MAKALAH KIMIA FISIKA

PENGGUNAAN URINE

SEBAGAI BAHAN

BAKAR HIDROGEN

Nama NIM

Fuad Helmi J3L106015

Kharisma rahmat J3L108011

Natalia Debora J3L108022

Suci Aulia J3L108076

Wulandari J3L207000

ANAL IS I S KIMIA D I PL OMA I PB - 2 0 0 9

2 | P a g e

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha

Esa,karena berkat kemurahanNya makalah ini dapat kami selesaikan

sesuai yang diharapkan.Makalah ini membahas mengenai “Penggunaan

Urine sebagai Bahan Bakar Hidrogen”.Judul tersebut kami angkat

sehubungan dengan keadaan dunia yang membutuhkan alternatif bahan

bakar terbaru sehubungan dengan terjadinya krisis energi akhir-akhir

ini.

Makalah ini dibuat dalam rangka memperdalam pemahaman

mengenai proses elektrolisis dan aplikasinya dalam kehidupan

khususnya sebagai penghasil gas hidrogen yang akan digunakan sebagai

bahan bakar alternatif dan sekaligus untuk memenuhi tugas presentasi

dan makalah dalam mata kuliah “Kimia Fisika”.

Dalam proses pendalaman materi elektrolisis ini, kami

mendapatkan bimbingan, arahan, koreksi dan saran, untuk itu rasa

terima kasih yang dalam-dalamnya kami sampaikan kepada Bapak Atep

Dian Supardan, S.Si sebagai Dosen Koordinator Mata Kuliah Kimia Fisika

dan juga kepada rekan-rekan mahasiswa Analisis Kimia Diploma IPB

angkatan 45.

Semoga makalah yang kami susun ini dapat berguna dan dapat

menjadi acuan pembelajaran di kemudian hari.

Bogor, 22 Desember 2009

Tim Penyusun

3 | P a g e

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI .......................................................................................................... 3

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. 4

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 8

A. HIDROGEN, UREA DAN AMMONIA ...................................................................... 8

1. Hidrogen .................................................................................................. 8

2. Urea .......................................................................................................... 9

3. Ammonia .............................................................................................. 10

B. SEL BAHAN BAKAR HIDROGEN ........................................................................ 11

C. ELEKTROLISIS .................................................................................................. 16

BAB III PEMBAHASAN .................................................................................... 20

BAB IV SIMPULAN ........................................................................................... 23

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 24

4 | P a g e

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Sel Bahan Bakar .................................................................................... 6

Gambar 2Sel bahan bakar Hidrogen dan Proses pembentukan energi

pada Hydrogen Fuel Cell ....................................................................................... 6

Gambar 3 Urine dan Kandungan dalam Urine ................................................. 7

Gambar 4 Proses Elektrolisis ................................................................................ 7

Gambar 5 Spin pada hidrogen.............................................................................. 8

Gambar 6 Struktur dan bentuk molekul Urea ............................................... 10

Gambar 7 Struktur dan bentuk molekul Urea ............................................... 10

Gambar 8 Alat Hydrogen Fuel Cell dan mekanisme kerjanya ................... 12

Gambar 9 Fuel Cell Transportation unit ......................................................... 13

Gambar 10 Bagan Kinerja ’Hydrogen Fuel Cells’ .......................................... 13

Gambar 11 Sel Elektrolisis Generator Hidrogen ........................................... 15

Gambar 12 Fuel Cell Circuit ............................................................................... 15

Gambar 13 High Temperature Electrolysis .................................................... 16

Gambar 14 Elektrolisis ........................................................................................ 17

5 | P a g e

BAB I

PENDAHULUAN

Energi menjadi komponen penting bagi kelangsungan hidup

manusia karena hampir semua aktivitas kehidupan manusia sangat

tergantung pada ketersediaan energi yang cukup. Dewasa ini dan

beberapa tahun ke depan, manusia masih akan tergantung pada sumber

energi fosil karena sumber energi fosil inilah yang mampu memenuhi

kebutuhan energi manusia dalam skala besar. Sedangkan sumber energi

alternatif/terbarukan belum dapat memenuhi kebutuhan energi

manusia dalam skala besar karena fluktuasi potensi dan tingkat

keekonomian yang belum bisa bersaing dengan energi konvensional.

