penelitian hidrogen sebagai bahan bakar sepeda motor ... seminar nasional daur bahan bakar 2009...

Download Penelitian Hidrogen sebagai Bahan Bakar Sepeda Motor ... Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009 Serpong,…

Post on 23-Apr-2019

213 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009Serpong, 13 Oktober 2009

ISSN 1693-4687

Penelitian Hidrogen sebagai Bahan Bakar SepedaMotor Listrik yang Berkesinambungan

Ganesha Tri Chandrasa

B2TE -BPPT (Energy Technology Laboratory)email: ganesha_b2te@webmai1.bppt.go.id

Abstrak - PENELITIAN HIDROGEN SEBAGAI BAHANBAKAR SEPEDA MOTOR LISTRIK YANGBERKESINAMBUNGAN. Hidrogen adalah sumber energiyang bersifat terbarukan yang dapat diperoleh dari alam denganberbagai teknik pendauran, seperti elektrolisa air, pengubahan(reforming) bahan bakar fosil, dan bahan bakar nabati.Penggunaan bahan bakar ini untuk berbagai peralatanpembangkit energi listrik seperti sel bahan bakar (Fuel cell)yang digunakan pada alat transportasi dapat mengurangi polusiudara secara signifikan karena tidak adanya zat buang yangbersifat polutif. Untuk mengetahui kemungkinan dan ekonomidari operasional penggunaan Hidrogen sebagai sumber energidicoba dibuat suatu alat transportasi jenis sepeda-motor yangberpenggerak mesin listrik DC 500Watt, dengan sistempembangkit fuel cell (FC) berkapasitas 500Watt. Dari penelitianini dapat diketahui pola pemakaian energi berdasarkan polakecepatan kendaraan yang berubah-ubah, kecepatan maksimumkendaraan, dan biaya penggunaan per kilometer penggunaansepeda motor tersebut. Penelitian dilakukan baik dilaboratorium maupun berdasarkan uji jalan.

Kata kunci: Fuel cel!, Motor listrik, daur ulang, energiterbarukan

Abstract - HYDR09EN RESEARCH FOR SUSTAINABLEFUEL OF ELECTRIC MOTORCYCLE. Hydrogen is a source ofrenewable energy that can be harnessed from the nature withvarious harnessing technique, such as; water electro lysing, fosilfilels and bio-fitels reforming. The use of hydrogen for powergenerations such as, Fuel Cel! system that apllied intransportation means for instance, can be significantly reducedair pollution, because does not emit pol/Wive exhaust gas. Theresearch has been conducted at Energy technology center(B2TE-BPPT) by engineering an electric motorcycle with 500watt DC motor and powering with 500 Watt PEM-FC. From theresearch in the labarotory and the road test, obtained somedata that usefitll for undertanding patterns of; energyconsumption due to speed patterns, maximum speed, andeconomy of distance travel per kilometer of the use of thehydrogen - filel cel! for the motorcycle.

Keywords: Fuel cel!, electric motor, recycle, renewableenergy

I. PENDAHULUAN

Hidrogen (H2) adalah unsur yang terkandung di alam,yang merupakan sumber energi yang bersih namun tidakdapat ditambang seperti halnya sumber energikonvensional (BBM). Berbeda dengan energi fosil,hidrogen merupakan sumber energy yang terbarukankarena dapat di peroleh dari bahan bakar fosil (gas alam),

maupun dari sumber lain seperti air, sumber nabati,maupun secara biologi dengan menggunakan bakteri.Hidrogen sebagai sumber energi dapat digunakanlangsung (dibakar), dicampurkan ke bahan bakar minyakuntuk menaikkan oktan, ataupun dikonversikan menjadienergi listrik melalui proses elektrokimia denganmenggunakan reaktor sel bahan bakar (fuel cell).Pembuatan hydrogen dari gas alam mempunyai efisiensiyang tinggi (80%), namun masih menyisakan CO2 yangmerupakan polutant. Sumber energi lain seperti air, bahanbakar nabati, juga dapat dilakukan konversi hidrogendengan hasil yang lebih bersih namun dari sisi biayamasih lebih tinggi dibandingkan dari sumber energi fosil.Bervariasinya sumber energi yang dapat dirubah menjadihidrogen, dan sedikitnya unsur polutan yang dihasilkanmerupakan kelebihan sumber energi ini untuk menjadisumber energi masa depan yang terbarukan.

