PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA

PEMANFAATAN URINE SEBAGAI BAHAN BAKAR HIDROGEN

BIDANG KEGIATAN: PKM-GT

Oleh : Fahimatul ulya 408332417737

UNIVERSITAS NEGERI MALANG MALANG 2010

1

KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang trelah melimpahkan segala rahmat serta kuasa-Nya sehingga tugas akhir mata kuliah Kimia Fisika II yang berjudul Bahan bakar hidrogen Alternatif Dari Urine dapat terselesaikan tepat waktu. Penulisan karya ilmiah ini bertujuan untuk mengetahui manfaat lain dari urine sebagai sumber energy alternative yg masih jarang dimanfaatkan serta proses-proses nya hingga bisa dimanfaatkan secara langsung oleh masyarakat. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang sudah membantu hingga karya tulis ini dapat terselesaikan tepat waktu. Penulis sadar bahwa karya tulis ini masih jauh dari sempurna, maka kritik yang membangun sangat diperlukan untuk kesempurnaan tugas berikutnya.

Malang, Mei 2010 Penulis

2

Ringkasan PEMANFAATAN URINE SEBAGAI BAHAN BAKAR HIDROGEN 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.Urine merupakan limbah domestik yang jika tidak dikelola dengan baik dapat menimbulkan dampak negatif pada lingkungan, terutama pada perairan. Namun demikian, hasil penelitan terbaru telah menemukan bahwa urine berpotensi untuk menjadi sumber energi di masa mendatang, sekaligus memberikan solusi dalam mengurangi dampak lingkungan akibat limbah domestik.Meskipun sulit dihitung

secara pasti, urine manusia merupakan salah satu limbah yang paling melimpah di dunia. Bayangkan, setiap orang mengeluarkan air seni sekitar 900-1.500 mililiter (ml) per hari. Komposisi urine terdiri atas air (96 %), bahan-bahan yang terlarut di dalamnya (elektrolit) terutama natrium (Na), serta sisa-sisa metabolisme terutama urea, cyte dan eritrosit. Urea merupakan unsur yang potensial untuk dijadikan sebagai hidrogen. Setiap molekul urine mengandung empat atom hidrogen yang saling bergabung. Atom hidrogen dalam urine ini bahkan lebih kuat daripada atom hidrogen dalam molekul air. Tujuan di dalam pembuatan penelitian adalah untuk mencari kebenaran apakah urine dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi atau tidak. Dan manfaat penelitian adalah untuk memberikan informasi serta jalan keluar bagi masyarakat luas untuk dapat menggunakan dan mendapatkan sumber energi yang mudah, murah, dan efisien. Cara pembuatan bahan bakar ini secara singkat adaslah sebagai berikut. Elektrolisis untuk memecah bagian molekul urea ini dengan menggunakan elektroda berbasis nikel yang bersifat selektif dan efisien untuk mengoksidasi urea. Untuk memecah molekul urea ini diperlukan voltase sebesar 0,37 Volt yang mana voltase ini masih lebih rendah jika dibandingkan yang diperlukan untuk mengelektrolisis air yaitu sekitar 1,23 volt. Sumber yang digunakan dalam penelitian dan penyelidikan karya ilmiah adalah dari berbagai sumber yang telah penulis dapatkan. Berbagai sumber didapat dari internet, pengarahan, serta informasi dari beberapa buku ilmu pengetahuan yang kemudian dibandingkan dan diambil kesimpulannya. Metode pengumpulan data yang digunakan adalah metode kualitatif. Yaitu dengan bersumber dan berpedoman kepada beberapa sumber informasi yang akhirnya diambil kesimpulan dari permasalahan tersebut. Hasil penelitian menunjukkan bahwa di dalam urine terdapat komposisi utama yakni urea serta zat elektrolit yang menyebabkan urine bisa digunakan sebagai sumber energi Hidrogen.