Di lain pihak, manusia dihadapkan pada situasi menipisnya

cadangan sumber energi fosil dan meningkatnya kerusakan lingkungan

akibat penggunaan energi fosil. Melihat kondisi tersebut maka saat ini

sangatdiperlukan penelitian yang intensif untuk mencari,

mengoptimalkan dan menggunakan sumber energi alternatif atau

terbarukan.Hasil penelitian tersebut diharapkan mampu mengatasi

beberapa permasalahan yang berkaitan dengan penggunaan energi fosil.

Salah satu bentuk energi terbarukan yang dewasa ini menjadi

perhatian besar pada banyak negara, terutama di negara maju adalah

hidrogen. Hidrogen diproyeksikan oleh banyak negara akan menjadi

bahan bakar masa depan yang lebih ramah lingkungan dan lebih efisien.

Dimana suplai energi yang dihasilkan sangat bersih karena hanya

menghasilkan uap air sebagai emisi selama berlangsungnya proses.

Daya hidrogen terutama dalam bentuk sel bahan bakar hidrogen

(hydrogen fuel cells) menjanjikan penggunaan bahan bakar yang tidak

terbatas dan tidak polusi, sehingga menyebabkan ketertarikan banyak

perusahaan energi terkemuka di dunia, industri otomotif maupun

6 | P a g e

pemerintahan.Teknologi sel bahan bakar ini dengan begitu banyak

keuntungan yang dijanjikan menimbulkan gagasan "hydrogen economy"

dimana hidrogen dijadikan sebagai bentuk energi utama yang

dikembangkan.

Gambar 1 Sel Bahan Bakar

Gambar 2Sel bahan bakar Hidrogen dan Proses pembentukan energi pada Hydrogen Fuel Cell

Penggunaan gas hidrogen untuk bahan bakar mobil telah menjadi

alternatif bahan bakar yang penggunaannya semakin meningkat, hal ini

disebabkan dengan mengggunakan gas hidrogen maka gas buang yang

dihasilkan tidak mencemari lingkuangan karena yang keluar hanya uap

air.Akan tetapi salah satu kendala yang dihadapi adalah kurangnya

sumber gas hidrogen yang murah dan mudah diperbaharui. Gerardine

7 | P a g e

Botte dari Universitas Ohio kemungkinan telah menemukan jawaban

atas permasalahan tersebut, dengan menggunakan pendekatan proses

elektrolisis dia berhasil menghasilkan gas hydrogen dari urin, salah satu

limbah yang sangat berlimpah di bumi dan tentu saja urine ini menjadi

sumber gratis sehingga dapat memangkas biaya produksi gas hidrogen.

Gambar 3 Urine dan Kandungan dalam Urine

Kandungan urin terutama adalah urea, dimana urea ini memiliki

empat atom hidrogen per molekulnya, ikatan hidrogen dengan atom N

dalam urea lebih lemah dibandingkan ikatan hidrogen dengan atom O

dalam air.Penelitian para ahli menggunakan proses elektrolisis untuk

memecah bagian molekul urea ini dengan menggunakan elektroda

berbasis nikel yang bersifat selektif dan efisien untuk mengoksidasi

urea.

Gambar 4 Proses Elektrolisis

8 | P a g e

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Hidrogen, Urea dan Ammonia

1. Hidrogen

Hidrogen (bahasa Latin:hydrogenium, dari bahasa

Yunani:hydro:air, genes:membentuk) adalah unsur kimia

pertama pada tabel periodik yang memiliki simbol H dannomor

atom 1. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak

berwarna, tidak berbau,bersifat non-logam, bervalensi tunggal,

dan merupakan gas diatomik yang sangatmudah terbakar.

Dengan massa atom 1,00794, hidrogen adalah unsur teringan

didunia.

