hidrogen sebagai sumber tenaga

7/25/2019 Hidrogen sebagai sumber tenaga

1/13

Bab II

Tenaga Hidrogen

1.1 Pengantar

Saat ini sekitar 80 sampai 90 persen kebutuhan energi dunia berasal dari

pembakaran bahan bakar fosil seperti minyak bumi batubara dan gas alam. Bahan

bakar fosil ini merupakan sumber!sumber tak terbarukan karena pembentukannya

membutuhkan "aktu #utaan tahun bahkan melebihi $%0 #uta tahun. &ksploitasi

terus!menerus terhadap bahan bakar ini bukan sa#a menyebabkan persediaannya

yang semakin menipis yang beru#ung pada kenaikan harga tetapi #uga

meningkatkan dampak buruk bagi lingkungan akibat gas!gas yang diemisikannya.

Pembakaran bahan bakar fosil menghasilkan karbondioksida dan oksida nitrogen

dengan le'el tinggi yang merupakan kontributor efek rumah ka(a dan selan#utnya

menyebabkan ter#adinya pemanasan global yang memberikan dampak tidak sedikit

bagi kehidupan manusia.

)i sisi lain energi yang tersedia saat ini pendistribusiannya masih tidak merata

bagi setiap negara dan "ilayah di muka bumi ini. )i "ilayah tertentu energi

listrik khususnya dapat dinikmati se(ara berlimpah sementara di "ilayah lainnya

listrik dan bahan bakar minyak merupakan barang langka atau tidak tersedia sama

sekali. )iperkirakan dari $ miliar penduduk dunia * miliar diantaranya belum

menikmati listrik. +ondisi ini mendorong para peneliti untuk menemukan energi!

energi alternatif yang sumbernya berlimpah tidak berdampak buruk bagi

lingkungan dan dapat diproduksi se(ara lokal. &nergi!energi alternatif ini sering

disebut dengan istilah energi bersih atau energi terbarukan.

&nergi bersih ,(lean energy - adalah energi yang dalam proses produksi dan

penggunaannya tidak berdampak buruk pada aspek sosial budaya kesehatan dan

lingkungan atau yang dampaknya minimal. &nergi bersih dikenal #uga dengan

istilah energi hi#au ,green energy - energi terbarukan atau energi yang

berkelan#utan karena mereka dihasilkan dari sumber!sumber yang terbarukan

seperti tenaga air angin radiasi matahari panas bumi dan biomassa.

Hidrogen adalah unsur paling sederhana. Setiap atom hidrogen hanya memiliki satu


2/13

proton. Ia #uga merupakan gas yang paling banyak di alam semesta. Bintang!

bintang seperti matahari penyusun utamanya adalah hidrogen. as hidrogen #auh

lebih ringan dari udara sehingga naik dengan (epat dan keluar dari atmosfer.

Inilah sebabnya mengapa hidrogen sebagai gas ,/rm H23*/- tidak ditemukan di

bumi dengan sendirinya tetapi hanya ditemukan dalam bentuk senya"a dengan

unsur!unsur lainnya. 4pabila hidrogen digabungkan dengan oksigen akan

menghasilkan air ,/rm H23*rm 52/- sedangkan #ika digabungkan dengan

karbon akan membentuk senya"a lainnya seperti metana ,/rm 6H237/-

batubara dan minyak bumi. Hidrogen #uga ditemukan dalam segala sesuatu yang

tumbuh misalnya biomassa.

Hidrogen adalah salah satu pemba"a energi ,energy (arrier -. Pemba"a energi

mengalirkan energi dalam bentuk yang bisa digunakan dari satu tempat ke tempat

lain. :istrik adalah pemba"a energi paling dikenal. +ita menggunakan listrik untuk

memindahkan energi dalam batu bara uranium dan sumber energi lain dari

pembangkit listrik ke rumah!rumah dan bisnis. +ita #uga menggunakan listrik

untuk memindahkan energi dalam air yang mengalir dari bendungan ke konsumen.