3

I. 1.1 Latar Belakang

PENDAHULUAN

Saat ini persedian sumber daya alam yang digunakan untuk menghasilkan energy sudah mengalami degradasi atau pengurangan. Hal ini disebabkan karena kebutuhan masyarakat akan sumber energi semakin meningkat sedangkan alat pemenuh kebutuhannya yang berupa bahan bakar terbatas jumlahnya. Selain itu untuk memperbaharui sumber energi tersebut memakan waktu yang relative sangat lama. Untuk mengatasi masalah tersebut, telah banyak diuraikan beberapa inovasi dan pemikiran-pemikiran untuk memanfaatkan sumber energy alternative, salah satunya adalah bahan bakar hidrogen. 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. Urine merupakan limbah domestik yang jika tidak dikelola dengan baik dapat menimbulkan dampak negatif pada lingkungan, terutama pada perairan Meskipun sulit dihitung secara pasti, urine manusia merupakan salah satu limbah yang paling melimpah di dunia. Bayangkan, setiap orang mengeluarkan air seni sekitar 900-1.500 mililiter (ml) per hari. Menurut PBB, jumlah manusia di dunia saat ini sekitar tujuh miliar jiwa. Jika dianggap setiap orang mengeluarkan satu liter urine, berarti dalam sehari terdapat tujuh miliar liter urine. Dan, sebagian besar urine itu pun terbuang

4

percuma. Dari beberapa tinjauan ini, penulis ingin mengemukakan ide dan gagasan alternative terkait oleh pemanfaatan urine. Kenapa harus urine? Selain mudah didapatkan, sampel ini juga bisa diproduksi kembali dalam waktu yang singkat dan juga dapat diisi ulang. Selama ini urine cenderung kurang dimanfaatkan bahkan keberadaannya dianggap tidak mempunyai manfaat. Namun penelitian yang dilakukan para ahli menemukan bahwa urine mempunyai banyak sekali manfaat yang salah satunya sebaga sumber energy alternative. Urine merupakan limbah domestik yang jika tidak dikelola dengan baik dapat menimbulkan dampak negatif pada lingkungan, terutama pada perairan. Sehingga berdasarkan uraian diatas, maka penulis menuangkannya dalam sebuah gagasan tertulis. Dan hal itu akan dibahas secara terperinci di dalam karya tulis ilmiah ini yang diberi judul oleh penulis dengan "Pemanfaatan Urine Sebagai Bahan Bakar Hidrogen. 1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan PKM-GT ini pada dasarnya memberikan beberapa tujuan yang dapat dimanfaatkan, yaitu : Solusi untuk memanfaatkan urine sebagai sumber energi alternatif bahan baker hidrogen. Hal ini dimungkinkan karena Dapat dalam urine terdapat kandungan urea untuk yang memiliki empat atom H. menjadi referensi mengembangkan pemanfaatan sumber energi alternatif. Memberikan paparan dan deskripsi mengenai alasan mendasar bahwa urin dapat digunakan sebagai alternatif bahan bakar hydrogen yang dapat dikembangkan karena dilihat dari berbagai keuntungannya. Mengurangi limbah domestik yang disebabkan oleh urin pada lingkungan perairan khususnya.

1.2.1 Tujuan

5

1.2.2 Manfaat Manfaat yang dapat diambil masyarakat pada umumnya dari adanya karya ilmiah ini adalah menunjukkan fakta baru bahwa terdapat sumber energi lain di alam yang dapat digunakan untuk membuat bahan bakar hidrogen yang tentunya lebih murah. Oleh karena itu, dengan adanya penulisan ini masyarakat dapat memperoleh sumber energi yang murah, mudah didapat dan efisien. Maanfaat penulisan ini bagi mahasiswa, dimaksudkan agar mahasiswa berfikir lebih peka lagi terhadap sekitarnya. Sesuatu yang tidak manfaat belum tentu tidak dapat dimanfaatkan lagi seperti urine. Manfaat penulisan bagi pemerintah, dapat menghemat sumber daya alam dan juga ini merupakan terobosan baru dalam pengetahuan. II. 2.1 Kondisi Kekinian Bahan bakar hidrogen adalah alat listrik-kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluarkan tenaganya dalam bentuk listrik. Sebuah bahan bakar hidrogen biasanya terdiri dari tiga komponen penting, yaitu: batang karbon sebagai anoda (kutub positif bahan bakar hidrogen), seng (Zn) sebagai katoda (kutub negatif bahan bakar hidrogen), pasta sebagai elektrolit (penghantar). Bahan bakar hidrogen yang biasa dijual saat ini(disposable/sekali pakai) mempunyai tegangan listrik 1,5 volt. Bahan kimia yang digunakan dalam pembuatan : Belerang (S), Air raksa (Hg), Asam sulfat(H2SO4), Seng(Zn), Amonium klorida (AlCl3), Antimoni (Sb), Kadmium (Cd), Perak (Ag), Nikel (Ni), Hidrida logam Nikel, Litium (Li), Hibrida Kobalt, Mangan (Mn) , Nitrogliserin, dan Rubidium. Bahan bakar hidrogen ternyata merupakan bahan berbahaya dan beracun karena mengandung berbagai logam berat, seperti merkuri, mangan, timbal, cadmium, nikel dan lithium, yang berbahaya bagi lingkungan dan kesehatan. GAGASAN

