Sel Bahan Bakar Hidrogen

Diajukan untuk melengkapi salah satu tugas mata kuliah Kimia

Anorganik I

Dosen Pengampu : Setia Budi, M.Si

Disusun Oleh :

Ade Nurul Hidayat (3315122112)

Program Studi Pendidikan Kimia

Jurusan Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Negeri Jakarta

2013

1

1. OVERVIEW

Hidrogen , unsur yang paling melimpah di alam semesta , memiliki

potensi besar sebagai sumber energi . Tidak seperti minyak bumi , dapat dengan

mudah dihasilkan dari sumber energi takterbarukan, dan hydrogen juga

nonpolluting , dan membentuk air sebagai produk sampingan tak berbahaya saat

digunakan .

Satu gram gas hidrogen menempati sekitar 11 liter ( 2,9 galon ) ruang

pada tekanan atmosfer , sehingga untuk kenyamanan gas harus intens

bertekanan untuk beberapa ratus atmosfir dan disimpan dalam bejana tekan .

Dalam bentuk cair , hidrogen hanya dapat disimpan di bawah suhu

kriogenik(sangat rendah) .

Solusi untuk kesulitan-kesulitan ini adalah penyimpanan hidrogen dalam

bentuk hidrida . Metode ini menggunakan sebuah paduan yang dapat menyerap

dan menyimpan sejumlah besar hidrogen dengan ikatan dengan hidrogen dan

membentuk hidrida . Sebuah paduan penyimpanan hidrogen mampu menyerap

dan melepaskan hidrogen tanpa mengorbankan struktur sendiri .

gas tak berwarna dengan nyala ungu dalam keadaan plasma

Gambar 1 : Garis spektrum Hidrogen

Lain-lain

Struktur kristal heksagonal

Pembenahan

magnetik diamagnetik

Konduktivitas

termal 180,5 m Wm1K1

Kecepatan

suara

(gas, 27 C) 1310

ms1

2

G

Gas hidrogen termasuk gas yang mudah terbakar. Gas hidrogen dapat

bersifat eksplosif jika membentuk campuran dengan udara dengan perbandingan

volum 4%-75%, sedangkan dengan klorin perbandingan volumnya yaitu 5%-95%.

Akibat dari gas hidrogen yang sangat ringan maka api yang disebabkan

pembakaran oleh gas hidrogen cenderung bergerak ke atas dengan cepat

sehingga dapat mengakibatan kerusakan yang sangat sedikit jika dibandingkan

dengan api yang berasal dari pembakaran hidrokarbon. Hidrogen sangatlah larut

dalam berbagai senyawa yang terdiri dari logam tanah nadir dan logam transisi

dan dapat dilarutkan dalam logam kristal maupun logam amorf.

Sifat fisika

Fase gas

Massa

jenis

(0 C, 101.325 kPa)

0,08988 g/L

Massa

jenis

cairan

pada t.l.

0.07 (0.0763 solid)gcm3

Titik lebur 14,01 K, 259,14 C,

434,45 F

Titik didih 20,28 K, 252,87 C,

423,17 F

Kalor

peleburan (H2) 0,117 kJmol

1

Kalor

penguapan (H2) 0,904 kJmol

1

Sifat kimia

Panas Fusi 0,117 kJ/mol H2

Energi ionisasi 1312 kJmol

Afinitas electron 72,7711 kJ/mol

Jumlah kulit 1

Biloks minimal -1

Elektronegatifitas 2,18 (skala Pauli)

onfigurasi

elektron 1s1

jari-jari atom 25 pm

Struktur hcp (hexagonal close

packed)

3

Sumber Hidrogen di Alam

Di alam bebas sangat jarang ditemukan hidrogen dalam bentuk unsurnya

yang tunggal, misalnya H saja. Pada umumnya hidrogen terdapat dalam bentuk

gas diatomik yaitu H2 yang dapat keluar dari atmosfer bumi karena disebabkan

berat molekulnya yang ringan. Hidrogen dalam keadaan bebas banyak

ditemukan pada gas yang dikeluarkan oleh gunung berapi atau di tempat

penyulingan gas alam. Akibat hidrogen adalah unsur yang reaktif maka pada

umumnya hidrogen di alam ditemukan dalam bentuk senyawaanya misalnya

dalam bentuk hidrokarbon seperti metana (CH4) dan air (H2O).

