analisa produktivitas hasil elektrolisis h2o dengan koh terhadap sepeda motor
DESCRIPTION
elisa novriyanti marpaung @elisaNovriyant_TRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dari tahun ke tahun sumber daya alam minyak bumi, ketersediannya di
muka bumi ini semakin menipis. Hubungan ketersediaan bahan bakar dan
konsumsi akan bahan bakar ini berbanding terbalik. Semakin meningkatnnya
permintaan atau konsumsi akan bahan bakar maka ketersediaan bahan bakar akan
semakin menurun dan dapat diperkirakan bahan bakar tersebut lama kelamaan
dapat habis. Seperti diketahui keberadaan akan bahan bakar tersebut merupakan
sumber daya alam yang tidak dapat diperbahaui. Inilah yang menyebabkan
masyarakat khususnya kalangan ilmuwan berlomba-lomba intuk mencari
alternatif lain yang dapat digunakan sebagai penganti bahan bakar minyak bumi.
Salah satu alternatif yang digunakan yaitu dengan memanfaatkan air
(H2O). Karena telah diketahui, secara kuantitas kandungan air di permukaan bumi
sangat melimpah ruah. Kurang lebih 70 % permukaan bumi ditutupi oleh air dan
persediannya mencapai 1,4 triliun km3 (330 juta mil3). Dan salah satu faktor
lainya yaitu pergerakan atau siklus air yang tiada hentinya menyebabkan
ketersediaan akan air ini tidak habis dengan pengelolaan yang baik. Pemanfaatan
air sebagai bahan bakar disebut Brown Gas yanng merupakan campuran dari gas-
gas hidrogen hidrogen oksigen (HHO) yang diperoleh dari hasil elektrolis air
murni dengan bantuan katalis (Putra). Gas HHO ini akan dialirkan kedalam
kabulator mesin motor, sehingga akan bercampur dengan bensin dan
1
kemungkinan akan meningkatkan daya bakar dari bensin. Hal ini ditambahkan
juga oleh Sutomo et all; (2010) bahwa HHO dari elektroliser akan meningkatkan
pada mesin sehingga keperluan atau penggunaan dari bahan bakar akan menurun.
Adapun untuk mempercepat proses pembentukan gas HHO ini, digunakan
katalis KOH. KOH merupakan larutan yang bersifat basa. Menurut Putra (2010).
larutan KOH ini akan mempermudah pemutusan gas hidrogen dan gas oksigen
dalam air dan membentuk HHO. Sehingga diperkirakan semakin banyaknya
konsentrasi dari katalis KOH, akan memperbanyak produksi dari gas HHO.
Demikian juga halnya dengan pengaruh arus yang berasal dari tegangan,
kemungkinan dapat mempercepat produksi gas HHO dari hasil elektrolisis.
Untuk itu dilakukan penelitian lebih lanjut akan pengaruh dari hasil
elektrolisis air yaitu gas HHO pada unjuk kerja dari mesin motor dan konsentrasi
katalis KOH serta variasi arus listrik pada proses elktrolisis air dalam
menghasilkan gas hidrogen dan gas oksigen sebagai penghemat bahan bakar
minyak.
1. 2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana pengaruh hasil elektrolisis air (HHO) pada mesin kendaraan
bermotor?
2. Bagaimana pengaruh konsentrasi KOH dan arus listrik dalam
menghasilkan gas HHO?
1.3. Tujuan Penelitian
2
1. Menganalisa produktivitas HHO dari hasil elektrolisis H2O pada
kendaraan bermotor.
2. Menganalisa pengaruh konsentrasi KOH dan arus listrik pada elektrolisis
H2O dalam menghasilkan gas HHO.
1.4. Manfaat Penelitian
1. Memperkenalkan alternatif elektrolisis H2O pada masyarakat.
2. Sebagai alternatif solusi terhadap ketergantungan dalam penggunaan
minyak bumi.
