BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dari tahun ke tahun sumber daya alam minyak bumi, ketersediannya di

muka bumi ini semakin menipis. Hubungan ketersediaan bahan bakar dan

konsumsi akan bahan bakar ini berbanding terbalik. Semakin meningkatnnya

permintaan atau konsumsi akan bahan bakar maka ketersediaan bahan bakar akan

semakin menurun dan dapat diperkirakan bahan bakar tersebut lama kelamaan

dapat habis. Seperti diketahui keberadaan akan bahan bakar tersebut merupakan

sumber daya alam yang tidak dapat diperbahaui. Inilah yang menyebabkan

masyarakat khususnya kalangan ilmuwan berlomba-lomba intuk mencari

alternatif lain yang dapat digunakan sebagai penganti bahan bakar minyak bumi.

Salah satu alternatif yang digunakan yaitu dengan memanfaatkan air

(H2O). Karena telah diketahui, secara kuantitas kandungan air di permukaan bumi

sangat melimpah ruah. Kurang lebih 70 % permukaan bumi ditutupi oleh air dan

persediannya mencapai 1,4 triliun km3 (330 juta mil3). Dan salah satu faktor

lainya yaitu pergerakan atau siklus air yang tiada hentinya menyebabkan

ketersediaan akan air ini tidak habis dengan pengelolaan yang baik. Pemanfaatan

air sebagai bahan bakar disebut Brown Gas yanng merupakan campuran dari gas-

gas hidrogen hidrogen oksigen (HHO) yang diperoleh dari hasil elektrolis air

murni dengan bantuan katalis (Putra). Gas HHO ini akan dialirkan kedalam

kabulator mesin motor, sehingga akan bercampur dengan bensin dan

1

kemungkinan akan meningkatkan daya bakar dari bensin. Hal ini ditambahkan

juga oleh Sutomo et all; (2010) bahwa HHO dari elektroliser akan meningkatkan

pada mesin sehingga keperluan atau penggunaan dari bahan bakar akan menurun.

Adapun untuk mempercepat proses pembentukan gas HHO ini, digunakan

katalis KOH. KOH merupakan larutan yang bersifat basa. Menurut Putra (2010).

larutan KOH ini akan mempermudah pemutusan gas hidrogen dan gas oksigen

dalam air dan membentuk HHO. Sehingga diperkirakan semakin banyaknya

konsentrasi dari katalis KOH, akan memperbanyak produksi dari gas HHO.

Demikian juga halnya dengan pengaruh arus yang berasal dari tegangan,

kemungkinan dapat mempercepat produksi gas HHO dari hasil elektrolisis.

Untuk itu dilakukan penelitian lebih lanjut akan pengaruh dari hasil

elektrolisis air yaitu gas HHO pada unjuk kerja dari mesin motor dan konsentrasi

katalis KOH serta variasi arus listrik pada proses elktrolisis air dalam

menghasilkan gas hidrogen dan gas oksigen sebagai penghemat bahan bakar

minyak.

1. 2 Rumusan Masalah

1. Bagaimana pengaruh hasil elektrolisis air (HHO) pada mesin kendaraan

bermotor?

2. Bagaimana pengaruh konsentrasi KOH dan arus listrik dalam

menghasilkan gas HHO?

1.3. Tujuan Penelitian

2

1. Menganalisa produktivitas HHO dari hasil elektrolisis H2O pada

kendaraan bermotor.

2. Menganalisa pengaruh konsentrasi KOH dan arus listrik pada elektrolisis

H2O dalam menghasilkan gas HHO.

1.4. Manfaat Penelitian

1. Memperkenalkan alternatif elektrolisis H2O pada masyarakat.

2. Sebagai alternatif solusi terhadap ketergantungan dalam penggunaan

minyak bumi.