Gambar 5 Spin pada hidrogen

Isotop hidrogen yang paling banyak dijumpai di alam

adalah protium, yang intiatomnya hanya mempunyai proton

tunggal dan tanpa neutron.Senyawa ionik hidrogen dapat

bermuatan positif (kation) ataupun negatif (anion).Hidrogen

dapatmembentuk senyawa dengan kebanyakan unsur dan dapat

dijumpai dalam air dansenyawa-senyawa organik.Hidrogen

sangat penting dalam reaksi asam basa yangmana banyak

rekasi ini melibatkan pertukaran proton antar molekul terlarut.

9 | P a g e

Gas hidrogen sangat mudah terbakar dan akan terbakar

pada konsentrasi serendah 4%H2 di udara bebas. Entalpi

pembakaran hidrogen adalah -286 kJ/mol. Hidrogenterbakar

menurut persamaan kimia:

2 H2(g) + O

2(g) 2 H

2O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

H2 bereaksi secara langsung dengan unsur-unsur oksidator

lainnya.Ia bereaksidengan spontan dan hebat pada suhu kamar

dengan klorin dan fluorin, menghasilkanhidrogen halida berupa

hidrogen klorida dan hidrogen fluorida.

Hidrogen juga adalah unsur paling melimpah dengan

persentase kira-kira 75% daritotal massa unsur alam semesta.

Kebanyakan bintang dibentuk oleh hidrogen dalamkeadaan

plasma.Senyawa hidrogen relatif langka dan jarang dijumpai

secara alami dibumi, dan biasanya dihasilkan secara industri

dari berbagai senyawa hidrokarbonseperti metana. Hidrogen

juga dapat dihasilkan dari air melalui proses elektrolisis,namun

proses ini secara komersial lebih mahal daripada produksi

hidrogen dari gasalam. Hidrogen juga dapat dihasilkan dari

proses elektrolisis ammonia, ammonia dapat diperoleh dari

bahan-bahan yang mudah dan murah seperti urine yang

merupakan buangan manusia.

2. Urea

Urea adalah senyawa amida dari asam karbamat dengan

rumus molekul NH2CONH

2, kristal padat berwarna putih. Sifat

fisik dan kimia urea :

Titik leleh : 132,6 0C

Panas peleburan : 13,61 kJ/mol

Massa jenis padat 200oC : 1335 kg/m3

10 | P a g e

Gambar 6 Struktur dan bentuk molekul Urea

Sebagai pupuk tanaman dan digunakan pada industri:

pembuatan urea-formaldehid, pembuatan melamin dan

makanan ternak.Ditemukan pertama kali oleh Rouelle (1773)

pada proses kristalisasi urin. Pada tahun 1828, Woehler berhasil

mensintesa urea dari amonia dan asam sianat dengan reaksi:

NH3+ HCNO CO(NH

3)

2

Urea dapat terhidrolisis menghasilkan gas ammonia dengan

reaksi sebagai berikut :

CO(NH2)

2+ H

2O 2NH

3+ CO

2

3. Ammonia

Amonia (NH3) merupakan gas alkalin yang tidak berwarna,

lebih ringan dari udara, dan mempunyai aroma khas yang

menyengat. Amonia saat ini banyak dijadikan sebagai bahan

baku pupuk, abu soda, asam nitrat, nilon, plastik, pencelup,

karet dan sebagian besar peledak.

Gambar 7 Struktur dan bentuk molekul Urea

11 | P a g e

Pembuatan garam-garam amonia sudah dimulai sejak abad

keempat sebelummasehi.Gas amonia pertama kali diproduksi

dalam bentuk komponen murni thn 1774 oleh Priestly.Sintesis

amonia langsung dari hidrogen dan nitrogen untuk skala

komersial pertama kali dirintis oleh Haber dan Boschpada

tahun 1913. Proses tersebut menggunakan peralatan dg kondisi

operasi tekanan dan temperatur tinggi dengan katalis besi

berpromotor yang sampaisat inimasih digunakan sebagai

katalis sintesis amonia. Antara thn 1930-1950, penekanan

pembuatan amonia ada pada bidang pembangkitan gas sintesis.