3. Mengurangi polusi dari asap kendaraan bermotor.
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air
Air (H2O) merupakan salah satu molekul yang bersifat polar yang biasanya
kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari dalam wujud cair. Air sangat banyak
manfaatnya. Salah satunya adalah sebagagai bahan dasar untuk alternatif bahan
bakar minyak. Beberapa ilmuan telah berhasil menjalankan kendaraannya dengan
menggunakan bahan bakar air. Seperti yang ditambahkan oleh Putra, berikut
beberapa percobaan penggunaan air sebagai bahan bakar yaitu:
a. Issac De Rivaz (1752-1828)
Seorang ilmuan asal Swiss. Saat penelitian dilakukan, minyak bumi sebagai
bahan bakar belum ditemukan. Dalam penelitiannya, ia mendisain dan membuat
sendiri mesin pembakaran dalam (internal combustion engine). Meskipun belum
sempurna,
ia merupakan orang pertama yang menggunakan gas hydrogen untuk menjalankan
mobil dengan cara elektrolisis air.
b. Yull Brown (1974)
Seorang peneliti kewarganegaraan Australia yang berdomisili di Sydney. Ia
berhasil menjalankan kendaraannya dengan menggunakan air sebagai bahan
bakarnya. Caranya hamper sama dengan Rivas, yaitu dengan cara
mengelektrolisis air. Gas yang dihasilkan dari proses elektrolisis tersebut diberi
nama Brown Gas dan telah dipatenkan. Ia melakukan elektrolisis air dan
4
menghasilkan gas yang terdiri atas campuran hydrogen dan oksigen secara
sempurna.
c. Stanley Meyer
Berasal dari Ohio Amerika Serikat. Ia berhasil mendesain dan menjalankan
mobilnya tanpa menggunakan bahan bakar minyak, melainkan dengan bahan
bakar gas hydrogen yang berasal dari air. Meyer telah mematenkan hasil
temuannya di Amerika Serikat dengan nomor US Patent 4.936.961 yang bertitel
Method for the Production of a Fuel Gas (26/6/1990). Meyer mengklaim bahwa
temuan yang dipopulerkan dengan nama Water Fuel Cell itu mampu memecah air
(H2O) menjadi Hidrogen (H2) dan Oksigen (O2).
Menurut Notonegoro (2008), kekuatan air ini tidak terlepas dari peran
masing-masing unsur penyusunnya. Yaitu molekul O2 dan H2. kedua unsur ini
bereaksi secara bolak-balik menjadi molekul senyawa H2O. Artinya H2O bisa
dipisah menjadi H2 dan O2 atau sebaliknya. Secara kimia persamaan reaksinya
digambarkan menjadi:
2.2 Fuel Cell
Fuel cell adalah alat yang mampu menghasilkan listrik arus searah. Alat
ini terdiri dari dua buah elektroda, yaitu anoda dan katoda yang dipisahkan oleh
sebuah membrane polymer yang berfungsi sebagai elektrolit. Membran ini sangat
tipis, ketebalannya hanya beberapa mikrometer saja (Suhada,2002)
5
Hidrogen dialirkan ke dalam fuel cell yaitu ke bagian anoda, sedang
oksigen atau udara dialirkan ke bagian katoda, dengan adanya membran, maka gas
hidrogen tidak akan bercampur dengan oksigen. Membran dilapisi oleh platina
tipis yang berfungsi sebagai katalisator yang mampu memecah atom hidrogen
menjadi elektron dan proton. Proton mengalir melalui membran, sedang electron
tidak dapat menembus membran, sehingga elektron akan menumpuk pada anoda,
sedang pada katoda terjadi penumpukan ion bermuatan positif (Suhada,2002)
Apabila anoda dan katoda dihubungkan dengan sebuah penghantar listrik,
maka akan terjadi pengaliran elektron dari anoda ke katoda, sehingga terdapat
arus listrik. Elektron yang mengalir ke katoda akan bereaksi dengan proton dan
oksigen pada sisi katoda dan membentuk air.
Reaksi kimia yang terjadi pada fuel cell
Anoda : 2H2 → 4H+ +4e-
Katoda : 4e- + 4H+ + O2 → 2H2O
Untuk mendapatkan energi yang diolah oleh fuel cell, yaitu dari bahan
baku gas hidrogen, maka perlu diketahui berapa banyak gas hidrogen yang harus
dibawa agar kendaraan dapat beroperasi sesuai dengan standar apabila
menggunakan bahan bakar bensin atau solar.
