PRODUKSI GAS HIDROGEN MELALUI PROSES ELEKTROLISIS AIR

PRODUKSI GAS HIDROGEN MELALUI PROSES ELEKTROLISIS AIR SEBAGAI SUMBER ENERGI HYDROGEN PRODUCTION BY ELECTROLYSIS PROCESS AS AN ENERGY SOURCE Ni Made Ayu Yasmitha Andewi1 dan Wahyono Hadi2 Jurusan Teknik Lingkungan-FTSP-ITS email1: [email protected] dan email2: [email protected]

Abstrak Pada penelitian ini dilakukan proses elektrolisis dengan variasi tegangan dan variasi kadar salinitas. Elektrolit yang digunakan adalah NaCl (natrium chlorida) dengan variasi tegangan (2,1V;6V;12V) dan variasi kadar salinitas (0,5‰;15‰;35‰). Elektroda yang digunakan adalah platina sebagai anoda dan stainless steel sebagai katoda akan dialiri arus bermuatan positif pada anoda dan bermuatan negatif pada katoda. Penelitian dilakukan selama 180 menit. Hasil penelitian terlihat bahwa salinitas dan tegangan mempengaruhi produksi gas hidrogen. Semakin besar salinitas yang digunakan maka produksi gas hidrogen semakin banyak. Begitu juga dengan tegangan, semakin besar tegangan yang diberikan semakin banyak produksi gas hidrogen. Produksi optimum sebesar 98mL didapatkan pada salinitas 35‰ dan tegangan 12 volt. Kata kunci: Elektrolisis, Gas Hidrogen, NaCl

Abstract This research uses the process of electrolysis with variations in voltage and salinity levels. The electrolyte used is NaCl (sodium chloride) with voltage variation (2.1 V; 6V; 12V) and salinity level variation (0.5 ‰, 15 ‰; 35 ‰). The electrodes used are Platinum as anode and stainless steel as the cathode which are then energized on the positively charged anode and the negatively charged cathode. The study is conducted for 180 minutes. The result shows that the salinity and the voltage affects the production of hydrogen gas. The greater the salinity and the voltage applied, the more hydrogen gas it was produced. The optimum production of 98 mL is obtained at salinity 35 % and voltage 12 volts. Keywords: Electrolysis, Hydrogen Gas, NaCl 1

1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Permasalahan kebutuhan energi di Indonesia merupakan masalah yang serius dalam kehidupan manusia. Energi merupakan komponen penting bagi kelangsungan hidup manusia karena hampir semua aktivitas kehidupan manusia sangat tergantung terhadap ketersediaan energi. Kebutuhan energi nasional masih dipenuhi minyak bumi sekitar 53%. Cadangan minyak bumi di Indonesia diprediksi tersisa sekitar 3,9 miliar barel. Cadangan tersebut diperkirakan akan habis dalam 11 tahun ke depan. Penyebab masalah tersebut dikarenakan minyak bumi merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui, sehingga untuk mendapatkan kembali memerlukan waktu ratusan juta tahun lamanya. Terbentuknya minyak bumi sangat lambat, oleh karena itu diperlukan penelitian untuk menghasilkan sumber energi alternatif. Hasil penelitian tersebut diharapkan mampu mengatasi beberapa permasalahan yang berkaitan dengan penggunaan minyak bumi. Salah satu bentuk energi alternatif untuk mengatasi permasalahan yang terjadi adalah gas hidrogen. Gas hidrogen tidak dapat ditambang melainkan harus diproduksi. Alternatif tersebut dapat dilakukan dengan melakukan proses elektrolisis menggunakan air khususnya air laut. Air merupakan sumber daya alam yang sangat penting bagi kehidupan. Air memiliki jumlah yang sangat melimpah khususnya air asin di laut sekitar 1.337 juta km3 (Kodoatie, 2010). Apabila air dikelola dengan baik maka air merupakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui tetapi belum ada kesadaran dalam mengelola sumber daya air. Produksi gas hidrogen dari NaCl merupakan cara yang dapat dilakukan untuk mendapatkan gas hidrogen. Gas hidrogen yang tinggi memberikan tingkat emisi yang mendekati zero emission (Alimah et.al., 2008)

1.2 Perumusan Masalah Dari latar belakang, dapat dirumuskan beberapa permasalahan antara lain: 1. Bagaimana produksi gas hidrogen terhadap proses elektrolisis menggunakan jenis elektroda (stainless steel) pada katoda? 2. Bagaimana pengaruh variasi tegangan proses elektrolisis terhadap gas yang dihasilkan? 3. Bagaimana pengaruh variasi kadar salinitas proses elektrolisis terhadap gas yang dihasilkan?

