Hydrogen Storage

I.        TUJUAN

1.    Mengetahui daya hantar listrik dari produksi gas hydrogen

2.    Mengetahui prinsip kerja dari fuel cell

II.      DASAR TEORI

fuel cell adalah perangkat elektronika yang mampu mengonversi perubahan energi bebas suatu rekasi elektronikia menjadi energi listrik.

Alat yang sejenis fuel cell yang sering kita jumpai adalah baterai. baterai yang mempunyai komponen2 kimia sebagai penyusunnya, akan mengubah energi kimia tersbut menjadi energi listrik. akan tetapi energi baterai akan habis dan untuk mendapatkan energi lagi kita harus menggantinya dengan baterei yang baru atau me recharge ulang baterei tersebut.Dengan fuel cell, bahan/senyawa kimia -sebagai sumber energi- akan terus ada selama kita mengisi bahan bakar fuel cell tersebut. senyawa kimia yang paling banyak dipakai dalam fuel cell adalah hidrogen dan oksigen. kedua senyawa tersebut dipilih karena kelimpahannya di alam sangat banyak.

Prinsip kerja fuel cell

Fuel cell adalah alat konversi energi elektrokimia yang akan mengubah hidrogen dan oksigen menjadi air, secara bersamaan menghasilkan energi listrik dan panas dalam prosesnya. fuel cell merupakan suatu bentuk teknologi sederhana seperti baterai yang dapat diisi bahan bakar untuk mendapatkan energinya kembali, dalam hal ini yang menjadi bahan bakar adalah oksigen dan hidrogen.

Layaknya sebuah baterai, segala jenis fuel cell memiliki elektroda positif dan negatif atau disebut juga katoda dan anoda. Reaksi kimia yang menghasilkan listrik terjadi pada elektroda. Selain elektroda, satu unit fuel cell terdapat elektrolit yang akan membawa muatan-muatan listrik dari satu elektroda ke elektroda lain, serta katalis yang akan mempercepat reaksi di elektroda. Umumnya yang membedakan jenis-jenis fuel cell adalah material elektrolit yang digunakan. Arus listrik serta panas yang dihasilkan setiap jenis fuel cell merupakan produk samping reaksi kimia yang terjadi di katoda dan anoda.

Karena energi yang diproduksi fuel cell merupakan reaksi kimia pembentukan air, alat konversi energi elektrokimia ini tidak akan menghasilkan efek samping yang berbahaya bagi lingkungan seperti alat konversi energi konvensional (misalnya proses pembakaran pada mesin mobil). Sedangkan dari segi efisiensi energi, penerapan fuel cell pada baterai portable seperti pada handphone atau laptop akan sepuluh kali tahan lebih lama dibandingkan dengan baterai litium. Dan untuk mengisi kembali energi akan lebih cepat karena energi yang digunakan bukan listrik, tetapi bahan bakar berbentuk cair atau gas.

Cara kerja fuel cell

Pertama, anoda sebagai kutub negatif fuel cell. Anoda merupakan elektroda yang akan mengalirkan elektron yang lepas dari molekul hidrogen sehingga elektron tersebut dapat digunakan di luar sirkuit. Pada materialnya terdapat saluran-saluran agar gas hidrogen dapat menyebar ke seluruh permukaan katalis.Kedua, katoda sebagai kutub elektroda positif fuel cell yang juga memiliki saluran yang akan menyebarkan oksigen ke seluruh permukaan katalis. Katoda juga berperan dalam mengalirkan elektron dari luar sirkuit ke dalam sirkuit sehingga elektron-elektron tersebut dapat bergabung dengan ion hidrogen dan oksigen untuk membentuk air.Katalis yang digunakan untuk memfasilitasi reaksi oksigen dan hidrogen. Katalis umumnya terbuat dari lembaran kertas karbon yang diberi selapis tipis bubuk platina. Permukaan katalis selalu berpori dan kasar sehingga seluruh area permukaan platina dapat dicapai hidrogen dan oksigen

Keunggulan Fuel Cell Hidrogen

Keunggulan penerapan sumber energi alternatif hydro fuel cell antara lain tidak bising karena tidak terdapat komponen bergerak, tidak polutan (tidak beracun, tidak berbau) karena sekresi (zat buangan) yang ditimbulkan adalah H2O alias unsur air, dan memiliki efisiensi proses yang jauh lebih baik dibanding dengan sistem konvensional.