2.3 Hidrogen
Hidrogen memiliki kelimpahan yang sangat besar dialam. Ditambahkan
oleh Putra (2010) bahwa hidrogen dalam keadaan bebas sangat reaktif sehingga
6
hidrogen terdapat dibumi dalam senyawa air 11,1% berat (11,1%), hidrokarbon
misalnya gas alam 25%, minyak bumi 14% dan karbohidrat, misalnya patih 6%.
Adapun sifat fisika hidrogen adalah sebagai berikut:
Lambang H
Nomor atom 1
Konfigurasi elektron 1s1
Massa atom relative 1,008
Energi Ionisasi/kJmol-1 1310
Kerapatan/g cm-3 0,00009
Titik didih/K 20
Temperatur kritik 33
Jari-jari atom/nm 0,037
Potensi elektroda standard/V 0
Hidrogen digunakan sebagai bahan bakar karena dpat menghasilkan kalor
sebanyak 286 kJ per mol hidrogen (Putra,2010). Dibawah ini terdapat
perbandingan kalor yang dihasilkan oleh hidrogen dan dari bahan bakar lain.
7
Adapun sebab-sebab hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar:
1. Dapat terbakar dalam oksigen membentuk air dan menghasilkan energi.
2. Dapat digunakan dalam sel bahan bakar menghasilkan energi listrik bersama
oksigen.
Keuntungan jika hidrogen digunakan sebahai bakar yaitu:
1. Suatu cuplikan hidrogen jika dibakar akan menghasilkan energi sebanyak kira-
kira tiga kali energi yang dihasilkan bensin dengan berat yang sama.
2. Dalam mesin kendaraan bermotor hidrogen akan terbakar lebih efisien jika
dibandingkan dengan bahan bakar lain.
3. Pembakaran hidrogen kurang menghasilkan polusi. Poltan yang terjadi hanya
oksida nitrogen yang terjadi jika suhu pembakaran sangat tinggi.
4. Mesin yang menggunakan hidrogen mudah diubah agar dpat menggunakan
hidrogen sebagai bahan bakar.
Namun penggunaan hidrogen sebagai alternatif bahan bakar belum dipakai
secara besaran karena produksi hidrogen cukup mahal dan penyimpanan hidrogen
juga sangat susah.
2.4 Elektroliser
Untuk memisahkan antara gas hidrogen dan oksigen ini diperlukan proses
elektrolisis. Alat elerktrolisis merupakan alat yang didalamnya terdapat larutan
elektrolit dan biasanya selalu menggunakan katoda yang sama dalam larutan yang
bersangkutan (Putra,2010)
8
Sutomo et all,2010 menambahkan elektroliser adalah suatu mesin atau alat
yang memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen sehingga menghasilkan
brown gas. Kadang disebut pula dengan nama “hydrogen generator”. Elektrolisis
adalah proses penguraian molekul menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengaliri
arus listrik. Sedangkan elektrolisis air adalah proses penguraian molekul air
menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengaliri arus listrik, proses elektrolisa ini
menghasilkan gas HHO. Reaksi elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut
Gelembung gas hidrogen dan oksigen yang terbentuk dan terkumpul di sekitar
elektroda dan pada proses elektrolisis diperlukan dua buah, yaitu katoda sebagai
kutub negatif dan anoda sebagai kutub positif.
Elektroliser menghasilkan hydrogen dengan cara mengalirkan arus listrik
pada media air yang mengandung larutan elektrolit. Medan magnet akan
mengubah struktur atom hydrogen (H2) dan Oksigen (O2) pada air dari bentuk
diatomic menjadi monoatomik. Selain itu, ikatan neutron yang mengikat partikel
H dan O akan terlepas, sehingga partikel H akan tertarik ke kutub positif dan
partikel O akan tertarik ke kutub negatif elektroliser. Inilah yang disebut sebagi
disosiasi. Sejalan dengan proses tersebut, volume dan gelembung gas H dan O
yang melekat pada ‘fin’ elektroliser akan bertambah, terlepas mengambang, dan
kemudian bergerak naik. Saat gelembung gas hydrogen dan oksigen monoatomik
terlepas dari permukaan air, partikel gas tersebut akan berikatan kembali diruang
udara sebagai brown gas atau gas HHO (Putra).