;ntuk berbagai kebutuhan energi #auh lebih mudah untuk menggunakan listrik

daripada menggunakan sumber energi itu se(ara langsung.

Seperti listrik hidrogen merupakan pemba"a energi dan harus dihasilkan dari


3/13

Hidrogen ,bahasa latin= hydrogenium dari bahasa yunani=

hydro= air genes= membentuk- adalah unsur kimia pada tabel

periodik yang memiliki simbol h dan nomor atom 1. Pada

suhu dan tekanan standar hidrogen tidak ber"arna tidak

berbau bersifat non!logam ber'alensi tunggal dan

merupakan gas diatomik yang sangat mudah terbakar. )engan

massa atom 100>97 amu hidrogen adalah unsur teringan di

dunia. Hidrogen #uga adalah unsur paling melimpah dengan

persentase kira!kira >%? dari total massa unsur alam semesta.

+ebanyakan bintang dibentuk oleh hidrogen dalam keadaan

plasma. Senya"a hidrogen relatif langka dan #arang di#umpai

se(ara alami di bumi dan biasanya dihasilkan se(ara industri

dari berbagai senya"a hidrokarbon seperti metana. Hidrogen

#uga dapat dihasilkan dari air melalui proses elektrolisis

namun proses ini se(ara komersial lebih mahal daripada

produksi hidrogen dari gas alam.

Isotop hidrogen yang paling banyak di#umpai di alam

adalah protium yang inti atomnya hanya mempunyai proton

tunggal dan tanpa neutron. Senya"a ioni( hidrogen dapat

bermuatan positif ,kation- ataupun negatif ,anion-. Hidrogen

dapat membentuk senya"a dengan kebanyakan unsur dan

dapat di#umpai dalam air dan senya"a!senya"a organik.

Hidrogen sangat penting dalam reaksi asam basa yang mana

banyak rekasi ini melibatkan pertukaran proton antar molekul

terlarut. 5leh karena hidrogen merupakan satu!satunya atom

netral yang persamaan s(hr@dingernya dapat diselesaikan

se(ara analitik ka#ian pada energetika dan ikatan atom

hidrogen memainkan peran yang sangat penting dalam

perkembangan mekanika kuantum.

as hidrogen sangat mudah terbakar dan akan terbakar

pada konsentrasi serendah 7? h* di udara bebas.

+etika di(ampur dengan oksigen dalam berbagai

perbandingan hidrogen meledak seketika disulut dengan api

dan akan meledak sendiri pada temperatur %$0 A(. :idah api


4/13

hasil pembakaran hidrogen!oksigen murni meman(arkan

gelombang ultra'iolet dan hampir tidak terlihat dengan mata

telan#ang. 5leh karena itu sangatlah sulit mendeteksi

ter#adinya kebo(oran hidrogen se(ara 'isual. +asus

meledaknya pesa"at hindenburg adalah salah satu (ontoh

terkenal dari pembakaran hidrogen.

+arakteristik lainnya dari api hidrogen adalah nyala api

(enderung menghilang dengan (epat di udara sehingga

kerusakan akibat ledakan hidrogen lebih ringan dari ledakan

hidrokarbon. )alam kasus ke(elakaan hidenburg dua pertiga

dari penumpang pesa"at selamat dan kebanyakan kasus

meninggal disebabkan oleh terbakarnya bahan bakar diesel

yang bo(or.

H* bereaksi se(ara langsung dengan unsur!unsur oksidator

lainnya. Ia bereaksi dengan spontan dan hebat pada suhu

kamar dengan klorin dan fluorin menghasilkan hidrogen

halida berupa hidrogen klorida dan hidrogen fluorida.

Hidrogen adalah unsur yang paling melimpah di alam

semesta ini dengan persentase >%? dari barion berdasarkan

massa dan lebih dari 90? berdasarkan #umlah atom.