INFORMASI

Kelimpahan Hidrogen di Alam

Dalam Tabel Periodik Unsur terdapat satu unsur yang memiliki lambing

huruf H. Unsur ini kemudian dikenal dengan nama Hidrogen. Nama hidrogen

tersebut diberikan oleh Lavoiser pada tahun 1783 dan berasal dari bahasa Yunani

yaitu Hydro yang artinya air dan Genes yang artinya membentuk atau

mengasilkan. Jadi, hidrogen dapat diartikan sebagai unsur pembentuk air atau

yang menghasilkan air. Hidrogen merupakan unsur yang paling ringan di antara

unsur lainnya dalam tabel periodik dan merupakan unsur yang paling banyak

terdapat di alam semesta yang kelimpahannya mencapai 75% berat atau 93%

mol. Hidrogen ialah unsur ketiga yang terbanyak terdapat di bumi yaitu kadar

hidrogen di alam mencapai 1400 ppm (0,14% berat) atau 2,9% mol.

Hidrogen dapat berupa gas diatomik (H2). Gas ini tidak berwarna, tidak

berbau, dan bersifat mudah terbakar dengan adanya oksigen. Terdapat dua

bentuk molekuler yaitu orthohidrogen dan parahidrogen, kedua bentuk

molekular ini berbeda dalam hal spin relatif elektron dan inti atomnya. Pada

ortohidrogen spin dua protonnya adalah paralel sehingga membentuk keadaan

olekular yang disebut sebagai triplet dengan bilangan kuantum spin 1 (1/2+1/2),

sedangkan pada parahidrogen spin protonya antiparalel sehingga membentuk

keadaan singlet dan bilangan kuantum spinnya 0 (1/2-1/2). Pada keadaan STP

4

(Standard Temperature Pressure) gas hidrogen tersusun dari 25% bentuk para

dan 75% bentuk ortho.

Di alam hidrogen memiliki 3 buah isotop yaitu 1H, 2H, dan 3H. Isotop 1H

adalah isotop hidrogen yang kelimpahannya mencapai 99,98% yang disebut juga

dengan Protium. Isotop stabil yang lain adalah 2H (Deuterium) dan intinya terdiri

dari 1 proton dan 1 neutron. Deuterium bukanlah radioaktif dan tidak berbahaya

digunakan sebagai penanda dalam sintesis senyawa organik. Deuterium dalam

bentuk 2H2O sering juga digunakan sebagai pendingin dalam reaktor nuklir dan

reaksi fusi. Sedangkan isotop 3H disebut sebagai Tritium mengandung 2 netron

dan 1 proton dalam intinya dan bersifat radioaktif dan meluruh menjadi Helium-

3 dengan memancarkan sinar beta. Banyak dimanfaatkan sebagai pelacak dalam

bidang geokimia dan penanda dalam eksperimen kimia maupun biologi.

Gambar 2 : Isotop Hidrogen

Senyawa Hidrogen

Hidrida merupakan nama yang diberikan untuk ion negatif hidrogen H.

Walaupun ion ini tidak akan ada tanpa kondisi yang khusus, istilah hidrida digunakan

secara luas untuk menyebut sebuah senyawa hidrogen dengan unsur lain, terutama

untuk unsur golongan 116. Senyawa-senyawa yang dibentuk oleh hidrogen sangatlah

banyak, melebihi senyawa yang dapat dibentuk oleh unsur lain.

Ion hidrida

Ion hidrida merupakan anion paling sederhana yang dapat terbentuk,

yakni terdiri dari dua elektron dan sebuah proton. Hidrogen memiliki afinitas

elektron yang cukup rendah, 72.77 kJ/mol, sehingga hidrida bersifat sangat basa

5

dan tidak akan ditemukan dalam larutan. Walaupun demikian, reaksi yang

melibatkan hidrida dalam larutan tetap ada, sama seperti proton yang sangat

asam sehingga tidak bisa ditemukan dalam larutan. Reaktivitas ion hidrida

hipotetis didominasi oleh protonasi eksotermik, menghasilkan dihidrogen:

H + H+ H2; H = 1676 kJ/mol

Oleh karena itu, ion hidrida merupakan salah satu basa paling kuat yang dikenal.

Ia akan menarik proton dari hampir seluruh senyawa yang mengandung

hidrogen. Afinitas elektron hidrogen yang rendah dan ikatan HH bond (HBE =

436 kJ/mol) yang kuat berarti ion hidrida juga merupakan reduktor yang kuat:

H2 + 2e 2H; Eo = 2.25 V

Hidrida ionik

Hidrida ionik atau salin, hidrogen dianggap sebagai pseudohalida. Hidrida

salin tidak larut dalam pelarut konvensional, yang merefleksikan struktur

nonmolekul senyawa ini. H mempunyai konfigurasi elektron helium yang stabil

dengan orbital 12 yang penih. Hidrida ionik juga mempunyai sifat logam

elektropositif, biasanya logam alkali atau logam alkali tanah.