Alat transportasi adalah media yang banyakmengonsumsi bahan bakar fosil saat ini, dan merupakanpenyumbang utama polusi udara dan pemanasan global,khususnya dikota-kota besar duma. Di Jakarta, ibukotanegara Republik Indonesia, khususnya pada tahun 2006menurut data Biro Pusat Statistik (BPS), terdapat7.773.957 kendaraan bermotor yang menggunakan bahanbakar minyak (BBM). Dimana, 5.136.619 unitdiantaranya adalah sepedamotor, yang merupakan alattransportasi yang populer bagi semua lapisan masyarakat.Jumlah sepeda motor meningkat 1035 unit setiap harinyaatau 5 kali lipat pertumbuhan jumlah mobil pribadi,dikuatirkan di masa depan merupakan salah satu sumberpenyumbang polusi udara dan peningkatan pemakaianBBM yang sumber depositnya semakin menipis di bumiInl.

II. HIDROGEN DAN SEPEDA MOTOR LISTRIK FUELCELL SEBAGAI ALTERNATIF

Gas Hidrogen (H2) merupakan sumber energi yangterkandung dial am namun tidak dapat langsung diperolehlayaknya bahan tambang, gas ini dapat diperoleh melaluiproses elektrokimia bahan cair seperti air (H20) denganteknik elektrolisa, maupun proses perubahan (reforming)sumber energi hydrocarbon dengan berbagai teknik.Berbagai teknik tingkat lanjut dapat menghasilkan gasHidrogen me skip un jauh dari tingkat keekonomianseperti halnya keekonomian bahan bakar konvensional(BBM). Oleh karena sifatnya yang fleksibel, dapatdiproduksi dari berbagai sumber alam, Hidrogen dapat

C-13

Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009Serpong, 13 Oktober 2009

ISSN 1693-4687

TABEL 1.

BERBAGAIMETODEPRODUKSIHIDROGEN(HTTP://EN.WIKlPEDIA.ORG/wnWHYDROGEN_PRODUCTION).

No.

SUMBERMETODE PROSES REAKSITEMP.KETERANGAN

1 Hydrocarbon

a. Fossil fuel refoming (gas alarn,CH. + H,O ~CO+ 3 H, +191.7 kJ/rroI700-1100"epanas didapat dari rrentJakar

bensin, eIIl)

sebagia'l rrethane

b. Carbon Monoxide

CO + H,O ~ + H, -40.4 kJ/rroI13O"ereaksi water gas stillc. Kvaerner-Process

Carbon black&hvdro!:Jen processdari liQLid hydrocarbon

d. Batu bara

Gasifikasi batubara; Svnoas dan methanehvdrOQer1 terdacat Dada SVrlQaS

e. Ferrrentasi

DrOSes bakteria (anaerobic)

2 Air

a. Bioloqis AlQae process

b. Perrisahan dengan gelorrbang radio

air asin Naa-H,o. pada 13.56 MHz25'edengan gelorrbang radioc. Bektrolisa air : 1. Bektrolisa telkanan tinggi

elektrolisa air dengan telkanan tinggi

2. Bektrolisa t~ tinggi: -Nuklir

rremanfaatkan panas buang reaktor850-1000"ereaktor nuklir generasi IV (HTGR)-Bektrolisa biokatalis

denoan rrikroba /beras. tomat, oanaaano

d. Thermal 1. thermal matahari terfokus

800-2200"e

e. Produksi Kirriav.i(1)AI + 3H,O+NaOH ~(OH), + 1.5H,

(2) NaAI(OH), ~ NaOH+AI(OHh

sodium hydroxide sebagai katalist.