6

Merkuri, dapat menyerang sistem syaraf pusat, ginjal, hati, jaringan otak, serta dapat membahayakan kandungan yang berakibat bayi cacat lahir. Cadmium dapat menyebabkan gangguan pada paru-paru, hati, dan ginjal. Sedangkan lithium, selain berbahaya bagi kesehatan, dapat meledak jika tertimbun dalam tanah untuk jangka waktu lama, ataupun jika terkena air. Penggunaan bahan bakar hidrogen di Indonesia terbatas hanya pada saat pemakaian saja, selebihnya bahan bakar hidrogen langsung dibuang. Padahal pembuangan bahan bakar hidrogen ini dapat menyebabkan pencemaran lingkungan karena bahan bakar hidrogen mengandung zat-zat kimia bahaya. Maka dari itu penulis menginginkan suatu perubahan. Untuk mengatasi masalah tersebut, maka dicari alternative bahan bakar hydrogen yang berbahan dasar ramah lingkungan, lebih efisien, dan ekonomis yaitu urine. 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 lebih mudah untuk diuraikan secara elektrokimia. 2.2 Solusi yang Telah Dilakukan Berbagai macam bahan bakar hidrogen dari bahan dasar yang berbeda sudah banyak beredar dan dipergunakan oleh masyarakat untuk sumber energi alat-alat elektronik yang mereka gunakan, seperti bahan bakar hidrogen dari bahan dasar merkuri. Sebenarnya bahan bakar hidrogen yang baik adalah bahan bakar hidrogen yang tidak mengandung bahan-bahan berbahaya dan beracun serta penggunaannya yang efisien dan ekonomis. Para ilmuwan di Singapura kini telah mengembangkan sebuah bahan bakar hidrogen yang dijalankan dengan urine manusia. Urin sangat berharga untuk dijadikan energi alternatif bahkan telah menjadi komoditi ekspor yang potensial. Karena banyak keuntungan yang terkandung didalamnya. Telah lama para ilmuwan di seluruh dunia berlomba membuat biochips diagnostik yang lebih kecil, lebih efisien, dan lebih murah untuk uji penyakit. Hingga kini, bahan bakar hidrogen-bahan bakar hidrogen seperti itu masih belum ditemukan. Penemuan air kencing sebagai bahan bakar hidrogen menjadi harapan