3. Mengurangi polusi dari asap kendaraan bermotor.

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Air

Air (H2O) merupakan salah satu molekul yang bersifat polar yang biasanya

kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari dalam wujud cair. Air sangat banyak

manfaatnya. Salah satunya adalah sebagagai bahan dasar untuk alternatif bahan

bakar minyak. Beberapa ilmuan telah berhasil menjalankan kendaraannya dengan

menggunakan bahan bakar air. Seperti yang ditambahkan oleh Putra, berikut

beberapa percobaan penggunaan air sebagai bahan bakar yaitu:

a. Issac De Rivaz (1752-1828)

Seorang ilmuan asal Swiss. Saat penelitian dilakukan, minyak bumi sebagai

bahan bakar belum ditemukan. Dalam penelitiannya, ia mendisain dan membuat

sendiri mesin pembakaran dalam (internal combustion engine). Meskipun belum

sempurna,

ia merupakan orang pertama yang menggunakan gas hydrogen untuk menjalankan

mobil dengan cara elektrolisis air.

b. Yull Brown (1974)

Seorang peneliti kewarganegaraan Australia yang berdomisili di Sydney. Ia

berhasil menjalankan kendaraannya dengan menggunakan air sebagai bahan

bakarnya. Caranya hamper sama dengan Rivas, yaitu dengan cara

mengelektrolisis air. Gas yang dihasilkan dari proses elektrolisis tersebut diberi

nama Brown Gas dan telah dipatenkan. Ia melakukan elektrolisis air dan

4

menghasilkan gas yang terdiri atas campuran hydrogen dan oksigen secara

sempurna.

c. Stanley Meyer

Berasal dari Ohio Amerika Serikat. Ia berhasil mendesain dan menjalankan

mobilnya tanpa menggunakan bahan bakar minyak, melainkan dengan bahan

bakar gas hydrogen yang berasal dari air. Meyer telah mematenkan hasil

temuannya di Amerika Serikat dengan nomor US Patent 4.936.961 yang bertitel

Method for the Production of a Fuel Gas (26/6/1990). Meyer mengklaim bahwa

temuan yang dipopulerkan dengan nama Water Fuel Cell itu mampu memecah air

(H2O) menjadi Hidrogen (H2) dan Oksigen (O2).

Menurut Notonegoro (2008), kekuatan air ini tidak terlepas dari peran

masing-masing unsur penyusunnya. Yaitu molekul O2 dan H2. kedua unsur ini

bereaksi secara bolak-balik menjadi molekul senyawa H2O. Artinya H2O bisa

dipisah menjadi H2 dan O2 atau sebaliknya. Secara kimia persamaan reaksinya

digambarkan menjadi:

2.2 Fuel Cell

Fuel cell adalah alat yang mampu menghasilkan listrik arus searah. Alat

ini terdiri dari dua buah elektroda, yaitu anoda dan katoda yang dipisahkan oleh

sebuah membrane polymer yang berfungsi sebagai elektrolit. Membran ini sangat

tipis, ketebalannya hanya beberapa mikrometer saja (Suhada,2002)

5

Hidrogen dialirkan ke dalam fuel cell yaitu ke bagian anoda, sedang

oksigen atau udara dialirkan ke bagian katoda, dengan adanya membran, maka gas

hidrogen tidak akan bercampur dengan oksigen. Membran dilapisi oleh platina

tipis yang berfungsi sebagai katalisator yang mampu memecah atom hidrogen

menjadi elektron dan proton. Proton mengalir melalui membran, sedang electron

tidak dapat menembus membran, sehingga elektron akan menumpuk pada anoda,

sedang pada katoda terjadi penumpukan ion bermuatan positif (Suhada,2002)

Apabila anoda dan katoda dihubungkan dengan sebuah penghantar listrik,

maka akan terjadi pengaliran elektron dari anoda ke katoda, sehingga terdapat

arus listrik. Elektron yang mengalir ke katoda akan bereaksi dengan proton dan

oksigen pada sisi katoda dan membentuk air.

