menjadi monoatomik. Selain itu, ikatan neutron yang mengikat partikel H dan O akan terlepas, sehingga partikel H akan tertarik ke kutub positif dan partikel O akan tertarik ke kutub negatif elektroliser. Inilah yang disebut sebagi disosiasi. Sejalan dengan proses tersebut, volume dan gelembung gas H dan O yang melekat pada ‘fin’ elektroliser akan bertambah, terlepas  mengambang, dan kemudian bergerak naik. Saat gelembung gas hydrogen dan oksigen monoatomik terlepas dari permukaan air,  partikel gas tersebut akan berikatan kembali diruang udara sebagai brown gas atau gas HHO.⁶

Aplikasi pada kendaraan bermotor

Dalam beberapa penelitian yang telah ada menunjukkan bahwa penerapannya pada kendaraan bermotor dapat meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar dan meningkatkan torsi. Pada penelitian yang dilakukan oleh Iqbal Wahyudzin dan Harus Laksana Guntur, dikembangkan prototipe generator gas HHO (Brown Gas) dengan sistem kering. Sebagai elektroda digunakan baja SS 304 dan sebagai katalis KOH 25%. Prototipe alat diuji karakteristiknya, yaitu konsumsi daya listrik, laju produksi gas HHO, kadar gas Hidrogen (H₂) pada gas HHO dan efisiensi energi dari alat. Kemudian prototipe alat di uji cobakan pada kendaraan bermesin injeksi 1300 cc. Konsumsi bahan bakar, daya engine dan emisi gas buang diukur sebelum dan sesudah kendaraan menggunakan generator gas HHO. Dari hasil penelitian ini generator Brown gas dry cell enam ruang didapatkan campuran elektrolit berupa 25% KOH dan 75 % aquades dengan konsumsi daya listrik sebesar 67,2 Wat yang menghasilkan flowrate sebesar 4,6 ml/s. Setelah dilakukan pengujian pada kendaraan Toyota Avanza1300cc didapatkan peningkatan torsi sebesar 6,2 % dan daya yang dihasilkan sebesar 6,16 %. Penurunan nilai sfc terbesar pada mobil Toyoyta Avanza1300 cc yaitu 14,70%. Tingkat emisi gas buang CO2 menurun 15,31% sedangkan nilai HC menurun 16,27 % dan nilai NOx menurun sebesar 19%.⁵

Hasil dari penelitian yang dilakukan oleh Dhika Ramadhanny Putra, menunjukkan bahwa gas hasil elektrolisis juga meningkatkan kinerja mesin diesel. Pengaruh gas hasil elektrolisis terhadap unjuk kerja motor diesel berbahan bakar MDO cukup besar, sehingga diharapkan dengan adanya gas elektrolisis tersebut dapat meningkatkan performa dari motor diesel terutama terhadap konsumsi bahan bakar MDO. ⁶

Selain itu, hasil penelitian yang dilakukan oleh Diana Fitriah dan Wahyono Hadi menunjukkan bahwa hydrogen electrolyzer dengan kombinasi bentuk elektroda plat dan volume elektrolit 270 mL mampu menurunkan konsumsi bahan bakar sebesar 19.2%. Pada hydrogen electrolyzer dengan bentuk elektroda silinder dan volume larutan elektrolit 270 mL diperoleh persentase terbesar untuk penurunan emisi CO sebesar 80.18%. Untuk pengujian emisi HC, persentase penurunan terbesar terjadi pada hydrogen electrolyzer dengan variasi bentuk elektroda plat dan volume elektrolit 270 mL yaitu sebesar 43.72%.⁷

Kesimpulan

            Berdasarkan beberapa penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa hidrogen dapat diproduksi dengan proses elektrolisis air dan sangat berpotensi untuk dikembangkan lebih lanjut sebagai energi alternatif masa depan yang efisien dan ramah lingkungan.

Daftar Pustaka

(1)        Brian Yuliarto PhD (terakhir). Solar Sel Sumber Energi Terbarukan Masa Depan http://esdm.go.id/berita/artikel/56-artikel/4034-solar-cell-sumber-energi-terbarukan-masa-depan-.html (accessed Jan 7, 2014).

(2)        Ego Syahrial; Rinaldi Adam; Suharyati; Nunung Ajiwihanto; R.R. Fifi Indarwati; Feri Kurniawan; Agung Kurniawan; Vony Mela Suzanti. 2012 Handbook of Energy & Economic Statistics of Indonesia; PUSDATIN ESDM: Jakarta, 2012.

(3)        Konsumsi BBM Bersubsidi 2013 Bisa Tembus 49 Juta Kiloliter http://bisnis.liputan6.com/read/510651/konsumsi-bbm-bersubsidi-2013-bisa-tembus-49-juta-kiloliter (accessed Jan 7, 2014).

(4)        Yuli Indartono. Bioethanol, Alternatif Energi Terbarukan: Kajian Prestasi Mesin dan Implementasi di Lapangan http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1121436790 (accessed Jan 7, 2014).

(5)        Iqbal Wahyudzin; Harus Laksana Guntur. 2012, 1, 1.

(6)        Dhika Ramadhanny Putra. 2009, 1.

(7)        Diana Fitriah; Wahyono Hadi. 2009.