Berbeda dengan baterai, fuel cell tidak hanya menyimpan tetapi juga menghasilkan energi listrik secara berkesinambungan selama masih ada pasokan bahan bakar. Kelebihan teknologi yang diindonesiakan menjadi sel tunam adalah efisiensinya, tidak bising, hampir tak menghasilkan bahan pencemar sama sekali, serta banyak pilihan bahan bakar.

Pemakaian Fuel Cell

Di banyak negara maju, teknologi sel tunam sudah bukan barang baru lagi. Negara seperti Amerika Serikat (AS), Jepang, Jerman atau Inggris telah mengembangkan teknologi ini sejak lama. Di negara ini yang menjadi pemicu pemakaian hidrogen sebagai bahan bakar kendaraan adalah isu lingkungan dan konservasi energi.

Produsen kendaraan seperti General Motors (GM) misalnya sudah merilis prototipe mobil berbahan bakar hidrogen. Mobil yang rencananya akan komersial pada tahun 2010 ini menggunakan sel tunam berbentuk wafer yang berfungsi memisahkan atom hidrogen menjadi proton dan elektron. Dengan memakai elektron sebagai arus listrik, digabungkan proton dengan oksigen dari udara, sehingga hasil sampingnya hanya uap air.

III.    ALAT DAN BAHAN

A.   ALAT

-         Membaran fuel cell

-         Alat yang digunakan pada saat pembuatan produksi gas hidrogen (praktikun pertama)

-         Balon 

B.   BAHAN

-  NaOH 3M 50 ml

-   Alumunium Foil 0,8 gr

IV.        CARA KERJA

·         Dipotong kecil-kecil alumunium foil lalu ditimbang sebanyak 0,8 gram

·        Potongan alumunium tersebut , dimasukkan kedalam botol/alat produksi gas hidrogen yang sudah dibuat

·        Dimasukkan NaOH 3M sebanyak 50 ml kedalam botol tersebut

·        Dipasang balon pada mulut botol dengan cepat

·        Ditunggu gas hidrogen yang dihasilkan , ditandai dengan membesarnya balon

·        Jika reaksi telah selesai , diputar keran yang terdapat di selang penyambung

·        Balon dilepaskan lalu dihubungkan ke membaran fuel cell

·        Dicatat daya hantar listrik yang terjadi

Video cara kerja pembuatan gas hidrogen dari alumunium

V.           HASIL PENGAMATAN

Jenis Uji	Keterangan
Terdapat gas hidrogen	ya
Lampu menyala	ya
Kipas berputar	ya
Daya hantar listrik	8,64 volt
Volume gas	0,855 L
Waktu kipas beputar	150 detik

   

    VI. PEMBAHASAN 

Percobaan praktikum pembuatan storage (tempat penyimpanan) untuk gas H₂ atau gas hidrogen kali ini praktikan menggunakan balon sebagai tempat penyimpanan gas hidrogen, penggunaan balon sebagai tempat penyimpanan gas hidrogen ini berhasil dilakukan karena balon memiliki sifat elastis dan dapat menyimpan gas dengan baik tanpa kebocoran.

Gas hidrogen yang dihasilkan berasal dari 0,8 gram aluminium foil yang direaksikan dengan 3M NaOH sebanyak 50 mL. Gas hidrogen yang dihasilkan berjumlah 0,855 Liter, hasil ini didapatkan setelah melakukan pengukuran pada keliling balon yang berisi gas hidrogen. Keliling balon berjumlah 37 cm, dengan jari-jari 5,89 (melalui rumus K/2π) sehingga diperoleh volume 855 cm³, kemudian hasil tersebut dibagi 1000 dan menghasilkan 0,855 liter.

Reaksi yang terjadi :

2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 3H₂

Penggunakan NaOH dalam percobaan ini adalah sebagai katalisator yang berperan mempercepat reaksi dengan alumunium foil dan tidak bereaksi, sehingga keberadaannya tidak perlu dituliskan dalam persamaan reaksi diatas.