Reaksi kimia yang terjadi pada fuel cell

Anoda : 2H2 → 4H+ +4e-

Katoda : 4e- + 4H+ + O2 → 2H2O

Untuk mendapatkan energi yang diolah oleh fuel cell, yaitu dari bahan

baku gas hidrogen, maka perlu diketahui berapa banyak gas hidrogen yang harus

dibawa agar kendaraan dapat beroperasi sesuai dengan standar apabila

menggunakan bahan bakar bensin atau solar.

2.3 Hidrogen

Hidrogen memiliki kelimpahan yang sangat besar dialam. Ditambahkan

oleh Putra (2010) bahwa hidrogen dalam keadaan bebas sangat reaktif sehingga

6

hidrogen terdapat dibumi dalam senyawa air 11,1% berat (11,1%), hidrokarbon

misalnya gas alam 25%, minyak bumi 14% dan karbohidrat, misalnya patih 6%.

Adapun sifat fisika hidrogen adalah sebagai berikut:

Lambang H

Nomor atom 1

Konfigurasi elektron 1s1

Massa atom relative 1,008

Energi Ionisasi/kJmol-1 1310

Kerapatan/g cm-3 0,00009

Titik didih/K 20

Temperatur kritik 33

Jari-jari atom/nm 0,037

Potensi elektroda standard/V 0

Hidrogen digunakan sebagai bahan bakar karena dpat menghasilkan kalor

sebanyak 286 kJ per mol hidrogen (Putra,2010). Dibawah ini terdapat

perbandingan kalor yang dihasilkan oleh hidrogen dan dari bahan bakar lain.

7

Adapun sebab-sebab hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar:

1. Dapat terbakar dalam oksigen membentuk air dan menghasilkan energi.

2. Dapat digunakan dalam sel bahan bakar menghasilkan energi listrik bersama

oksigen.

Keuntungan jika hidrogen digunakan sebahai bakar yaitu:

1. Suatu cuplikan hidrogen jika dibakar akan menghasilkan energi sebanyak kira-

kira tiga kali energi yang dihasilkan bensin dengan berat yang sama.

2. Dalam mesin kendaraan bermotor hidrogen akan terbakar lebih efisien jika

dibandingkan dengan bahan bakar lain.

3. Pembakaran hidrogen kurang menghasilkan polusi. Poltan yang terjadi hanya

oksida nitrogen yang terjadi jika suhu pembakaran sangat tinggi.

4. Mesin yang menggunakan hidrogen mudah diubah agar dpat menggunakan

hidrogen sebagai bahan bakar.

Namun penggunaan hidrogen sebagai alternatif bahan bakar belum dipakai

secara besaran karena produksi hidrogen cukup mahal dan penyimpanan hidrogen

juga sangat susah.

2.4 Elektroliser

Untuk memisahkan antara gas hidrogen dan oksigen ini diperlukan proses

elektrolisis. Alat elerktrolisis merupakan alat yang didalamnya terdapat larutan

elektrolit dan biasanya selalu menggunakan katoda yang sama dalam larutan yang

bersangkutan (Putra,2010)

8

Sutomo et all,2010 menambahkan elektroliser adalah suatu mesin atau alat

yang memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen sehingga menghasilkan

brown gas. Kadang disebut pula dengan nama “hydrogen generator”. Elektrolisis

adalah proses penguraian molekul menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengaliri

arus listrik. Sedangkan elektrolisis air adalah proses penguraian molekul air

menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengaliri arus listrik, proses elektrolisa ini

menghasilkan gas HHO. Reaksi elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut

Gelembung gas hidrogen dan oksigen yang terbentuk dan terkumpul di sekitar

elektroda dan pada proses elektrolisis diperlukan dua buah, yaitu katoda sebagai

kutub negatif dan anoda sebagai kutub positif.

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 (Putra).