Amonia punya berat molekul 17,03. Amonia pada tekanan

atmosfer berwujud gas. Titik didih Amonia –33,35 oC dan titik

bekunya –77,7 oC, temperatur dan tekanan kritiknya 133 oC dan

1657 psi. Entalpi pembentukan (∆H), kkal/mol NH3(g)

pd 0oC, -

9,368; 25 oC, -11,04. Pada proses sintesis padr suhu 700-1000oF,

akan dilepaskan panas atau kalor sebesar 13 kkal/mol.

B. Sel Bahan Bakar Hidrogen

Laju pertumbuhan penggunaan hidrogen di dunia saatini

adalah 10% per tahun dan terus meningkat. Untuk tahun 2004,

produksi hidrogendunia mencapai 50 juta metrik ton (million metric

tons-MMT) atau setara dengan 170juta ton minyak bumi. Diharapkan

pada tahun 2010 sampai 2020, laju penggunaanhidrogen bisa

menjadi dua kali lipat dari laju penggunaan saat ini.Industri di

USAsendiri telah menghasilkan 11 juta metrik ton hidrogen per

tahun dan nilai ini setaradengan energi termal sebesar 48

GW.Jumlah hidrogen tersebut dihasilkan denganproses reforming

gas alam (5% dari total kebutuhan gas alam nasional)

12 | P a g e

danmelepaskan 77 juta ton CO2 per tahun (World Nuclear

Association, August 2007).

Diperlukan metode baru untuk menghasilkan hidrogen tanpa

melepaskan CO2 keatmosfer.Hidrogen bukanlah sumber energi

(energy source) melainkan pembawa energi(energy carrier), artinya

hidrogen tidak tersedia bebas di alam atau dapat

ditambanglayaknya sumber energi fosil.Hidrogen harus diproduksi.

Produksi hidrogen dariH2O merupakan cara utama untuk

mendapatkan hidrogen dalam skala besar, tingkatkemurnian yang

tinggi dan tidak melepaskan CO2. Kendala utama metode

elektrolisisH2O konvensional saat ini adalah efisiensi total yang

rendah (~30%), umuroperasional electrolyzer yang pendek dan jenis

material yang ada di pasaran masihsangat mahal.Kendala-kendala

tersebut membuat hidrogen belum cukup ekonomisuntuk dapat

bersaing dengan bahan bakar konvesional saat ini.

Gambar 8 Alat Hydrogen Fuel Cell dan mekanisme kerjanya

Kegunaan Hydrogen Fuel Cellsadalah untuk transportasi dan

pembangkit tenaga, Hydrogen Fuel Cellsdalam transportasi

digunakan untuk bis di beberapa Negara seperti Los angeles,

Chicago, Vancouver dan Jerman dan prototipe hampir semua

perusahaan otomoif di U.S dan pasar global. Sebagai pembangkit

13 | P a g e

tenagadigunakan di perumahan dan perkantoran serta digunakan

dalam aplikasi kendaraan militer

Gambar 9 Fuel Cell Transportation unit

Kinerja Hydrogen Fuel Cell serupa seperti aki (accu), hanya saja

reaksi kimiapenghasil tenaga listrik ini menggunakan hidrogen dan

oksigen yg bereaksi danmengalir seperti aliran bahan bakar melalui

sebuah motor bakar. Namun tidak adapembakaran dalam proses

pembangkit listrik ini.Dengan demikian limbah dari prosesini

hanyalah air murni yang aman untuk dibuang.

Gambar 10 Bagan Kinerja ’Hydrogen Fuel Cells’

Secara sederhana proses dapat dilihat pada Gambar 2 diatas

yaitu: hidrogen (yang ditampung dalam sebuah tabung khusus)

dialirkan melewatianoda, dan oksigen/udara dialirkan pada katoda.