Hidrida-hidrida ini disebut sebagai biner jika ia melibatkan dua unsur

termasuk hidrogen. Rumus kimia untuk hidrida biner ionik umumnya adalah MH

(seperti pada LiH). Semakin tinggi muatan logam meningkat, semakin kovalen

ikatan M-H, seperti yang terdapat pada MgH2 dan AlH3. Hidrida ionik umumnya

ditemukan sebagai reagen basa dalam sintesis organik:

C6H5C(O)CH3 + KH C6H5C(O)CH2K + H2

Reaksi seperti ini heterogen karena KH tidak larut. Pelarut yang umumnya

digunakan dalam reaksi seperti ini adalah eter. Air tidak dapat digunakan sebagai

media hidrida ionik murni atau LAH karena ion hidrida merupakan basa yang

6

lebih kuat daripada hidroksida. Gas hidrogen dilepaskan pada reaksi asam-basa

ini:

NaH + H2O H2 (gas) + NaOH H = 83.6 kJ/mol, G = 109.0 kJ/mol

Hidrida logam alkali bereaksi dengan logam halida. Litium aluminium

hidrida (sering disingkat sebagai LAH) didaptakan dari reaksi LiH dengan

aluminium klorida.

4 LiH + AlCl3 LiAlH4 + 3 LiCl

hidrida kovalen

hidrida kovalen, hidrogen berikatan secara kovalen dengan unsur yang

lebih positif, seperti pada unsur boron, aluminium, dan unsur golongan 4-7 serta

berilium. Senyawa yang umumnya ditemukan meliputi hidrokarbon dan amonia.

Hidrida kovalen netral yang berupa molekul biasanya mudah menguap pada

suhu kamar dan tekanan atmosfer. Beberapa hidrida kovelan tidak mudah

menguap karena hidrida tersebut bersifat polimerik, seperti pada hidrida

aluminium dan berilium. Dengan menggantikan beberap atom hidrogen pada

senyawa ini dengan ligan yang lebih besar, bisa didapatkan turunan senyawa

molekuler. Sebagai contoh, diisobutilaluminium hidrida (DIBAL) terdiri dari duan

pusat aluminium yang berjembatan dengan ligan hidrida. Hidrida yang larut

dalam pelarut umum sering digunakan dalam sintesis organik, misalnya natrium

borohidrida (NaBH4), litium aluminium hidrida, dan DIBAL.

Struktur

Jika dua atau lebih atom terikat dengan ikatan primer, baik berupa ikatan

ion ataupun ikatan kovalen, mereka membentuk molekul yang diskrit. Dalam

membentuk padatan kristal, ikatan yang terjadi antar molekul sub-unit ini berupa

ikatan yang kurang kuat. Kristal yang terbentuk pada situasi ini adalah kristal

molekul, yang sangat berbeda dari kristal unsur dan kristal ionik. Pada es (H 2O),

7

ikatan primernya adalah ikatan kovalen dan ikatan sekunder antar sub-unit

adalah ikatan dipole yang lemah. Atom O [He] 2s 2 2 p4 memiliki enam elektron

di kulit terluar dan akan mengikat dua atom H 1 s1 . Oleh karena itu molekul air

terdiri dari satu atom oksigen dengan dua ikatan kovalen yang dipenuhi oleh dua

atom hidrogen dengan sudut antara dua atom hidrogen adalah 104 o. Dalam

bentuk kristal, atom-atom hidrogen mengikat molekul-molekul air dengan ikatan

ionik atau ikatan dipole hidrogen.

Pada tekanan rendah, molekul hidrogen padat dikenal melalui direct x-ray

pengukuran difraksi menjadi dekat heksagonal isolasi dikemas padat dengan

molekul bebas berputar di situs hcp. kesulitan eksperimental, terutama karena

ukuran sampel makin kecil, sejauh ini mencegah penentuan langsung dari

struktur kristal pada tekanan tinggi. Namun demikian, berdasarkan spektrum

fonon akustik, diyakini bahwa molekul tetap berpusat pada situs kisi hcp sampai

dengan dan melalui transisi fase III. pencarian untuk struktur energi terendah

karenanya dapat cukup terbatas pada molekul berbeda berorientasi berpusat

pada situs hcp.

Gambar : Gambar Struktur

Hidrogen

(Hexagonal Closed Packed)

Gambar : Setiap sphere dalam gambar adalah molekul hidrogen (H2).