;nsur ini ditemukan dalam kelimpahan yang besar di

bintang!bintang dan planetplanet gas raksasa. 4"an molekul

dari h* diasosiasikan dengan pembentukan bintang. Hidrogen

memainkan peran penting dalam pemberian energi bintang

melalui reaksi proton!proton dan fusi nuklir daur (no.

)i seluruh alam semesta ini hidrogen kebanyakan

ditemukan dalam keadaan atomi( dan plasma yang sifatnya

berbeda dengan molekul hidrogen. Sebagai plasma elektron

hidrogen dan proton terikat bersama dan menghasilkan

kondukti'itas elektrik yang sangat tinggi dan daya pan(ar

yang tinggi ,menghasilkan (ahaya dari matahari dan bintang

lain-. Partikel yang bermuatan dipengaruhi oleh medan

magnet dan medan listrik. Sebagai (ontoh dalam angin surya

partikel!partikel ini


5/13

Berinteraksi dengan magnetosfer bumi dan mengakibatkan

arus birkeland dan fenomena aurora. Hidrogen ditemukan

dalam keadaan atom netral di medium antarbintang. Se#umlah

besar atom hidrogen netral yang ditemukan di sistem

lymanalpha teredam diperkirakan mendominasi rapatan

barionik alam semesta sampai dengan pergeseran merah


6/13

seperti untuk keperluan rumah sakit. Sel bahan bakar portable sudah mulai di#ual

untuk menambah daya pada komputer laptop ponsel dan aplikasi militer.

Saat ini ada lebih dari E00 kendaraan berbahan bakar hidrogen di 4merika Serikat.

Sebagian besar adalah bus dan mobil dengan motor listrik. +endaraan tersebut

menyimpan gas atau (airan hidrogen dan mengubahnya men#adi listrik untuk motor

menggunakan sel bahan bakar. Hanya beberapa kendaraan ini membakar hidrogen

se(ara langsung. Selebihnya bisa menggunakan turunan alkohol maupun gas

methane yang dikon'ersi men#adi hidrogen se(ara insitu.

Hidrogen dapat digunakan dalam mesin pembakaran internal sebagai aditif untuk

bahan bakar hidrokarbon terutama gas alam. Salah satu yang tersedia se(ara

komersial adalah (ampuran gas yang dikenal sebagai Hythane ,hydrogen F methane -

mengandung hidrogen *0? dan gas alam 80?. Pada rasio ini tidak diperlukan

modifikasi untuk mesin gas alam dan penelitian menun#ukkan emisi berkurang

lebih dari *0?.

1.*.* Guel 6ells ,sel bahan bakar-

*. Guel (ells , sel bahan bakar -

)i


7/13

pengadilan penemu dan ahli fisika lahir tanggal 11 #uli 1811

di s"ansea south "ales dan meninggal di london pada tanggal

1 agustus 189$. Setelah menyelesaikan pendidikan pri'atnya

gro'e masuk brasenose (ollege oford hingga mendapatkan

gelar b.a. )i tahun 18E*. Beliau #uga bela#ar hokum pada

lin(oln inn. +ariernya dalam bidang ilmu pengetahuan

dimulai se#ak dia membuat 'oltai( battery yang di#elaskannya

pada pertemuan the british asso(iation for the ad'an(ement of

s(ien(e di tahun 18E9. Guel (ell yang dibuatnya terdiri atas

elektrolit asam keeping platina serta tabung gas oksigen dan

hidrogen dan menggunakan prinsip reaksi balik terbentuknya

air di mana hidrogen dan oksigen akan bereaksi dalam larutan

asam dan menghasilkan air dan listrik dengan arus sebesar 1*

ampere dan tegangan 18 'olt. Sel ini kemudian disebut

sebagai gro'es battery atau baterai gro'e atau sel gro'e.