Gas hidrogen yang tersimpan dalam balon kemudian di uji coba menggunakan membran fuel cell untuk membuktikan bahwa dengan gas hidrogen yang dimasukkan kedalam membran fuel cell ini dapat menghasilkan energi gerak dan energi listrik, setelah gas hidrogen pada balon disalurkan kedalam membran fuel cell didapatkan hasil bahwa 0,855 Liter gas hydrogen dapat menggerakan kincir angin dan menyalakan lampu berukuran kecil serta menghasilkan 8,64 volt secara bersamaan selama kurang lebih 2,5 menit atau 150 detik.

 Peralatan untuk membuat rangkaian  alat untuk menyimpan gas hidrogen ini menggunakan bahan-bahan yang tidak terpakai, seperti selang bekas, keran bensin dan botol kaca bekas. Penggunaan bahan-bahan bekas ini bertujuan agar kami sebagai mahasiswa UIN Syarif Hidayatullah bukanlah menciptakan limbah baru setelah praktikum, namun dapat memanfaatkan limbah yang ada menjadi barang yang berguna dalam skala praktikum maupun dalam skala besar.

Yang harus diperhatikan dari percobaan ini adalah gas hidrogen yang dihasilkan masih dalam jumlah sedikit atau skala kecil karena hanya sebatas praktikum sehingga tempat penyimpanan yang kami buat dan gunakan hanyalah untuk skala praktikum. Untuk kedepannya diharapkan dapat membuat gas hidrogen dalam skala besar atau industri beserta tempat penyimpanannya sehingga energi alternatif ini benar-benar bisa dimanfaatkan untuk kedepannya.

VII.Kesimpulan

Percobaan ini menghasilkan daya listri 8,6 volt yang diujikan pada membran sel sehingga menggerakan kipas dan menyalakan lampu selama 150 detik.Pada percobaan ini penyimpanan gas hidrogen hanya dalam skala kecil / laboratorium.Untuk kedepannya kita perlu untuk mengembangkan hydrogen storage yang lebih efisien sehingga dapat diterapkan menjadi energi alternatif.

           VIII. Daftar Pustaka

id.wikipedia.org/wiki/Hidrogen
www.lppm.itb.ac.id/wp-content/.../01/BP_KLASTER_HIDROGEN.pdf‎
en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell‎

         

  

Produksi Gas Hidrogen dari Limbah Alumunium

I.            TUJUAN

• Memanfaatkan limbah alumunium foil dan kaleng menjadi gas hidrogen

• Mengetahui volume gas hidrogen hasil percobaan 

• Menjadikan limbah hasil percobaan sebagai tawas

II.         PENDAHULUAN

Menipisnya bahan bakar fosil dan berbagai isu global membuat manusia terdesak untuk mencari alternatif bahan bakar untuk masa depan , salah satu jawabannya adalah Hydrogen . Hydrogen menjadi jawaban karena hanya menghasilkan air ketika direaksikan untuk menghasilkan energi sebagaimana layaknya minyak bumi dan gas alam . Dengan teori kimia yang cukup dasar itu maka dibuatlah kendaraan-kendaraan yang menggunakan bahan bakar hydrogen untuk menjawab isu global yang benar . 

Hydrogen adalah elemen paling berlimpah dan paling simple di dunia . Pada suhu dan tekanan permukaan bumi hydrogen tidak berwarna . Bagaimanapun hydrogen jarang ditemukan sendiri di alam ,biasanya terikat dengan elemenet lain .  Tetapi hydrogen dapat kita buat sendiri dengan menggunakan limbah alumunium yang dapat menjadi sumber gas hydrogen apabila dicampurkan dengan basa atau asam , dengan cara tersebut gas hydrogen yang di produksi memiliki jumlah  yang cukup banyak . Selain itu ini merupakan cara yang tepat dalam menanggulangi masalah lingkungan terhadap limbah itu sendiri. Kendaraan yang selama ini menjadi sumber utama polusi akan mulai dapat teratasi dengan dikembangkannya energi alternative berbahan baku gas hydrogen . Merek-merek mobil besar mulai berlomba untuk mengembangkan mobil dengan bahan bakar ini untuk menciptakan lingkingan yang sehat di masa depan .