8

9

Elektrolisis

Elektrolisis berarti melewati sebuah arus listrik melalui air untuk

memisahkan air menjadi terpisah menjadi hidrogen dan oksigen. Elektrolisis

telah menjadi perhatian karena hanya menyumbang sebagian kecil dari

produksi hidrogen dan air yang melimpah. Saati ini, teknik hanya digunakan

pada tanaman yang relative kecil dengan biaya 2,40-3,60 $/kg hidrogen yang

dihasilkan.

6. Fotobiologis

Teknik hanya dapat dilakukan pada siang hari, yaitu ketika adanya matahari.

Hal ini dikarenakan mikroba fotosintetik menggunakan energi dari sinar matahari

sebagai sumber energi mereka.

7. Teknik Fermentasi

Teknik ini berlangsung pada siang (seperti Rhodopseudomonas, Rhodobacter,

Anabaena, Chlamydomonas, Chromatium dan Thicapsa) maupun malam hari

(dalam keadaan gelap seperti Clostridium, Enterobacter, Azetobacter,

Metanobacteria dan Eschericia coli). Hal ini tergantung pada tipe mikroba yang

digunakan dalam fermentasi. Sebagian besar bakteri aerob dan anaerob

memproduksi biohidrogen dengan pendekatan fotosintesis dan fermentasi

(fotofermentasi).

Keunggulan dari biohidrogen antara lain :

Dapat diperbaharui (renewable energy) dan ramah lingkungan (green energy)

Hasil samping pembakarannya berupa uap air sehingga tidak menimbulkan efek

rumah kaca, hujan asam, dan penipisan lapisan ozon

Proses produksi dapat berlangsung pada tekanan dan suhu normal[16]

Biaya produksi lebih rendah dibandingkan dengan cara fisik dan kimia

Dapat memanfaatkan limbah dan sampah organic sebagai substrat fermentasi

2 H2O(aq) 2 H2(g) + O2(g)

10

8. Off-gas cleanup

Beberapa industri melepaskan konsentrasi hidrogen yang begitu pekat dari

aliran limbah kilang minyak, dapur tinggi, dan beberapa tanaman kimia. Dengan

mengumpulkan dan memurnikan gas ini maka akan dapat menghemat biaya

berkisar 80-120/kg. kebanyakan off-gas hidrogen digunakan oleh industry

tersebut sehingga off-gas cleanup adalah fitur penting saat ini. Tampaknya hal itu

tidak mungkin bahwa bisa diperluas untuk memenuhi peningkatan permintaan

yang akan dihasilkan dari meluasnya penggunaaan hidrogen sebagai bahan

bakar.

9. Photo Process

Menggunakan energi khusus dan sifat cahaya lainnya (biasanya sinar

matahari) untuk menghasilkan hidrogen dari air atau biomassa. Ada tiga kategori

photo process yaitu :

Photo Biological Technique

Didasarkan pada siklus fotosintesis yang digunakan oleh tanaman dan beberapa

bakteri dan ganggang. Efisiensi produksi hidrogen hanya mencapai 1-5% namun

para peneliti berharap untuk meningkatkan hingga 10% atau lebih

Photo Chemical Process

Meniru fotosinesis secara alami dengan menggunakan molekul sintetik. Efisiensi

teknik ini hanya sekitar 0,1% tetapi bisa ditingkatkan.

Photo Electrochemical

Teknik ini menggunakan lapisan bahan semikonduktor yang dipisahkan oleh air.

Ketika terkena cahaya, lpisan semikonduktor menghasilkan tegangan listrik yang

memecah air menjadi hidrogen dan oksigen. Efisiensi yang telah dicapai sudah

sebesar 13% tetapi efisiensi maksimumnya secara teoritis bisa mencapai 35%.

10. Thermo Chemical Process

11

Proses ini menggunakan panas untuk memecah air menjadi hidrogen dan

oksigen. Secara konseptual, teknik ini adalah konversi termal langsung yaitu

pemanasan air untuk suhu ekstrim (3400 K). karena suhu tinggi diperlukan,

namun konversi termal langsung belum begitu praktis untuk dilakukan di luar

laboratorium karena reaksi kimia dapat digunakan untuk mengurangi suhu yang

diperlukan. Berbagai alternatif telah dipelajari dengan melibatkan proses

kompleks multistep. Teknik hybrid yang menggunakan elektrolisis menjadi satu

atau lebih dengan langkah-langkah yang sedang diselidiki.

11. Radiolysis

Proses ini adalah pemisahan air molekul oleh tabrakan dengan partikel

berenergi tinggi yang diproduksi dalam reactor nuklir. Karena hidrogen dan atom

oksigen akan menyatu kembali dengan cepat sehingga menghasilkan air. Efisiensi

radiolysis hanya sekitar 1%.