Se#ak saat itu sel groo'e banyak digunakan. 4kan tetapi

karena listrik yang dihasilkan sedikit dan tidak men(ukupi lagi

untuk kebutuhan listrik yang semakin besar lambat laun sel

gro'e mulai tergeser. Camun sel gro'e tetap men#adi dasar

a(uan pengembangan fuel (ell selan#utnya. Temuan!temuan

fuel (ell selan#utnya bermun(ulan. )i tahun 1889 kata fuel

(ell

Pertama kali diperkenalkan oleh lud"ig mond dan (harles

langer yang men(oba membuat fuel (ell yang dipakai untuk

industri batu bara. Dalaupun sumber lain ada #uga yang

mengatakan bah"a kata fuel (ell pertama kali dipakai oleh

"illiam "hite #aJues. KaJues #uga adalah peneliti pertama

yang memakai asam fosfat sebagai elektrolit.

)i tahun 19*0 penelitian fuel (ell di #erman membuka #alan

bagi pembuatan siklus karbonat dan fuel (ell oksida padat

seperti yang ada sekarang ini. )i tahun 19E* seorang insinyur

fran(is t. Ba(on memulai penelitian penting dalam fuel (ell.

)ulunya fuel (ell menggunakan elektroda platina dan asam

sulfat sebagai elektrolit di mana platina sangat mahal dan


8/13

asam sulfat sangat korosif ,membuat (epat berkarat-. )i sini

ba(on mengembangkan katalis platina yang sangat mahal itu

dengan sel oksigen dan hidrogen yang memakai elektrolit

alkali yang tidak korosif serta elektroda yang tidak mahal.

Penelitiannya berlangsung hingga tahun 19%9.

)alam pendemonstrasian model desainnya menghasilkan

%.000 "att yang dapat menghidupkan mesin pengelas. Guel

(ell tersebut akhirnya disebut sebagai ba(on (ell.

Seorang insinyur allis!(halmers manufa(turing (ompany

di bulan oktober tahun 19%9 mendemonstrasikan *0 traktor

bertenaga kuda yang merupakan mesin pertama menggunakan

fuel (ell.

Sebuah produsen alat elektronik terkenal di amerika

selama tahun 19$0!an memproduksi tenaga listrik berbasis

fuel (ell untuk nasa sebagai tenaga pesa"at ruang angkasanya

yaitu gemini dan apollo. Sistem fuel (ell yang dipakai dalam

alat ini berdasar pada sel ba(on. Sampai sekarang tenaga

yang dipakai dalam pesa"at ruang angkasa tetap memakai

fuel (ell karena dengan fuel (ell energi yang dipakai tidak

terlalu ribet seperti baterai atau tenaga nuklir yang (ukup

riskan. )alam hal penelitian teknologi fuel (ell nasa telah

mendanai lebih dari *00 riset.

Bus yang memakai teknologi fuel (ell pertama kali

dilun(urkan pada tahun 199E dan untuk mobil biasa di eropa

dan amerika kini telah banyak dipakai. Se#umlah produsen

mobil me"ah dan produsen mobil kelas menengah #uga mulai

mengembangkan mobil yang memakai fuel (ell ini se#ak

tahun 199>.

Se#ak saat itu bermun(ulan temuan!temuan yang lebih

mutakhir tentang mobil yang bertenaga fuel (ell ini. Promosi

yang dilakukan besar!besaran dengan mengedepankan ramah

dan amannya emisi yang dihasilkan kendaraan sehingga

lingkungan yang bebas polusi dan takkan mengganggu

lingkungan kemudian #uga dapat diperbaruinya bahan bakar


9/13

yang akhirnya mengurangi pemakaian bbm.