2

1.3 Tujuan Penelitian Tujuan penilitian dalam tugas akhir ini antara lain: 1. Menganalisis volume (mL) gas hidrogen menggunakan elektroda (stainless steel) pada katoda. 2. Menganalisis variasi tegangan yang mempunyai volume (mL) gas optimum pada proses elektrolisis untuk produksi gas hidrogen. 3. Menganalisis variasi salinitas yang mempunyai volume (mL) gas optimum pada proses elektrolisis untuk produksi gas hidrogen.

1.4 Dasar Teori Elektrolit adalah suatu zat terlarut atau terurai ke dalam bentuk ion-ion dan selanjutnya larutan menjadi konduktor elektrik. Umumnya, air adalah pelarut (solven) yang baik untuk senyawa ion dan mempunyai sifat menghantarkan arus listrik. Contohnya apabila elektroda dicelupkan ke dalam air murni, bola lampu tidak akan menyala karena air tersebut merupakan konduktor listrik yang sangat jelek. Apabila suatu senyawa ion yang larut seperti NaCl ditambahkan pada air, maka solutnya akan larut sehingga bola lampu mulai menyala dengan terang. Senyawa seperti NaCl yang membuat larutan menjadi konduktor listrik (Brady, 1999). Proses oksidasi dan reduksi sebagai reaksi pelepasan dan penangkapan oleh suatu zat. Oksidasi adalah proses pelepasan elektron dari suatu zat sedangkan reduksi adalah proses penangkapan elektron oleh suatu zat. Bentuk teroksidasi sering ditandai dengan “ox” dan bentuk tereduksi ditandai dengan “red”. Kesetimbangan reaksinya ditulis sebagai berikut: ox + ne = red

(proses reduksi) ;

red = ox + ne

(proses oksidasi)

Disini ‘ne’ adalah jumlah elektron yang dilepaskan atau diterima (Rivai, 1995). Sel elektrolisis adalah sel elektrokimia yang bereaksi secara tidak spontan (Eo sel (-) atau ∆G>0), karena energi listrik disuplai dari sumber luar dan dialirkan melalui sebuah sel. Elektrolisis diartikan juga sebagai peristiwa penguraian zat elektrolit oleh arus listrik searah, melainkan juga mengalami perubahan-perubahan kimia. Perubahan kimia yang terjadi selama elektrolisis dapat dilihat sekitar elektroda. Elektroda adalah suatu sistem dua fase yang terdiri dari sebuah penghantar elektrolit (misalnya logam) dan sebuah penghantar ionik (larutan) (Rivai,1995). Elektroda positif (+) disebut anoda sedangkan elektroda negatif (-) adalah katoda (Svehla,1985). Reaksi kimia yang terjadi pada 3

elektroda selama terjadinya konduksi listrik disebut elektrolisis dan alat yang digunakan untuk reaksi ini disebut sel elektrolisis. Sel elektrolisis memerlukan energi untuk memompa elektron. (Brady, 1999). Proses elektrolisis terhadap NaCl serta reaksi yang terjadi pada katoda dan anoda dapat dilihat pada Gambar 2.1

Gambar 1.1 Sel Elektrolisis

Reaksi yang terjadi terhadap elektrolisis NaCl sebagai berikut: 4H+(aq) + O2(g) + 4e-

Pada anoda (+): 2H2O(l)

Cl2(g) + 2e- + 2Na+(aq)

2NaCl

Cl2(g) + H2O(l)

HCl + HOCl

Pada katoda (-) : 2H2O(l) + 2e-

2OH-(aq) + H2(g)

2NaCl+2OH-(aq)

2 NaOH + Cl-(l)

Sumber: Huang et al., 2008

Potensial reduksi standar menyatakan bahwa ion mana yang akan mengoksidasi atau mereduksi ion lain. Bentuk teroksidasi dan tereduksi suatu zat dikenal sebagai pasangan redoks (Hadyana,1994). Potensial reduksi standar untuk lebih jelas dapat dilihat pada Tabel 2.1 Tabel 2.1 Potensial Reduksi Standar Eo (V)

Setengah Reaksi F2(g) + 2eS2O4

2-

F-(aq) -

(aq)+2e

+2,87

2SO4 -

PbO2(s)+HSO4 (aq)+3H

2-

+

-

(aq)+2e

2HOCl(aq)+2H+(aq) +2e-

MnO4 (aq) + 8H

+ (aq)

Au3+(aq) + 3eCl2(g) + 2e-

PbSO4(s)+2H2O(l)