12. Solar Hidrogen

Dalam bentuk asli dan sederhana produksi energi hidrogen, membayangkan

skenario hidrogen surya memproduksi listrik dari sinar matahari dengan

menggunakan sel fotovoltatik, mengelektrolisis air untuk menghasilkan hidrogen

lalu hidrogen ini dipakai untuk mengganti minyak dan lainnya sebagai bahan

bakar fosil yang sat ini digunakan oleh umum. Sekarang istilah ini sering

digunakan lebih luas untuk elektrolisis berbasis pada sumber listrik terbaharukan,

seperti angin. Ide ini telah menerima banyak perhatian sebagian besar karena

manfaat lingkungan menggunakan hidrogen sebagai alternatif untuk bahan bakar

alternatif.

13. Partial Oxidation of Hydrocarbons

Hidrogen mungkin terbentuk dari tidak adanya katalitik oksidasi parsial (yaitu

gasifikasi) dari hidrokarbon seperti minyak residu. Hidrokarbon apa saja dapat

dikompresi atau dipompa dalam teknologi ini. Namun, efisiensi keseluruhan

proses ini adalah sekitar 50% dan diperlukan oksigen murni. Tersedia dua

12

komersial teknologi untuk konversi ini yaitu Texaco gasification process dan Shell

gasification process.

Pada saat ini, telah dikenal empat sistem penyimpanan hidrogen, yaitu pencairan

hidrogen, hidrogen bertekanan, metal hidrida, dan adsorpsi pada material

berpori. Teknik pencairan dan metal hidrida merupakan sistem yang dapat

mengurangi volume hidrogen 600 sampai 1000 kali dari volume pada kondisi

kamarnya. Walaupun begitu beberapa kekurangan dari kedua teknik ini

menyebabkan kurang dapat digunakan secara komersial sebagai penyimpan

hidrogen. Teknik pencairan hidrogen memerlukan energi yang besar untuk

mencairkan hidrogen pada temperatur minus 253OC dan sering terjadi boil off.

Teknik penyimpanan dalam bentuk metal hidrida relatif aman, tetapi memiliki

bobot yang berat dan memerlukan panas yang tinggi untuk melepaskan hidrogen

dari ikatan kimia dengan logamnya.

APLIKASI

Dalam bidang industry, bidang otomotif, kimia, pembangkit listrik,

kedirgantaraan, dan industri telekomunikasi.

Sejumlah besar H2 diperlukan dalam industri petrokimia dan kimia.

Penggunaan terbesar H2 adalah untuk memproses bahan bakar fosil dan dalam

pembuatan ammonia. Konsumen utama dari H2 di kilang petrokimia meliputi

hidrodealkilasi, hidrodesulfurisasi, dan penghidropecahan (hydrocracking). H2

memiliki beberapa kegunaan yang penting. H2 digunakan sebagai bahan

hidrogenasi, terutama dalam peningkatan kejenuhan dalam lemak takjenuh dan

minyak nabati (ditemukan di margarin), dan dalam produksi metanol. Ia juga

CnHm + n/2 O2 nCO + m/2 H2

13

merupakan sumber hidrogen pada pembuatan asam klorida. H2 juga digunakan

sebagai reduktor pada bijih logam.

Selain digunakan sebagai pereaksi, H2 memiliki penerapan yang luas

dalam bidang fisika dan teknik. Ia digunakan sebagai gas penameng di metode

pengelasan seperti pengelasan hidrogen atomik. H2 digunakan sebagai pendingin

rotor di generator pembangkit listrik karena ia mempunyai konduktivitas termal

yang paling tinggi di antara semua jenis gas. H2 cair digunakan di riset kriogenik

yang meliputi kajian superkonduktivitas. Oleh karena H2 lebih ringan dari udara,

hidrogen pernah digunakan secara luas sebagai gas pengangkat pada kapal udara

balon.

Baru-baru ini hidrogen digunakan sebagai bahan campuran dengan

nitrogen (kadangkala disebut forming gas) sebagai gas perunut untuk

pendeteksian kebocoran gas yang kecil. Aplikasi ini dapat ditemukan di bidang

otomotif, kimia, pembangkit listrik, kedirgantaraan, dan industri telekomunikasi.

Hidrogen adalah zat aditif (E949) yang diperbolehkan penggunaanya dalam

ujicoba kebocoran bungkusan makanan dan sebagai antioksidan.

Isotop hidrogen yang lebih langka juga memiliki aplikasi tersendiri.