)itambah lagi bermun(ulannya tempat!tempat pen#ualan

bahan bakar ini seperti adanya pom!pom hidrogen. Tak hanya

itu teknologi fuel (ell yang ditemukan #uga men#adi ber'ariasi

seperti ditemukannya fuel (ell yang lebih efisien dalam

menghasilkan gas hidrogen hingga #umlahnya semakin

berlipat. Teknologi ini bahkan melibatkan proses fermentasi

oleh mikroba yang sebelumnya sangat mustahil sekali di

dalam produksi bahan bakar.

Teknologi ini berkembang se#ak tahun *.000 yang kita

kenal sebagai mf( atau mi(robial fuel (ell. Lf( ini selain

menghasilkan hidrogen yang banyak hingga 7 kali lipat dari

fuel (ell biasa substrat yang dipakai mikroba dalam

berfermentasi adalah limbah rumah tangga industri ataupun

limbah pertanian yang tidak terpakai sehingga selain yang

dihasilkan adalah gas hidrogen #uga didapatnya produk akhir

berupa air bersih yang tentu sa#a dapat dipakai untuk berbagai

ma(am kebutuhan.

)an #elas hal ini bisa mengurangi se#umlah dana yang

dipakai untuk pembersihan air limbah. Dalaupun memang

mf( ini belum dapat dipakai di dalam menghidupkan mobil

seperti fuel (ell sebelumnya se#umlah pakar peneliti merasa

optimistis hal itu dapat ter"u#ud karena penelitian ke arah itu

sedang dalam pengembangan

1.*.E 6ara ker#a

Prinsip ker#a fuel (ell adalah proses elektrokimia di mana hidrogen dan oksigen

digunakan sebagai bahan bakar. +omponen utama fuel (ell terdiri dari elektrolit

berupa lapisan khusus yang diletakkan di antara dua buah elektroda. Proses kimia

yang disebut pertukaran ion ter#adi di dalam elektrolit ini dan menghasilkan listrik

serta air panas. fuel (ell menghasilkan energi listrik tanpa adanya pembakaran

dari bahan bakarnya sehingga tidak ada polusi.

1.E Pemakaian


10/13

.Guel (ell yang merupakan penghasil tenaga listrik dari hidrogen.PemakMian fuel (ell yang baru dikembangkan

adalah sebagai pengganti bahan bakar untuk transportasi.

!Salah satu mobil fuel (ell Toyota yang sudah diperkenalkan ke publik adalah Toyota

Highlander G6HN ,Guel 6ell Hydrogen Nehi(le-. Lobil ini sudah teru#i melakukan

per#alanan #auh. )i Kepang Toyota Highlander G6HN terbukti mampu melakukan

per#alanan Tokyo!5saka se#auh %$0km dengan satu tangki hydrogen.

Sampai saat ini teknologi fuel!(ell masih mahal karena teknologi yang dipakai dan

fakta bah"a masih belum ada teknologi yang bisa menyimpan hydrogen dalam mobil

agar mobil ini memiliki daya #ela#ah se#auh mobil kon'ensional

! Saat ini ada lebih dari E00 kendaraan berbahan bakar hidrogen di 4merika Serikat.

Sebagian besar adalah bus dan mobil dengan motor listrik. +endaraan tersebut

menyimpan gas atau (airan hidrogen dan mengubahnya men#adi listrik untuk motor

menggunakan sel bahan bakar. Hanya beberapa kendaraan ini membakar hidrogen

se(ara langsung.