Pada anoda dengan bantuan katalis platina Pt hidrogen dipecah

menjadibermuatan positif (ion/proton), dan negatif

14 | P a g e

(elektron).Membran di tengah-tengah anoda-katoda kemudian hanya

berfungsi mengalirkanproton menyebrang ke katoda.Proton yang

tiba di katoda bereaksi dengan udara dan menghasilkan

air.Tumpukan elektron di anoda akan menjadi energi listrik searah

yang dapatmenyalakan lampu.

Namun ada hal yang sangat penting yang harus dimengerti

mengenai hidrogen fuelcell ini bahwa tidak ada sumber hidrogen di

alam. Berikut beberapa metode danpembahasan dalam proses

menghasilkan hidrogen:

1. Steam reforming:

CH4(g) + H

2O(g)→CO(g) + 3H

2(g) + energi

Steam reforming melibatkan proses pembakaran gas alam untuk

memperolehhidrogen. Hidrogen dapat dihasilkan oleh pabrik

yang energi utamanya masihmenggunakan bahan bakar fosil

(minyak, gas ataupun batubara).

2. Combustible fuel engine (carbon based) yang dianggap efisien,

rata-rata memilikiefisiensi dibawah 40%. Banyak sekali panas

yang hilang ketika merubah energi kimia(fuel) menjadi energi

gerak. Sehingga efisiensi energi didalam combustible fuelengine

(motor bakar) sangat rendah. Ketika dipakai untuk menghasilkan

listrik fuel(BBM) akan sangat banyak yg dipakai.

3. Carbon Monoxide (Water Shift Gas Reaction):

CO(g) + H2O(g)→CO

2(g) + H

2 + energi

Pada proses ini, oksigen dari molekul air distripping (dilucuti)

dan kemudian di ikatmembentuk molekul karbondioksida, dan

membebaskan hydrogen.

4. Elektrolisis Air:

2H2O(aq)→2H

2(g) + O

2(g)

15 | P a g e

Hidrogen dapat diperoleh dari proses hidrolisis dari air. Namun,

karena energi listrikdibutuhkan selama berlangsungnya proses,

sangat sedikit hidrogen yang diproduksimenggunakan metode ini

yaitu hanya sekitar 4 %.

Gambar 11 Sel Elektrolisis Generator Hidrogen

(U.S.Patent. 5037518, Stuart A Young,et al)

Gambar 12 Fuel Cell Circuit

(U.S.Patent. 4936961, Stanley A Meyer)

Produksi hidrogen dengan elektrolisis H2O suhu tinggi (High

TemperatureElectrolysis) merupakan metode yang baru dan sedang

dalam proses pengembangan.Metode ini dilakukan guna

16 | P a g e

meningkatkan efisiensi elektrolisis H2O. Ketika suhuelektrolisis H2O

sekitar 900 oC, maka efisiensi total produksi hidrogen bisa

mencapai55%.

Gambar 13 High Temperature Electrolysis

C. Elektrolisis

Sel dan elektrolisis, dalam sel, reaksi oksidasi reduksi

berlangsung dengan spontan, dan energi kimia yang menyertai

reaksi kimia diubah menjadi energi listrik. Bila potensial diberikan

pada sel dalam arah kebalikan dengan arah potensial sel, reaksi sel

yang berkaitan dengan negatif potensial sel akan diinduksi. Dengan

kata lain, reaksi yang tidak berlangsung spontan kini diinduksi

dengan energi listrik. Proses ini disebut elektrolisis. Pengecasan

baterai timbal adalah contoh elektrolisis.

Reaksi total sel Daniell adalah :

Zn + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu

Andaikan potensial lebih tinggi dari 1,1 V diberikan pada sel

dengan arah kebalikan dari potensial yang dihasilkan sel, reaksi

sebaliknya akan berlangsung. Jadi, zink akan mengendap dan

tembaga akan mulai larut.

17 | P a g e

Zn2+(aq) + Cu Zn + Cu2+(aq)

Gambar 14 menunjukkan representasi skematik reaksi kimia

yang terjadi bila potensial balik diberikan pada sel Daniell.

Gambar 14 Elektrolisis

Reaksi kebalikan dengan yang terjadi pada sel Daniell akan

berlangsung. Zink mengendap sementara tembaga akan melarut.