7

baru bagi ilmuwan medis. Pada tahun 1993, sebuah bahan bakar hidrogen urin telah didemonstrasikan oleh Nelson E. Camus dan Edgardo Aguayo pada eksibisi di Los Angeles, AS. Walaupun kemampuannya hanya cukup untuk menyalakan sebuah lampu kecil, mereka mengklaim bila air kencing ini dioplos dengan lithium dan tanah bukan tidak mungkin dapat menjalankan semua alat-alat listrik di rumah-rumah. Secara kimiawi, menurut Kammen dari UC Berkeley, air kencing mengandung banyak ion (atom-atom bermuatan listrik), yang memungkinkan timbulnya listrik hasil reaksi kimia yang terjadi dalam bahan bakar hidrogen air kencing. Cairan tubuh lainnya, seperti air mata, darah dan semen, juga dengan mudah bisa mengaktifkan bahan bakar hidrogen tersebut. Peneliti di Amerika telah mampu menciptakan bahan bakar hidrogen "litium ion"yang dapat diisi ulang (rechargeable) dengan memanfaatkan virus genetika yang telah diprogram sehingga dapat berfungsi sebagai sarana yang memiliki konduktivitas yang tinggi bagi elektroda. Bahan bakar hidrogen yang dihasilkan menggunakan virus ini memiliki daya dan fungsi yang serupa dengan berbagai merek bahan bakar hidrogen litium ion yang telah dikenal. Bahan bakar hidrogen Lithium bekerja melalui aliran ion litium diantara 2 elektroda yaitu anoda dan katoda pada media elektrolit. Saat bahan bakar hidrogen memberikan daya dalam suatu sirkuit, ion positif litium bergerak dari anoda melalui media elektrolit pada bahan bakar hidrogen menuju bagian katoda. Sebaliknya, saat dilakukan pengisian ulang prinsip yang terjadi adalah merubah polaritas elektroda pada bahan bakar hidrogen sehingga ion litium dipaksa untuk kembali ke lokasi awalnya (karena disini anoad menjadi katoda dan sebaliknya. Anoda yang umum dipergunakan biasanya berasal dari bahan sederhana seperti grafit, sedangkan katoda merupakan bahan yang lebih kompleks seperti senyawa litium fero fosfat ( LiFePO4). 2.3 Kelebihan Gagasan Dari segi bahan dasarnya, urine ini lebih mudah didapatkan dibandingkan jenis bahan bakar hidrogen lainnya. Dari segi manfaat, bahan bakar hidrogen

8

berbahan dasar urin ini tidak mengandung bahan beracun dan berbahaya, sehingga bisa dibuang dimana saja. Sedangkan untuk bahan bakar hidrogen yang mengandung berbagai logam berat, seperti merkuri, mangan, timbal, cadmium, nikel dan lithium, yang berbahaya bagi lingkungan dan kesehatan. Misalnya bahan merkuri, seperti yang diketahui, dapat menyerang sistem syaraf pusat, ginjal, hati, jaringan otak, serta dapat membahayakan kandungan yang berakibat bayi cacat lahir. Cadmium dapat menyebabkan gangguan pada paru-paru, hati, dan ginjal. Sedangkan lithium, selain berbahaya bagi kesehatan, dapat meledak jika tertimbun dalam tanah untuk jangka waktu lama, ataupun jika terkena air. Selain itu bahan bakar hidrogen berbahan dasar urin ini bisa diisi ulang 3-5 kali dengan masa bertahan bahan bakar hidrogen ini hingga 20 jam pemakaian. Jika tidak dipakai, bahan bakar hidrogen ini bisa mempertahankan kapasitasnya 510 tahun, sangat berguna untuk diletakkan di berbagai peralatan darurat di tempat terpencil. Kandungan urin terutama adalah urea, dimana urea ini memiliki empat atom hydrogen per molekulnya, iktan hydrogen dengan ataom N dalam urea lebih lemah dibandingkan ikatan hydrogen dengan atom O dalam air. Botte kemudian memutuskan untuk menggunakan elektrolisis untuk memecah bagian molekul urea ini dengan menggunakan elektroda berbasis nikel yang bersifat selektif dan efisien untuk mengoksidasi urea. Untuk memecah molekul urea ini diperlukan voltase sebesar 0,37 Volt yang mana voltase ini masih lebih rendah jika dibandingkan yang diperlukan untuk mengelektrolisis air yaitu sekitar 1,23 volt. 2.4 Pihak-Pihak yang Terkait Dalam pembuatan bahan bakar hidrogen berbahan dasar urin, awal yang harus dilakukan adalah mendapatkan bahan dasarnya yaitu urine. Terkait dengan urine manusia yang sangat mudah didapatkan ini, maka hal yang perlu diperhatikan adalah pengelolahan bahan dasarnya, cara menampungnya dalam jumlah besar dan cara mengatasi bau urin. Bahan bakar hidrogen urine yang digunakan ini sebenarnya mudah dibuat dengat alat-alat teknologi yang tersedia dan dibutuhkan pula pengembangan pemikiran dari pengelola itu sendiri yaitu manusia. Di samping itu peran