Deuterium (hidrogen-2) digunakan dalam reaktor CANDU sebagai moderator

untuk memperlambat neutron. Senyawa deuterium juga memiliki aplikasi dalam

bidang kimia dan biologi dalam kajian reaksi efek isotop. Tritium (hidrogen-3)

yang diproduksi oleh reaktor nuklir digunakan dalam produksi bom

hidrogen,sebagai penanda isotopik dalam biosains, dan sebagai sumber radiasi di

cat berpendar.

Dalam bidang militer

Bom hidrogen, sejauh ini, merupakan senjata paling merusak yang pernah

diciptakan manusia, bom ini merupakan jenis yang paling kuat dari bom nuklir,

dengan kekuatan hingga 25.000 kali bom nuklir yang dijatuhkan di Hiroshima dan

14

Nagasaki, tidak seperti bom atom konvensional (juga dikenal sebagai A-bombs),

yang melepaskan energi dengan reaksi fisi dari inti atom berat seperti uranium

dan plutonium, bom hidrogen melepaskan energi dengan menggabungkan

bersama-sama inti ringan seperti deuterium atau tritium (fusi) yang mampu

mengubah lebih banyak materi menjadi energi.

RESET

PENDAHULUAN

Banyak aplikasi dari atom hydrogen tersebut, di paper ini akan di jelaskan

dengan lanjut tentang Sel Bahan Bakar Hidrogen.

Fuelcell adalah alat elektrokimia yang mengkonversi energi reaksi kimia

secara langsung menjadi energi listrik arus searah (Fuel Cell Handbook,

2000). Ia terdiri dari lapisan elektrolit yang berkontak dengan anoda dan

katoda berpori. Berbeda dengan baterai yang sudah lama dikenal, fuelcell

bukanlah alat penyimpan energi seperti baterai. Fuelcell mengkonversi energi

reaksi elektrokimia menjadi energi listrik. Selama bahan bakar diumpankan ke

dalam fuelcell maka ia akan tetap menghasilkan arus listrik.

Fuelcell sebagai suatu pilihan penyedia daya masa depan menjanjikan

manfaat yang tak diperoleh dari sistem penyedia energi lain. Sistem fuelcell

memberikan efisiensi yang relatif tinggi karena perubahan energi kimia secara

langsung menjadi listrik tanpa harus dibatasi oleh siklus Carnot. Tingkat

kebisingannya jauh lebih rendah daripada yang dihasilkan teknologi penyediaan

daya lainnya yang ada saat ini. Hal ini disebabkan karena tidak ada bagian

fuelcell yang bergerak dalam pembangkitan listrik.

Kita ketahui bahwa energi dari bahan bakar fosil seperti minyak

bumi menimbulkan banyak persoalan bagi manusia yaitu polusi SO2, NOx, dan

abu dan efek rumah kaca. Emisi CO2 dan asap knalpot kendaraan berbentuk

jelaga karbon.Oleh karena itu, fuelcell merupakan suatu sistem teknologi energi

15

yang dampak negatifnya lebih kecil daripada sistem pembakaran bahan bakar

fosil.

Fuel cell adalah suatu sistem elektrokimia yang mengubah energi kimia

dari hidrogen dan oksigen langsung menjadi energi listrik. Keunggulan utama fuel

cell dibandingkan pembangkit listrik konvensional adalah :

Mempunyai efisiensi tinggi dari 40% sampai 60%, sedangkan untuk

kogenerasi dapat mencapai 80%.

Tidak menimbulkan suara bising.

Konstruksinya modular sehingga fleksibel dalam menyesuaikan

dengan sumber bahan bakar yang ada.

Mampu menanggapi dengan cepat terhadap perubahan bahan bakar

atau oksigen.

Fuel cell dapat mengubah hidrogen dan oksigen menjadi listrik dan air

sebagai alternatif menarik untuk mesin pembakaran bahan bakar fosil untuk

efisiensi, fleksibilitas, dan ramah lingkungan. Operasi dasar dari sebuah fuel cell

yang digambarkan pada gambar berikut.

16

Fuel cell menghasilkan potensi listrik dengan efisiensi 60%, listrik dapat

digunakan secara langsung atau con-dikonversi menjadi gerak, cahaya atau

panas. Sebaliknya dalam mesin bensin, beroperasi dengan efisiensi ~25% dan

digunakan hampir secara eksklusif untuk memproduksi gerak. Analisis hasil dari

dua tahun pertama dari US Department of Energy pembelajaran fuel cell

demonstrasi berdasarkan armada 77 kendaraan fuel cell menunjukkan bahwa

efisiensi sel bahan bakar pada seperempat bagian yang diuji pada dinamometer

mencapai 52,5-58,1%, dekat dengan efisiensi target 60%.