!)igunakan untuk bis di los angeles (hi(ago 'an(ou'er

dan #erman

!Prototipe hampir semua perusahaan otomoif di u.s dan

pasar global

!Pembangkit tenaga

! )igunakan di perumahan dan perkantoran

! )igunakan dalam aplikasi kendaraan militer

1.*.7. +&:&BIH4C )4C +&+;O4C4C P&L4+4I4C T&C44 HI)O5&C S&B44I &C&OI4:T&OC4TIG

+elebihan =

1 . Tidak Lengeluarkan &misi Berbahaya ,ero &mission-

Sebuah sistem fuel (ell hanya akan

mengeluarkan uap air apabila memakai

hidrogen murni. Tetapi ketika memakai

hidrogen hasil dari reforming hidrokarbon Q


11/13

fosil ,misal = batu bara gas alam dll -

maka harus dilakukan u#i emisi untuk

menentukan apakah sistem tersebut masih

dapat dikategorikan


12/13

listrik. Bandingkan dengan mesin kalor yang harus mengubah energi kimia men#adi

energi panas kemudian men#adi energi mekanik yang akan memutar generator

untuk menghasilkan energi listrik. Guel (ell yang diaplikasikan untuk

menggerakkan motor listrik memiliki #umlah transformasi energi yang sama dengan

mesin kalor tetapi transformasi energi pada fuel (ell memiliki efisiensi yang lebih

tinggi.

$ . Daktu Pengisian Hidrogen Singkat

Sistem fuel (ell tidak perlu penyetruman ,re(harge - layaknya baterai . Tetapi

sistem fuel (ell harus diisi ulang dengan hidrogen dimana prosesnya lebih (epat

dibandingkan penyetruman baterai . Selain itu baterai tidak dapat dipasang dalam

#umlah besar pada mesin otomotif untuk meningkatkan performan(e karena akan

semakin menambah beban pada kendaraan tersebut .

+ekurangan

1 . Hidrogen

Hidrogen sulit untuk diproduksi dan disimpan . Saat ini proses produksi hidrogen

masih sangat mahal dan membutuhkan input energi yang besar ,artinya= efisiensi

produksi hidrogen masih rendah -. ;ntuk mengatasi kesulitan ini banyak negara

menggunakan teknologi reforming hidrokarbon Qfosil untuk memperoleh hidrogen .

Tetapi (ara ini hanya digunakan dalam masa transisi untuk menu#u produksi

hidrogen dari air yang efisien .

* . Sensitif pada +ontaminasi at! asing

Guel (ell membutuhkan hidrogen murni bebas dari kontaminasi


13/13

logam yang #arang ditemui dan sangat mahal. Berdasarkan sur'ei geologis ahli

;S4 total (adangan logam platinum di dunia hanya sekitar 100 #uta kg ,Bru(e

Tonn and )as Su#it *001-. )an pada saat ini diperkirakan teknologi fuel (ell

berkapasitas %0 kD memerlukan 100 gram platinum sebagai katalisator ,)&5 *000-.

Lisalkan penerapan teknologi fuel (ell ber#alan baik ,meliputi = penghematan

pemakaian platinum pada fuel (ell pertumbuhan pasar fuel (ell rendah dan

permintaan platinum rendah - maka sebelum tahun *0E0 diperkirakan sudah tidak

ada lagi logam platinum ,4nna Lonis Shipley and O . Ceal &lliott *007-. ;ntuk

itulah diperlukan penelitian untuk menemukan #enis katalisator alternatif yang

memiliki kemampuan mirip katalisator dari platinum .

7 . Pembekuan

Selama beroperasi sistem fuel (ell menghasilkan panas yang dapat berguna untuk

men(egah pembekuan pada temperatur normal lingkungan . Tetapi #ika temperatur

lingkungan terlampau sangat dingin ,! 10 s Q d ! *0 6- maka air murni yang

dihasilkan akan membeku di dalam fuel (ell dan kondisi ini akan dapat merusak

membran fuel (ell ,)a'id +eenan 10 Q 01 Q*007-. ;ntuk itu harus didesain sebuah

sistem yang dapat men#aga fuel (ell tetap berada dalam kondisi temperatur normal

operasi.

%.+etiadaan Infrastruktur

Infrastruktur produksi hidrogen yang efektif belum tersedia . Tersedianya

teknologi manufaktur dan produksi massal yang handal merupakan kun(i penting

usaha komersialisasi sistem fuel (ell .

hidrogen sebagai sumber tenaga

Documents