9

masyarakat sebagai pengguna bahan bakar hidrogen urin nantinya tidak kalah perlunya dalam memanfaatkan produksi ini. Proses yang ada untuk memisahkan urin dari air saat ini sangat mahal dan tidak efisien. Urin umumnya terhidrolisis menjadi amonik sebelum terlepas ke udara sebagai gas ammonia. Terbentuknya gas ini akan membentuk ammonium sulfat dan partikel nitral di udara, dimana kedua zat ini dapat menyebabkan berbagai macam permasalahan bagi kesehatan manusia seperti asma, bronchitis, dan kematian dini. Sehingga diperlukan banyak penelitian agar dapat mengurangi resiko-resiko yang mungkin terjadi. Akan tetapi telah dipelajari sitem elektrolisis yang akan dipakai termasuk mempelajari mekanisme reaksinya secara komputasional. Botte meyakini bahwa teknologi ini akan mampu dibuat dalam skala yang besar untuk menghasilkan gas hydrogen. salah satu kendala yang menghalangi proses adalah banyaknya garam yang ada dalam sumber urin, 2.5 Strategi penerapan Dibawah ini merupakan langkah-langkah dalam pembuatan bahan bakar hidrogen dengan bahan dasar urin, seperti yang dilakukan oleh Gerardine Botte dari Ohio University, 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 elektrokimia, 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. Pengembangan Proses dan Scale-Up Pada awal penelitian, pengujian dilakukan dengan urine sintetik yang

10

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 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. III. KESIMPULAN 3.1 Implementasi Dalam pembuatan bahan bakar hidrogen berbahan dasar urin ini, terdapat tahap-tahap yang dilakukan yaitu pertama elektrolisis untuk memecah bagian molekul urea ini dengan menggunakan elektroda berbasis nikel yang bersifat selektif dan efisien untuk mengoksidasi urea. Untuk memecah molekul urea ini diperlukan voltase sebesar 0,37 Volt yang mana voltase ini masih lebih rendah jika dibandingkan yang diperlukan untuk mengelektrolisis air yaitu sekitar 1,23 volt. 3.2 Prediksi Hasil

11

Berdasarkan data yang dimiliki, yaitu Kandungan urin terutama adalah urea, dimana urea ini memiliki empat atom hydrogen per molekulnya, iktan hydrogen dengan ataom N dalam urea lebih lemah dibandingkan ikatan hydrogen dengan atom O dalam air. Sehingga nantinya akan didapat gas hidrogen yang lebih banyak dibanding dengan menggunakan air, yang hany memiliki dua atom hidrogen, serta untuk mendapatkanya lebih mudah karena ikatan hidrigen yang dimiliki oleh urea lebih lemah di banding air. Hal ini memungkinkan untuk mempersempit biaya pembuatan bahan baker Hidrogen.

12

DAFTAR PUSTAKA Antonius. 2009. energi Hidrogen dari Urin, (online),

(http://www.greenradio.fm/index.php/technology/80-science/1315energi-hidrogen-dari-urine.html) diakses pada tanggal 6 Mei 2010) Morie, Indygo . 2009. Mengubah Urin Menjadi Bahan Bakar Hidrogen,(online), (http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_fisika/mengubahurin-menjadi-bahan-bakar-hidrogen/) diakses pada tanggal 21 April 2010) Tathagati, Arini. 2010. Produksi Bahan Bakar Hidrogen dengan Elektrolisis Urin, (online), (http://rhien-article.blogspot.com/2009/11/produksi-bahanUrine turned into hydrogen fuel, (online), bakar-hidrogen-dengan.html) diakses pada tanggal 20 Mei 2010) Wilkinson, Matt. 2009. (http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/July/02070902.asp) diakses pada tanggal 20 april 2010) 2009. Makin Hemat dengan BBM dari Urine, (online), (http://suaramerdeka.com/v1/index.php/read/cetak/2009/08/10/76142 /Makin-Hemat-dengan-BBM-dari-Urine) Mei 2010) diakses pada tanggal 3

13

14