Hukum elektrolisis Faraday.Di awal abad ke-19, Faraday

menyelidiki hubungan antara jumlah listrik yang mengalir dalam sel

dan kuantitas kimia yang berubah di elektroda saat elektrolisis.Ia

merangkumkan hasil pengamatannya dalam dua hukum di tahun

1833.

Hukum elektrolisis Faraday :

1. Jumlah zat yang dihasilkan di elektroda sebanding dengan jumlah

arus listrik yang melalui sel.

2. Bila sejumlah tertentu arus listrik melalui sel, jumlah mol zat

yang berubah di elektroda adalah konstan tidak bergantung jenis

zat. Misalnya, kuantitas listrik yang diperlukan untuk

mengendapkan 1 mol logam monovalen adalah 96 485

C(Coulomb) tidak bergantung pada jenis logamnya.

18 | P a g e

C (Coulomb) adalah satuan muatan listrik, dan 1 C adalah

muatan yang dihasilkan bila arus 1 A (Ampere) mengalir selama 1 s.

Tetapan fundamental listrik adalah konstanta Faraday F, 9,65 x104 C,

yang didefinisikan sebgai kuantitas listrik yang dibawa oleh 1 mol

elektron. Dimungkinkan untuk menghitung kuantitas mol

perubahan kimia yang disebabkan oleh aliran arus listrik yang tetap

mengalir untuk rentang waktu tertentu.

Syarat berlangsungnya elektrolisis adalah ion harus dapat

bermigrasi ke elektroda. Salah satu cara yang paling jelas agar ion

mempunyai mobilitas adalah dengan menggunakan larutan dalam

air. Namun, dalam kasus elektrolisis alumina, larutan dalam air jelas

tidak tepat sebab air lebih mudah direduksi daripada ion aluminum

sebagaimana ditunjukkan di bawah ini.

Al3+ + 3e- Al E = -1,662 V

2H2O +2e- H

2 + 2OH- E = -0,828 V

Metoda lain adalah dengan menggunakan lelehan garam. Masalahnya

Al2O

3 meleleh pada suhu sangat tinggi 2050 °C, dan elektrolisis pada suhu

setinggi ini jelas tidak realistik.Namun, titik leleh campuran Al2O

3 dan

Na3AlF

6 adalah sekitar 1000 °C, dan suhu ini mudah dicapai. Prosedur

detailnya adalah: bijih aluminum, bauksit mengandung berbagai oksida

logam sebagai pengotor. Bijih ini diolah dengan alkali, dan hanya oksida

aluminum yang amfoter yang larut.Bahan yang tak larut disaring, dan

karbon dioksida dialirkan ke filtratnya untuk menghasilkan hidrolisis

garamnya. Alumina akan diendapkan.

Al2O

3(s) + 2OH-(aq) 2AlO

2

- (aq) + H2O(l)

2CO2+2AlO

2

-(aq)+(n+1)H2O (l) 2HCO

3(aq) + Al

2O

3·nH

2O(s)

19 | P a g e

Alumina yang didapatkan dicampur dengan Na3AlF

6 dan

kemudian garam lelehnya dielektrolisis.Reaksi dalam sel elektrolisi

rumit.Kemungkinan besar awalnya alumina bereaksi dengan Na3AlF

6

dan kemudian reaksi elektrolisis berlangsung.

Al2O

3 + 4AlF

6

3 3Al2OF

6

2- + 6F-

Reaksi elektrodanya adalah sebagai berikut :

Elektroda negatif : 2Al2OF

6

2- + 12F- + C 4AlF6

3- + CO2 + 4e-

Elektroda positif : AlF6

3- + 3e- Al + 6F-

Reaksi total : 2Al2O

3 + 3C 4Al + 3CO

2

20 | P a g e

BAB III

PEMBAHASAN

Penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar fuel cell untuk

kendaraan bermotor telah menarik perhatian sejak lama, terutama

karena emisi yang dihasilkan hanya berupa air.Namun masalah yang

masih ditemui adalah penyediaan bahan bakar hidrogen secara komersil

dengan biaya yang murah. Saat ini, bahan bakar hidrogen yang tersedia

secara komersial diproduksi dengan reforming gas alam menggunakan

kukus..Ini berarti masih terjadi penggunaan bahan bakar fosil untuk

menghasilkan hidrogen, sehingga dapat dikatakan bertentangan dengan

tujuan awal penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar alternatif.