9

2.5 Brown Gas

Brown gas merupakan bahan bakar kuat (power full), bersih, mampu

meningkatkan jarak tempuh, dan mengurangi secara signifikan emisi gas buang.

Brown gas yang di produksi oleh elektroliser ditarik kedalam intake manifold,

sehingga bercampur dan berikatan dengan rantai karbon dari bahan bakar. Melalui

rekasi katalitik, brown gas mampu meningkatkan daya bahan bakar hingga 3,8

kali.

Prinsip Kerja Alat Brown Gas

Dengan masuknya brown gas ke dalam ruang bakar mesin, maka secara

langsung akan menaikkan tingkat atau angka oktan bahan bakar. Angka oktan

adalah suatu besaran berupa banyaknya bahan bakar yang dapat ditekan

(compressed) sebelum terbakar. Dengan meningkatnya angka oktan, tenaga yang

ditimbulkan akan lebih kuat, oleh karena pembakaran menjadi lebih sempurna.

Prinsip kerja dari alat brown gas ini sangat sederhana yaitu hanya dengan

menambahkan gas HHO (Hidrogen-Hidrogen-Oksigen). Alat yang disebut

elektroliser ini menghasilkan HHO (2 parts Hydrogen + 1 Oxygen) gas yang

sangat mudah terbakar yang kemudian HHO ini dimasukkan ke intake manifold

pada kendaraan bermotor. Dengan adanya campuran BBM + HHO yang kaya ini

memungkinkan pembakaran menjadi lebih sempurna sehingga BBM menjadi

efisien.

Menurut Sutomo et all; 2011 terbentuknya HHO adalah adanya

kombinasi antara tiga faktor yang bekerja.

10

• Arus listrik searah (DC) yang mengalir melalui tiga komponen yang

bekerja yaitu kawat elektroda.

• Putaran magnet (Magnitude Vortex) yang ditimbulkan oleh elektroda

tersebut.

• Tekanan udara (Vacuum) yang berasal dari mesin itu sendiri.

Adapun menurut Putra, keuntungan mengunakan gas HHO sebagai berikut :

a. Mampu menghemat 15%-37% bahan bakar.

b. Tenaga mesin meningkat, sebab nilai oktan gas hydrogen lebih tinggi, yaitu

sekita 130, dibandingkan bahan bakar minyak (80-100)

c. Napas kendaraan terasa lebih panjang.

d. Gas HHO tidak merusak mesin, tetapi justru menjadikan mesin lebih awet,

sebab pembakaran lebih sempurna.

e. Temperatur mesin stabil.

f. Minyak pelumas (oli) mesin tidak cepat hitam.

g. Suara mesin lebih halus.

h. Lebih ramah lingkungan.

11

BAB III

METODELOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Kimia Fisika Jurusan Kimia, Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Juli 2012 sampai dengan Oktober 2012.

3.2 Alat dan Bahan

Tabung elektrolizer terbuat dari bahan mika (plastik), elektroda 10 buah terbuat

dari bahan stainless, kabel, power supply DC, selang pengukur gas (r=2,5 cm

p=30cm), air tawar dan larutan KOH.

3.3 Rancangan Alat

12

3.4 Langkah Kerja Penelitian

Tabung Elektroliser

Elektrolizer ini terdiri dari 4 bagian, yaitu:

1. tabung, tabung yang digunakan harus dapat tertutup rapat dan tidak bocor.

Dengan demikian gas H2 dan O2 yang dihasilkan akan benar-benar dapat

dimanfaatkan secara maksimal. Untuk tabung ini anda dapat menggunakan

tabung bekas minuman ringan atau apa saja. Botol kecap pun dapat anda

gunakan (seperti yang sudah digunakan oleh peneliti lain). Yang perlu

diperhatikan besarnya mulut tabung agar tidak menyulitkan ketika elektroda

dimasukkan.