(3) AI + 3H,O ~AI(OHh+ 1.5H,

alurrunium dan ca-rpurannya

dapat bereaksi dengan airmenohasilkan oas hvdroaenf. Produksi termokirria

Siklus:

Cerium (IV) oxide-ceriurr(lIl) (CeO,ICe,o,)Iron oxide cycle (Fe,OJFeO)themDlysis. tanpa rrenggunakan

Sulfur-iodine (&1)input energi listrik

ceriUll'H:hlorine (eea) dll.

e.perrisahan air dengan photoelectro-

rrenggunakan listrik dari seI photovoltaiccherrical3 Metoda lain

photosyntesis dengan teknologi na'lO rrenggunakan teknik energytertJarukan lainnva

III. METODE DAN BAHAN

berkapasitas 500 Watt dari Hpower, USA.

telah beredar dipasaran, dan sistem pembangkit Fuel cell

T ABEL 2.PERBANDINGANDENSITAS ENERGIHIDROGENFUELCELL

DENGANSUMBERENERGILAIN(SUMBER : SCIENTIFICAMERICAN,JULI, 1999.)

dari sisi energi danPerancangan kendaraanbobot

Pemilihan komponenPemasangan komponenPengujian di laboratoriumPengujian di jalan raya

2.3.

4.

5.

ENERGI ELEKTROKIMIAJENIS SUMBER ENERGI

(Watt-jam)

Ikg

lliter

FUEL CELL Decalin (CwH1s)

2.4002.100

Liquid hydrogen

33.0002.500

Lithium borohydride

2.8002.500

(LiBH, dan 4H2O) Solid metal hydride (LaNisH6)

3703.300Methanol

6.2004.900

Hvdrogen graDhite nanofibers-16.000-32.000

BATEREISIULANG Lead-Acid

3080Nickel-Cadmium

40130

Nickel-metal hydride

60200Lithium-ion

130300

A. Metode

Penelitian di B2TE - BPPT ini ini dilakukan denganmetode;

1.

disebut sebagai sumber energi yang berkesinambungan(renewable). Tabel 1. memperlihatkan berbagai teknikproduksi Hidrogen dengan berbagai metode (sumber;http://en. wikipedia.org/wiki/hydrogen yroduction).

Pemanfaatan Hidrogen dengan pembangkit listrik fuelcell, dimana gas hidrogen direaksikan dengan oksigenmenghasilkan listrik dan air hangat, merupakan teknikpemanfaatan yang mempunyai efisiensi tinggi (40-80%)jauh lebih tinggi dari efisiensi motor bakar yang hanyamaksimum 20 % dan selebihnya terbuang berupa panas.Pembangkit listrik fuel cell ini juga dapat digunakansebagai sumber energi listrik untuk alat-alat transportasidarat (electric vehicles) salah satunya adalahsepedamotor listrik yang mulai dikenal masyarakatIndonesia, yang umumnya masih menggunakan bateraijenis lead-Acid. Dengan menggunakan fuel cell, masalahklasik pada jangka waktu yang lama untuk rechargingbatere yang umumnya 4 - 8jam dapat dipersingkat hinggahanya 5 men it saja untuk mengisi ulang gas hidrogenpada tabung gas yang digunakan kendaraan, selanjutnyatabung gas ini berfungsi sebagai penyimpan bahan bakaruntuk pembangkit fuel cell .

Menurut Scientific American, 1999, energy densitaspada fuel cell-hidrogen merupakan yang tertinggidibandingkan dengan sumber energy fuel cell lainnya,terlebih jika dibandingkan dengan energi densitas pad ajenis batere apapun. Tabel 2, memperlihatkan energidensitas hidrogen fuel cell dengan sumber energi lainnya.

Untuk mengetahui keekonomian dari pemanfaatan gashidrogen ini pada kendaraan, dicoba dirancang dan dibuatsistem fuel cell pada sepeda motor listrik yangmenggunakan motorlistrik 500 Watt dari teknologi yang

C-14

Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009Serpong, 13 Oktober 2009

Dalam