Membran elektrolit primer (PEM) fuel cell untuk transportasi

mengandalkan tersebarnya nanopartikel katalis Pt didukung pada substrat

karbon untuk meningkatkan reaksi proton, elektron, dan molekul oksigen ke air.

Meskipun Pt adalah katalis paling terkenal untuk reaksi ini, hidrogen tidak dapat

memenuhi tuntutan dari ekonomi dewasa ini karena biaya tinggi dan kelangkaan

relatif. Banyaknya kebutuhan meningkat dalam aktivitas katalitik yang diperlukan

untuk mengurangi jumlah yang dibutuhkan, atau harus digantikan oleh katalis

alternatif yang aktif, berlimpah, dan murah.

Membran Elektrolit

Komponen ini mempunyai pori yang sangat kecil sehingga tidak mengijinkan atom

hidrogen untuk melewati pori membran. Membran elektrolit ini bersifat proton

exchange (H+) di mana dalam strukturnya akan terjadi suatu mekanisme pertukaran ion

sehingga konduktifitas proton yang diharapkan pada kondisi humidified membrane 2 x

17

10-2 S/cm (ketahanan 0,05 ohm cm2 untuk membran dengan ketebalan 50 mikrometer).

Selain itu ketahanan dan kestabilan terhadap zat kimia dan termal (300OC) sangatlah

menentukan performance arus yang dihasilkan.

PRODUKSI HIDROGEN

Salah satu jenis bahan bakar alternatif yang banyak dicermati saat ini adalah

hidrogen. Seperti diketahui bahwa hidrogen dapat berfungsi sebagai energi untuk

semua kegunaan sebagaimana layaknya minyak bumi dan gas alam. Hidrogen tersedia

dalam air dan senyawa organik dalam bentuk senyawa hidrokarbon. Pemotongan

ikatan-ikatan kimia di dalam air akan menghasilkan hidrogen yang dapat dipergunakan

sebagai bahan bakar.

Hidrogen dapat dihasilkan melalui beberapa proses seperti : elektrolisa,

fotoelektrokimia, steam reforming, fotobiologi, dan lain-lain. Hidrogen dapat pula

dihasilkan dengan menggandeng sumber-sumber energi terbarukan, seperti : energi air,

energi surya, energi angin, dan energi panas bumi. Hidrogen yang dihasilkan dapat

disimpan dalam bentuk gas atau cair, sedangkan transportasi dan distribusinya dapat

dilakukan dengan berbagai cara. Karena hidrogen hanya ditemukan di alam dalam

bentuk senyawa, maka hidrogen harus diproduksi melalui penggunaan energi, sebelum

hidrogen tersebut tersedia sebagai sumber energi.

Penerapan Fuel Cell di Sektor Transportasi

18

Gambar : Suatu mobil yang mengguakan sel bahan bakar hidrogen

Suatu alat transportasi sangat berhubungan dengan berat total kendaraan, dan

bahan bakar yang digunakan merupakan suatu zat dari sistem yang mempengaruhi

berat total kendaraan dan kinerjanya. Jika digunakan bahan bakar yang mempunyai

nilai kalor tinggi, maka kinerja akhir kendaraan dapat dikatakan baik. Seperti diketahui,

hidrogen sebagai energi

alternatif merupakan senyawa bahan bakar yang pada saatnya nanti menjadi

suatu sumber energi yang sangat potensial, bersih, dan efisien. Bila hidrogen digunakan

sebagai bahan bakar fuel cell, maka mobil listrik akan menjadi ringan dibandingkan

bahan bakar lain. Hal ini disebabkan energi per satuan beratnya lebih tinggi

Pengembangan mobil listrik dengan baterai konvensional dirasakan tidak

realibel karena jarak tempuhnya pendek dan waktu pengisian batere yang lama jika

dibandingkan mobil konvensional. Namun dengan adanya teknologi fuel cell dan

reformernya, kendala jarak tempuh dan pengisian batere dapat diatasi. Pada beberapa

jenis prototipe mobil listrik selain tangki penyimpan gas hidrogen juga digunakan

reformer di mana campuran metana dan air dirubah menjadi gas hidrogen. Sebagai

salah satu contoh penerapan fuel cell pada mobil listrik.

19

Gambar : Mesin mobil sel bahan bakar hydrogen

KESIMPULAN

Fuel Cell sebagai teknologi pembangkit energi prospeknya sangat baik di masa

mendatang, baik diaplikasikan pada sektor pembangkit listrik maupun di sektor

transportasi. Khusus untuk di Indonesia yang merupakan negara kepulauan,

teknologi ini merupakan salah satu teknologi alternatif yang sangat sesuai untuk

penyediaan energi listrik.