2. elektroda, bentuk elektrodanya haruslah dapat menghasilkan gelembung-

gelembung gas dengan jumlah yang cukup besar. Untuk elektrolizer ini saya

menggunakan lembaran kawat ram nyamuk alumunium yang dibentuk menjadi

gulungan.

3. kawat penghubung, berfungsi untuk menghubungkan antara elektroda dengan

sumber listrik yang akan kita pakai.

4. selang plastic, berfungsi untuk mengalirkan gas H2 dan O2 ke mulut karburator.

Yakni dibagian udara masuk sebelum bercampur dengan BBM. Untuk selang

dan sambungannya saya gunakan peralatan akuarium yang banyak di pasaran.

Cara Kerja

13

1. Di dalam tabung elektrolizer dirangkai elektroda positif dan elektroda negatif

yang membentuk 5 sel dan dianalogikan seperti tabung U, dengan ketentuan

elektroda negatif dan elektroda positif bersilangan.

2. Untuk membentuk latutan KOH, direaksikan antara KOH dengan air. Untuk

dapat mengetahui konsentrasi KOH dapat digunakan dengan persamaan:

% konsentrasi larutan = massa (g) KOH x 100/volume (ml) air

Variasi konsentrasi larutan KOH (40 gr) dibuat dengan penambahan air yang

bervariasi.

4. Larutan KOH dimasukkan ke dalam tabung elektroliser.

5. Elektroda positif dan elektroda negatif dihubungkan pasangannya dengan

menggunakan kabel, kemudian diteruskan menuju power supply DC.

6. Arus pada power supply DC diatur sehingga didapatkan gelembung-gelembung

pada permukaan lempeng katoda pada setiap konsentrasi larutan untuk

mendapatkan gas hidrogen dan oksigen yang menghasilkan gelembung-

gelembung tersebut.

7. Lubang keluaran pada tabung elektrolizer diisi air telebih dahulu. Kemudian

dihubungkan dengan selang pengukur gas. Ini dilakukan agar apabila timbul

gas maka gas tersebut akan mendorong air keluar dari selang. Sehingga dapat

dilihat pergerakan airnya.

8. Pergerakan air pada selang pengukur gas diukur dari 0 sampai 30cm, sehingga

dapat dihasilkan waktu tempuh atau kecepatan debit gas yang kemudian

dikonversikan dalam satuan volume.

Persamaan volume pada selang pengukur gas adalah:

14

Volume = πr2.p

1 liter = 1 dm3

1000 ml = 1000cm3

9. Volume gas hasil elektrolisis yang telah diketahui kemudian diuraikan sehingga

didapatkan volume gas hidrogen dan gas oksigen dengan persamaan kimia:

2 KOH + 2 H2O → K2 + 3 H2 + 2 O2

15

DAFTAR PUSTAKA

Notonegoro, Hamdan Akbar. 2008. Membuat Alat Pengubah air Menjadi Bahan

Bakar. Paper Fisika,Universitas Indonesia

Putra, Arbie Marwan. 2010. Analisis Produktivitas Gas Hidrogen dan Gas

Oksigen Pada Elektrolisis Larutan KOH. Jurnal Fisika Neutrino Vol. 2,

No.2.

Putra, Dhika Ramadhanny. Kajian Eksperimental Pengaruh Penggunaan Gas

Hasil Elektrolis Terhadap Unjuk Kerja Motor Diesel. Paper Jurusan

Teknik Sistem Perkapalan, FTK-ITS.

Suhada, Hendrata. 2002. Fuel Cell sebagai Motor Bakar pada Kendaraan. Jurnal

Mesin, Universitas Kristen Petra.

Sutomo, et all. 2011. Pengaruh Elektroliser terhadap Kepekaan Bahan Bakar

pada Mesin Diesel 1 Silinder 20 HP. Jurnal Teknik Mesin, Gema

Teknologi Vol. 16, No. 2.

.

16