III.       TINJAUAN PUSTAKA

Aluminium adalah logam berwarna putih keperakan yang lunak. Aluminum, Al, merupakan anggota golongan 13, berada sebagai aluminosilikat di kerak bumi dan lebih melimpah daripada besi.  Mineral aluminum yang paling penting dalam metalurgi adalah bauksit, AlO_x (OH)_3-2x (0 < x <1). . Sifat aluminum dikenal dengan baik dan aluminum banyak digunakan dalam keseharian, misalnya untuk koin, panci, kusen pintu, dsb. Logam aluminum digunakan dengan kemurnian lebih dari 99%, dan logam atau paduannya (misalnya duralium) banyak digunakan

Aluminium murni 100% tidak memiliki kandungan unsur apapun selain aluminium itu sendiri, namun aluminium murni yang dijual di pasaran tidak pernah mengandung 100% aluminium, melainkan selalu ada pengotor yang terkandung di dalamnya. Pengotor yang mungkin berada di dalam aluminium murni biasanya adalah gelembung gas di dalam yang masuk akibat proses peleburan dan pendinginan/pengecoran yang tidak sempurna, material cetakan akibat kualitas cetakan yang tidak baik, atau pengotor lainnya akibat kualitas bahan baku yang tidak baik (misalnya pada proses daur ulang aluminium). Umumnya, aluminium murni yang dijual di pasaran adalah aluminium murni 99%, misalnya aluminium foil.Seperti yang sudah dipaparkan bahwa gas hydrogen dapat dijadikan fuel cell sehingga dalam perkembangannya ada beberapa cara yang sangat berpotensi dalam menghasilkan gas hidrogen yang optimal.Salah satu cara tersebut adalah dengan memanfaatkan Aluminium untuk menghasilkan gas hidrogen.Aluminium yang digunakan dapat berasal dari limbah aluminium foil atau limbah minuman kaleng. Dalam jurnal Valensi Vol. 2 No. 1, Nop 2010,telah dilakukan penelitian oleh Yusraini Dian I.S tentang produksi gas hidrogen dari limbah aluminium.Penelitian tersebut menggunakan katalis H2SO4, NaOH, KOH dan NaCl dalam berbagai konsentrasi sehingga didapatkan hasil yang optimal dalam memproduksi gas hidrogen.Hasil percobaannya menunjukan bahwa penggunaan limbah alumunium foil untuk memproduksi gas hidrogen dapat dilakukan menggunakan katalis basa (NaOH) karena semakin tinggi konsentrasi NaOH maka waktu reaksinya akan semakin cepat.Kemudian limbah hasil percobaan tersebut adalah air dan alumunium hidroksida yang mana zat ini dapat dimanfaatkan dalam memroduksi tawas.Akan tetapi kendala yang dihadapi saat ini adalah bagaiamana mendesain tempat penyimpanan gas hidrogen dengan efisien agar gas tersebut bisa dimanfaatkan sebagai fuel cell .

IV.        METODE PENELITIAN

A.     ALAT

1.      Botol beling/ plastik (jangan yang terbuat dari logam)

2.      Balon karet

Balon

3.      Gelas ukur

B.     BAHAN

1.      Kaleng Alumunium bekas/ alumunium foil

2.      Larutan NaOH

3.      Aquades

C.     PROSEDUR KERJA

1.  alumunium foil disiapkan secukupnya.

2.    Alumunium foil dipotong hingga menjadi cacahan kecil agar reaksi berjalan dengan lebih cepat.

3.    Ditimbang potongan Alumunium  (catat berat sebenarnya secara tepat lalu hitung molnya).

4.    Disiapkan larutan NaOH dengan konsentrasi 1M,2M,dan 3M (kelompok ini menggunakan konsentrasi 1M)

5.    Disiapkan botol kaca/plastik kemudian imasukan potongan logam Al  ke dalam larutan NaOH dan segera tutup rapat botol  dengan balon yang tersedia, pastikan tidak ada kebocoran.

6.    Sekali-sekali diguncangkan botol dan amati apa yang terjadi.

7.    Setelah reaksi selesai, lepaskan balon dan usahakan tidak ada gas yang lepas.

8. Gas Hidrogen diuji dengan mengaitkan tisu atau kertas pada balon lalu dibakar dengan api. Hati-hati dengan ledakannya.