Perkembangan teknologi fuel cell yang pesat dapat meningkatkan pengoperasian

produksi hidrogen dengan cara digandengkan dengan generator lain seperti

penggunaan teknologi fotovoltaik.

Aplikasi sistem fuel cell akan sangat menguntungkan bagi negara kita seperti :

membuka lahan bisnis baru termasuk bisnis sistem pendukungnya menghemat devisa

negara, dan mengurangi pencemaran udara di sektor transportasi.

Aplikasi sistem fuel cell untuk sektor transportasi perlu diprioritaskan, karena sarana

transportasi merupakan kontributor terbesar, baik dalam penggunaan BBM secara

nasional maupun pencemaran lingkungan.

20

Dimulainya penggunaan sistem fuel cell merupakan tantangan dalam

menghadapi masalah global seperti faktor pencemaran lingkungan akibat penggunaan

energi fosil, dan terbatasnya sumber daya energi fosil serta penyimpanan energi untuk

daerah terpencil

Dampak positif sel bahan bakar hidrogen yaitu :

1. Kurang Emisi Gas Rumah Kaca

2. Kurang Polutan Udara

3. Mengurangi Ketergantungan Minyak

4. Memiliki efisiensi yang lebih tinggi daripada mesin diesel atau gas.

5. Menghilangkan ketergantungan ekonomi pada negara-negara politis tidak

stabil untuk bahan bakar fosil.

6. Beberapa memiliki panas rendah transmisi-ideal untuk aplikasi militer.

7. Kebanyakan beroperasi diam-diam dibandingkan dengan mesin

pembakaran internal.

8. Pemeliharaan sederhana karena ada beberapa bagian yang bergerak

dalam sistem.

9. Waktu operasi yang lebih lama dibandingkan dengan baterai.

Dampak negatif sel bahan bakar hidrogen yaitu :

1. Reformasi secara teknis menantang dan tidak ramah lingkungan.

2. Produksi, transportasi, distribusi dan penyimpanan hidrogen yang sulit.

3. Jarak tempuh mobil yang lebih pendek daripada di kendaraan tradisional.

4. Pengisian bahan bakar dan mulai saat kendaraan sel bahan bakar yang

lebih lama.

5. Saat mahal untuk diproduksi, karena sebagian besar unit adalah buatan

tangan.

6. Sel bahan bakar umumnya sedikit lebih besar daripada baterai sebanding

atau mesin.

7. Teknologi ini belum sepenuhnya dikembangkan dan beberapa produk

yang tersedia.

8. Sebagian menggunakan bahan-bahan yang mahal.

21

Referensi

1. Hasan, Achmad. Aplikasi Sistem Fuel cell sebagai Energi Ramah Lingkungan di

Sektor Transportasi dan Pembangkit. ISSN 1441-318X Vol.8, No.3 (September

2007): Pp.277-286.

2. Sirait LR. 2007. Produksi Gas Produksi Gas Hidrogen Dari Limbah Alumunium.

Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah

Jakarta.

3. Habibi, Muhammad Sidiq. 2009. Produksi Biohidrogen Melalui Fermentasi

Bakteri Fotosintetik Rhodobium marinum dan Isolat Sanur. Bogor. Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.

4. Sirait LR. 2007. Produksi Gas Hidrogen dari Limbah Cair Tahu dengan Bakteri

Fotosintetik Rhodobium marinum [tesis]. Depok: Sekolah Pascasarjana,

Universitas Indonesia..

5. Sriyono, Teknologi Proses Produksi Hidrogen Berbasis Energi Nuklir, Sigma

Epsilon, ISSN 0853-9103, (2008)

6. Sutarno, Malik A, Analisis Efisiensi Efisiensi Energi dan Energi Listrik pada

Proses Produksi Hidrogen dengan Elektrolisis Air, Prosiding: Seminar Nasional

Rekayasa Kimia dan Proses, ISSN 1411-4216, (2004)

7. Prasodjo, Prolessara. 2010. Studi Kapasitas Adsorpsi serta Dinamika Adsorpsi

dan Desorpsi dari Nanotube Karbon sebagai Penyimpan Hidrogen [tesis].

Depok: Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.

22

8. Anonymous. 2013. Hydrogen Energy (online).

(http://www.renewableenergyworld.com/rea/tech/hydrogen, diakses pada

tanggal 13 April 2014 )

9. Anonymous. 2012. Aplikasi Hidrogen (H2) Dalam Dunia Industri (online).

(http://www.umpgas.com/news/24/Aplikasi-Hidrogen-H2-Dalam-Dunia-

Industri, diakses pada tanggal 13 April 2014)