9
2.5 Brown Gas
Brown gas merupakan bahan bakar kuat (power full), bersih, mampu
meningkatkan jarak tempuh, dan mengurangi secara signifikan emisi gas buang.
Brown gas yang di produksi oleh elektroliser ditarik kedalam intake manifold,
sehingga bercampur dan berikatan dengan rantai karbon dari bahan bakar. Melalui
rekasi katalitik, brown gas mampu meningkatkan daya bahan bakar hingga 3,8
kali.
Prinsip Kerja Alat Brown Gas
Dengan masuknya brown gas ke dalam ruang bakar mesin, maka secara
langsung akan menaikkan tingkat atau angka oktan bahan bakar. Angka oktan
adalah suatu besaran berupa banyaknya bahan bakar yang dapat ditekan
(compressed) sebelum terbakar. Dengan meningkatnya angka oktan, tenaga yang
ditimbulkan akan lebih kuat, oleh karena pembakaran menjadi lebih sempurna.
Prinsip kerja dari alat brown gas ini sangat sederhana yaitu hanya dengan
menambahkan gas HHO (Hidrogen-Hidrogen-Oksigen). Alat yang disebut
elektroliser ini menghasilkan HHO (2 parts Hydrogen + 1 Oxygen) gas yang
sangat mudah terbakar yang kemudian HHO ini dimasukkan ke intake manifold
pada kendaraan bermotor. Dengan adanya campuran BBM + HHO yang kaya ini
memungkinkan pembakaran menjadi lebih sempurna sehingga BBM menjadi
efisien.
Menurut Sutomo et all; 2011 terbentuknya HHO adalah adanya
kombinasi antara tiga faktor yang bekerja.
10
• Arus listrik searah (DC) yang mengalir melalui tiga komponen yang
bekerja yaitu kawat elektroda.
• Putaran magnet (Magnitude Vortex) yang ditimbulkan oleh elektroda
tersebut.
• Tekanan udara (Vacuum) yang berasal dari mesin itu sendiri.
Adapun menurut Putra, keuntungan mengunakan gas HHO sebagai berikut :
a. Mampu menghemat 15%-37% bahan bakar.
b. Tenaga mesin meningkat, sebab nilai oktan gas hydrogen lebih tinggi, yaitu
sekita 130, dibandingkan bahan bakar minyak (80-100)
c. Napas kendaraan terasa lebih panjang.
d. Gas HHO tidak merusak mesin, tetapi justru menjadikan mesin lebih awet,
sebab pembakaran lebih sempurna.
e. Temperatur mesin stabil.
f. Minyak pelumas (oli) mesin tidak cepat hitam.
g. Suara mesin lebih halus.
h. Lebih ramah lingkungan.
11
BAB III
METODELOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Kimia Fisika Jurusan Kimia, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Juli 2012 sampai dengan Oktober 2012.
3.2 Alat dan Bahan
Tabung elektrolizer terbuat dari bahan mika (plastik), elektroda 10 buah terbuat
dari bahan stainless, kabel, power supply DC, selang pengukur gas (r=2,5 cm
p=30cm), air tawar dan larutan KOH.
3.3 Rancangan Alat
12
3.4 Langkah Kerja Penelitian
Tabung Elektroliser
Elektrolizer ini terdiri dari 4 bagian, yaitu:
1. tabung, tabung yang digunakan harus dapat tertutup rapat dan tidak bocor.
Dengan demikian gas H2 dan O2 yang dihasilkan akan benar-benar dapat
dimanfaatkan secara maksimal. Untuk tabung ini anda dapat menggunakan
tabung bekas minuman ringan atau apa saja. Botol kecap pun dapat anda
gunakan (seperti yang sudah digunakan oleh peneliti lain). Yang perlu
diperhatikan besarnya mulut tabung agar tidak menyulitkan ketika elektroda
dimasukkan.