V.          HASIL PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN

a. hasil praktikum

Jumlah gram Alumunium	Keliling Balon	R=K /2phi	Volume= 4/3phiR3
0.1 gram	16.5 cm	2.62cm	0.0753cm3
0.2 gram	21.9cm	3.48cm	0.176cm3
0.4 gram	27cm	4.3cm	0.332cm3
0.8gram	37cm	5.89cm	0.855cm3

b. Hasil Literatur dan persentase Kesalahan literatur

0,1 gram Alumunium

               2Al                  +                 6H₂O            --->                2Al(OH)₃                   +                 2 H₂

M    0.037                                0.05                                            

R     0.037                                  0.011                                                                                         0.054

S                                                                                                                                        0.055

V_{H2 =} nH₂        x     22.4     = 0.055  x 22.4

                                       = 0.1232 L

                                      

% kesalahan literatur =  (Xliteratur-Xpraktikum/Xliteratur)x 100%

                                    = (0.1232-0.07358/0.07358)x100%

                                    =40%

                                                                          

0,2 gram Alumunium

                2Al                  +                 6H₂O             -->              2Al(OH)₃                           +                 2 H₂

M    0.074                                   0.05                                            

R     0.074                                  0.022                                                                                         

S                                                                                                                                                  0.011
 V_{H2 =} nH₂        x     22.4     = 0.011  x 22.4

                                              = 0.2464L
                                    

% kesalahan literatur    =  (Xliteratur-Xpraktikum/Xliteratur)x 100%

                                    = (0.2464-0.176/0.2464)x100%

                                    =28.5%

0,4 gram Alumunium

              2Al                  +                 6H₂O                 -->           2Al(OH)₃                   +                 2 H₂

M    0.0148                              0.05                                            

R     0.0148                              0.044                                                                                         

S                                                                                                                                        0.022

V_{H2 =} nH₂        x     22.4     = 0.022  x 22.4

                                        = 0..49 L

                                      

% kesalahan literatur = =  (Xliteratur-Xpraktikum/Xliteratur)x 100%

                                    = (0.49-0.332/0.49)x100%

                                    =32.6%

0,8 gram Alumunium

             2Al                  +                 6H₂O                   -->               2Al(OH)₃                   +                 2 H₂

M    0.0296                              0.05                                            

R     0.0296                              0.088                                                                                       

S                                                                                                                                               0.044

V_{H2 =} nH₂        x     22.4     = 0.044  x 22.4

                                        =0.9856L

% kesalahan literatur = (Xliteratur-Xpraktikum/Xliteratur)x 100%

                                    = ( 0.9856-0.855/0.9856)x100%

                                    =13.2%

V.          PEMBAHASAN

Pada percobaan pembuatan gas hidrogen (H₂), praktikan menggunakan alumunium foil sebagai bahan uji coba. Alumunium foil yang digunakan empat buah dengan masing-masing beratnya adalah 0,1 gr, 0,2 gr, 0,4 gr dan 0,8 gr. Alumunium foil ini akan direaksikan dengan 50 ml NaOH 0,1 M sehingga menghasilkan gas, gas yang dihasilkan ini adalah gas hidrogen.

Reaksi yang terjadi :

2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 3H₂

Dalam reaksi ini terbentuk gas H₂ yang ditandai dengan munculnya gelembung-gelembung gas. Setelah semua aluminium bereaksi gelembung-gelembung gas akan menghilang dan larutannya berubah menjadi warna abu-abu.

Penggunakan NaOH dalam percobaan ini adalah sebagai katalisator yang berperan mempercepat reaksi dengan alumunium foil dan tidak bereaksi, sehingga keberadaannya tidak perlu dituliskan dalam persamaan reaksi diatas

Mengapa katalisatornya NaOH?Dikarenakan hanya katalisator yang basa yang bereaksi menghasilkan gas hidrogen.Jika menggunakan katalis asam seperti H2SO4 dan HCl maka keduanya tidak menunjukan reaksi pada alumunium foil sehingga gas hidrogen yang diharapkan tidak muncul.

Hasil dari percobaan ini adalah larutan aluminium hidroksida yang berwarna ke abu abuaan dan limbah ini akan dimanfaatkan kembali untuk menghasilkan tawas yang dapat bermanfaat sebagai penjernih air.Kemudian gas hidrogen yang dihasilkan dapat dimanfaatkan sebagai fuel cell.