Walaupun dimungkinkan untuk memproduksi hidrogen dengan

proses elektrolisis air, proses memerlukan energi cukup besar, sehingga

kurang layak untuk di-upscale menjadi skala komersil. Untuk itu

penelitian terus dilakukan untuk mencari proses yang memungkinkan

untuk menyediakan hidrogen secara komersil dengan biaya yang relatif

rendah.

Salah satu ide yang diteliti dan dikembangkan oleh Gerardine Botte

dari Ohio University adalah menggunakan pendekatan elektrolitik untuk

memproduksi hidrogen dari urine – sumber terbarukan yang tersedia

dalam jumlah sangat melimpah. Hasil penelitian oleh Botte

mengindikasikan bahwa proses elektrolisis urine untuk menghasilkan

hidrogen ini dapat dilakukan dengan biaya yang lebih rendah daripada

proses elektrolisis air. Penelitian ini telah diterbitkan dan dimuat di

jurnal Royal Society of Chemistry Chemical Communications.

Kandungan utama urine adalah urea ( (NH2)

2CO ), di mana setiap

molekul urea terdiri dari 4 atom hidrogen yang ikatannya jauh lebih

lemah dibandingkan ikatan atom hidrogen pada molekul air, sehingga

21 | P a g e

lebih mudah untuk diuraikan secara elektrokimia. Untuk proses

elektrolisis ini, Botte mengembangkan elektroda baru berbasis nikel

yang secara selektif dan efisien mengoksidasi urea. Tegangan yang

dibutuhkan untuk memecah molekul urea adalah sebesar 0,37 V – lebih

rendah dibandingkan tegangan yang dibutuhkan untuk memecah

molekul air (1,23 V).

Selama proses yang terjadi urea teradsorbsi pada elektroda nikel,

yang kemudian mengalirkan electron yang kemudian molekul urea

terurai. Gas hydrogen murni terbentuk pada katoda, gas nitrogen dan

sedikit gas oksigen dan hydrogen terbentuk di anoda. Gas

karbondioksida juga dihasilkan pada saat elektrolisis akan tetapi gas ini

tidak bercampur dengan gas yang dihasilkan pada anoda dan katoda

disebabkan gas ini bereaksi dengan KOH membentuk kalium karbonat,

urea diserap di permukaan anoda, kemudian terjadi perpindahan

elektron yang dibutuhkan untuk memecah ikatan molekular. Produksi

hidrogen terbentuk pada katoda, sedangkan nitrogen serta sedikit

kandungan oksigen, hidrogen dan garam potassium terkumpul di

anoda.Walaupun karbondioksida juga terbentuk selama reaksi, namun

pada pengujian tidak ditemukan karena gas tersebut bereaksi dengan

potassium hidroksida pada larutan dan membentuk potassium

karbonat. Proses ini juga tidak menghasilkan gas rumah kaca sehingga

sangat ramah lingkungan

Pada awal penelitian, pengujian dilakukan dengan urine sintetik

yang dibuat dari urea yang dilarutkan. Namun penelitian lebih lanjut

telah menunjukkan bahwa proses ini dapat diterapkan pada urine

manusia, sehingga proses ini sangat berpotensi untuk memberikan

solusi dalam pengolahan limbah urine sebelum dibuang ke perairan.