2. elektroda, bentuk elektrodanya haruslah dapat menghasilkan gelembung-
gelembung gas dengan jumlah yang cukup besar. Untuk elektrolizer ini saya
menggunakan lembaran kawat ram nyamuk alumunium yang dibentuk menjadi
gulungan.
3. kawat penghubung, berfungsi untuk menghubungkan antara elektroda dengan
sumber listrik yang akan kita pakai.
4. selang plastic, berfungsi untuk mengalirkan gas H2 dan O2 ke mulut karburator.
Yakni dibagian udara masuk sebelum bercampur dengan BBM. Untuk selang
dan sambungannya saya gunakan peralatan akuarium yang banyak di pasaran.
Cara Kerja
13
1. Di dalam tabung elektrolizer dirangkai elektroda positif dan elektroda negatif
yang membentuk 5 sel dan dianalogikan seperti tabung U, dengan ketentuan
elektroda negatif dan elektroda positif bersilangan.
2. Untuk membentuk latutan KOH, direaksikan antara KOH dengan air. Untuk
dapat mengetahui konsentrasi KOH dapat digunakan dengan persamaan:
% konsentrasi larutan = massa (g) KOH x 100/volume (ml) air
Variasi konsentrasi larutan KOH (40 gr) dibuat dengan penambahan air yang
bervariasi.
4. Larutan KOH dimasukkan ke dalam tabung elektroliser.
5. Elektroda positif dan elektroda negatif dihubungkan pasangannya dengan
menggunakan kabel, kemudian diteruskan menuju power supply DC.
6. Arus pada power supply DC diatur sehingga didapatkan gelembung-gelembung
pada permukaan lempeng katoda pada setiap konsentrasi larutan untuk
mendapatkan gas hidrogen dan oksigen yang menghasilkan gelembung-
gelembung tersebut.
7. Lubang keluaran pada tabung elektrolizer diisi air telebih dahulu. Kemudian
dihubungkan dengan selang pengukur gas. Ini dilakukan agar apabila timbul
gas maka gas tersebut akan mendorong air keluar dari selang. Sehingga dapat
dilihat pergerakan airnya.
8. Pergerakan air pada selang pengukur gas diukur dari 0 sampai 30cm, sehingga
dapat dihasilkan waktu tempuh atau kecepatan debit gas yang kemudian
dikonversikan dalam satuan volume.
Persamaan volume pada selang pengukur gas adalah:
14
Volume = πr2.p
1 liter = 1 dm3
1000 ml = 1000cm3
9. Volume gas hasil elektrolisis yang telah diketahui kemudian diuraikan sehingga
didapatkan volume gas hidrogen dan gas oksigen dengan persamaan kimia:
2 KOH + 2 H2O → K2 + 3 H2 + 2 O2
15
DAFTAR PUSTAKA
Notonegoro, Hamdan Akbar. 2008. Membuat Alat Pengubah air Menjadi Bahan
Bakar. Paper Fisika,Universitas Indonesia
Putra, Arbie Marwan. 2010. Analisis Produktivitas Gas Hidrogen dan Gas
Oksigen Pada Elektrolisis Larutan KOH. Jurnal Fisika Neutrino Vol. 2,
No.2.
Putra, Dhika Ramadhanny. Kajian Eksperimental Pengaruh Penggunaan Gas
Hasil Elektrolis Terhadap Unjuk Kerja Motor Diesel. Paper Jurusan
Teknik Sistem Perkapalan, FTK-ITS.
Suhada, Hendrata. 2002. Fuel Cell sebagai Motor Bakar pada Kendaraan. Jurnal
Mesin, Universitas Kristen Petra.
Sutomo, et all. 2011. Pengaruh Elektroliser terhadap Kepekaan Bahan Bakar
pada Mesin Diesel 1 Silinder 20 HP. Jurnal Teknik Mesin, Gema
Teknologi Vol. 16, No. 2.
.
16