Pada percobaan pertama, 0,1 gr alumunium foil dimasukkan kedalam 50 ml larutan NaOH 0,1 M. Pada penambahan 0,1 gr alumunium foil kedalam 50 ml NaOH 0,1M membutuhkan waktu 6 menit 40 detik untuk bereaksi dan menghasilkan gas H₂ sebanyak 0,0753 Liter.

Pada percobaan kedua, 0,2 gr alumunium foil dimasukkan kedalam 50 ml larutan NaOH 0,1 M. Pada penambahan 0,2 gr alumunium foil kedalam 50 ml NaOH 0,1M membutuhkan waktu 8 menit 32 detik untuk bereaksi dan menghasilkan gas H₂ sebanyak 0,176 Liter.

Pada percobaan pertama, 0,4 gr alumunium foil dimasukkan kedalam 50 ml larutan NaOH 0,1 M. Pada penambahan 0,4 gr alumunium foil kedalam 50 ml NaOH 0,1M membutuhkan waktu 12 menit 12 detik untuk bereaksi dan menghasilkan gas H₂ sebanyak 0,332 Liter.

Pada percobaan pertama, 0,8 gr alumunium foil dimasukkan kedalam 50 ml larutan NaOH 0,1 M. Pada penambahan 0,8 gr alumunium foil kedalam 50 ml NaOH 0,1M membutuhkan waktu 14 menit 19 detik untuk bereaksi dan menghasilkan gas H₂ sebanyak 0,855 Liter.

Jika dilihat dari waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan gas H₂ dan gas H₂ yang dihasilkan bahwa semakin banyak alumunium foil yang diberikan semakin besar pula gas hidrogen yang dihasilkan dan sebaliknya serta semakin banyak alumunium foil yang ditambahkan maka semakin banyak waktu yang diperlukan untuk bereaksi, hal ini berkaitan dengan luas permukaan atau luas penampang dan molaritas NaOH yang digunakan, artinya semakin besar molaritas NaOH dan semakin besar luas penampang alumunium foil, maka semakin cepat pula reaksi dapat berlangsung.

Selain itu,semakin besar konsentrasi dari katalis yang dalam hal ini adalah NaOH maka waktu yang diperlukan untuk alumunium foil habis bereaksi adalah semakin cepat. Sehingga untuk mendapatkan hasil maksimal gas hidrogen dengan memperbanyak alumunium foil dan memperbesar konsentrasi katalisnya.

Selain alumunium foil, kita juga bisa memanfaatkan limbah alumunium lain seperti pada botol minuman kaleng.Dengan menggunakan konsentrasi NaOH yang sama maka akan menghasilkan gas hidrogen yang lebih banyak pada alumunium hasil reaksi dengan kaleng.

Yang harus diperhatikan dari percobaan ini adalah gas hidrogen yang dihasilkan masih dalam jumlah sedikit atau skala kecil karena hanya sebatas praktikum. Untuk kedepannya diharapkan dapat membuat gas hidrogen dalam skala besar atau industri sehingga energi alternatif ini benar-benar bermanfaat.

VI. KESIMPULAN

• Gas hydrogen dapat diproduksi dengan menggunakan limbah alumunium foil dengan menambahkan katalis basa dan terbentuk dari persamaan 2Al(s) + 6H₂O(l) → 2Al(OH)_3(aq) + 3H_2(g)
• Semakin tinggi konsentrasi NaOH/katalis maka waktu reaksinya akan semakin cepat
• Semakin banyak aluminium yang direaksikan maka gas hidrogen yang dihasilkannya semakin banyak
• Volume gas hidrogen yang diperoleh dari aluminium foil + NaOH 0,564 L , 1,323 L , 2,496 L dan 6,416 L
• Mahasiswa perlu mengembangkan hidrogen dalam skala besar dan storage yang baik.

VII.DAFTAR PUSTAKA 

http://anekailmu.blogspot.com/2009/04/pembuatan-gas-hidrogen-h2.html

http://repository.usu.ac.id/bitsream/123456789/37616/5/chapter%201.pdf

journal.uinjkt.ac.id/index.php/valensi/article/download/236/15