Saat ini, proses yang tersedia untuk mengolah dan menyingkirkan urine

dari sistem perairan sangat mahal dan tidak efisien.Urea yang terdapat

22 | P a g e

dalam perairan secara alami terhidrolisa menjadi ammonia, sebelum

menghasilkan emisi gas ammonia. Emisi gas ammonia ini akan memicu

terbentuknya ammonium sulphate dan nitrate sulphate terutama di

udara, yang menyebabkan berbagai masalah kesehatan, termasuk

bronkitis kronis, serangan asma, dan kelahiran prematur. Namun

demikian, pemanfaatan teknologi elektrolisis yang relatif murah ini

dapat memberikan solusi dalam membersihkan limbah urine dari

perairan dengan biaya rendah, sekaligus menghasilkan sumber energi

berupa hidrogen. Selain itu, pemanfaatan urine sebagai bahan baku

penghasil hidrogen juga mengurangi pemakaian air bersih sebagai

bahan baku proses elektrolisis.

Botte juga percaya bahwa teknologi ini dapat di-scale up dengan

mudah, karena pada dasarnya tidak ada penemuan yang betul- betul

baru dalam hal ini, mengingat telah banyak instalasi yang menggunakan

proses elektrolisis untuk digunakan dalam berbagai aplikasi. Satu-

satunya kelemahan dari proses ini adalah sifat urea yang sangat cepat

terkonversi menjadi ammonia oleh bakteri, sehingga dapat membatasi

daya guna dari teknologi ini.

23 | P a g e

BAB IV

SIMPULAN

Keuntungan energi hidrogen antara lain bebas polusi (emisi yang

dihasilkan hanya air), tidak berisik, beroperasi pada efisiensi yang lebih

tinggi daripada mesinpembakaran internal ketika bahan bakar mulai

dikonversi menjadi listrik. Sedangkan kerugian energi hidrogen dimana

saat ini harganya lebih mahal daripada sumber energi yang lain,

infrastruktur yang ada saat ini belum dibuat untuk

mengakomodasibahan bakar hidrogen, proses ekstraksi hidrogen

membutuhkan bahan bakar fosil sehingga menyebabkan polusi, dan

hidrogen sulit dalam penyimpanan dan distribusi.Hidrogen sangat

potensial sebagai energi bahan bakar yang mendukung

penciptaanlingkungan yang bersih dan juga mengurangi ketergantungan

mengimport sumber energi.

Perlu diperhatikan bahwa fuel cell (hydrogen fuel) ini sendiri

sangat ramah lingkungan, namun dalam memproduksi bahan bakar

masih harus banyak yangdiperhatikan.Secara keseluruhan sangat

mungkin terjadi penghematan energi.Walaupun sisi ramah

lingkungannya masih hanya di sisi pemanfaatan, bukanpembuatan fuel

hydrogen. Dalam dekade mendatang dengan harga minyak yang

melangit serta kesadaranefisiensi energi, maka teknologi hidrogen (fuel

cell) akan menjadi sangat penting. Dengan hidrogen kita akan mencapai

visi dalam penciptaan keamanan, kebersihan, sumber energi yang

melimpah serta menghasilkan sumber energi masa depan.

24 | P a g e

DAFTAR PUSTAKA

Arin.12-11-2009.http://rhien-article.blogspot.com/2009/11/produksi-bahan-

bakar-hidrogen-dengan/.[Terhubung Berkala].21/12/09.

Botte.27-05-2006.http://webche.ent.ohiou.edu/eerl/people/Individual%

20Pages/botte.htm.[Terhubung Berkala].21/12/2009.

Codnfree.14-03-2005.http://www.smm.co.jp/E/product/group/codnfree/.

[Terhubung Berkala].21/10/2009.

Indygo Morie.10-08-2009.http://www.chem-is-try.org/kata_kunci/bahan-bakar-

hidrogen/.[Terhubung Berkala].21/12/09.

Yoshito Takeuchi.11-08-2008.http://www.chem-is-try.org/materi

kimia/kimia dasar/oksidasi dan reduksi/elektrolisis/.[Terhubung

Berkala].20/12/2009.

25 | P a g e

LAMPIRAN

TIM PENYUSUN

Nama NIM

Fuad Helmi J3L106015

Kharisma rahmat J3L108011

Natalia Debora J3L108022

Suci Aulia J3L108076

Wulandari J3L207000