Cl2(g) + 2H2O(l) -

+ 8e

BrO3-(aq) + 6H+(aq)+ 6e-

+2,01

(aq)

2+

Mn

(aq)

+1,69 +1,63

+ 4H2O(l)

+1,51

Br(aq) +3H2O(l)

+1,46

Au(s)

+1,42

2Cl-(aq)

+1,36

4

Lanjutan Tabel 2.1 Potensial Reduksi Standar O2(g) + 4H+(aq)+4e-

Br2(aq) + 2e

NO3 (aq) + 4H

+

+ 3e

+0,80

+e

Fe

+0,77

(aq)

2I-(aq)

+0,54

NiO2(s) + 2H2O +2eCu

SO4

-

(aq) + 2e

2(aq)

+0,96

2+

I2(s) + 2e2+

NO(g) +2H2O(l)

Ag(s)

-

(aq)

+1,07

-

(aq)

Ag+(aq) + eFe

+1,23

2Br (aq)

-

3+

2H2O(l) -

Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq)

+0,49

Cu(s)

+ 4H

+

-

+0,34 -

(aq)

+ 2e

SO2(g) + 2H2O(l)

+0,17

AgBr(s) + e

Ag(s) + Br(aq)

+0,07

2H+(aq) + 2e-

H2(g)

0

Sn2+(aq) + 2e-

Sn(s)

-0,14

Ni2+(aq) + 2e-

Ni(s)

-0,25

2+

Cn

-

+ 2e

(aq)

PbSO4(s) + H

Cn(s) +

-

(aq)

Cd2+(aq) + 2e-

+2e

-0,28 Pb(s) + HSO4(aq)

-0,36

Cd(s)

-0,40

Fe2+(aq) + 2e-

Fe(s)

-0,44

Cr3+(aq)+ 3e-

Cr(s)

-0,74

Zn2+(aq) + 2e-

Zn(s)

-0,76

2H2O(l) + 2e-

H2(g) + 2OH-(aq)

-0,83

Al(s)

-1,66

3+

Al

-

(aq)

+ 3e

2+

Mg

-

(aq)

+2e

Na+(aq) + e-

Mg(s)

Ca2+(aq) + 2eK+(aq) + e+

Li

-

(aq)

+e

-2,37

Na(s)

-2,71

Ca(s)

-2,76

K(s)

-2,92

Li(s)

-3,05

Sumber : Murry,2001 Electromotive Force (emf) atau gaya gerak listrik (GGL) atau disebut driving force biasanya dinyatakan dalam volt (V). Emf sel dapat diukur hanya dengan mengetahui voltmeter pada dua elektroda. Emf sel hanya terjadi pada perbedaan antara dua elektroda potensial (Yoder et.al., 1975). Adapun ketentuan-ketentuan dalam menghitung e.m.f (electromotive force) dalam sel elektrokimia antara lain: a. Reaksi yang terjadi pada elektroda anoda terjadi reaksi

oksidasi sedangkan reaksi reduksi terjadi

pada elektroda reduksi. b. E.m.f standar sel dinyatakan sebagai potensial standar elektroda yang dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:

Emf = Ekatoda - Eanoda 5

c. Apabila Emf dihitung dengan menggunakan persamaan (b) didapatkan nilai positif yang berarti spontan maka reaksi yang terjadi pada sel galvanik sebaliknya nilai negatif yang berarti tidak spontan maka reaksi yang terjadi pada sel elektrolisis.

(Dogra, 1990)

2. METODOLOGI Pada penelitian ini dilakukan analisis terhadap kemampuan elektroda platina sebagai anoda dan stainless steel sebagai katoda dalam produksi gas hidrogen melalui elektrolisis. Penelitian ini dilakukan terhadap variasi tegangan dan kadar salinitas yang digunakan secara batch, dimaksudkan bahwa perlakuan terhadap sampel tanpa dilakukan penambahan maupun proses pergantian sampel secara terus menerus. Penelitian ini digunakan variasi tegangan (2,1V; 6V; 12V) dan variasi kadar salinitas (0,5‰, 15‰, 35‰). Elektroda yang digunakan adalah platina sebagai anoda dan stainless steel sebagai katoda. 2.1 Komponen Elektrolisis Komponen penting yang menunjang proses elektrolisis untuk menghasilkan gas hidrogen adalah reaktor elektrolisis, elektroda (katoda dan anoda), dan larutan elektrolit. a. Reaktor elektrolisis Rancangan reaktor penelitian ini mengacu kepada penelitian sebelumnya yang dirancang sesuai dengan pelaksanaan produksi gas. Reaktor merupakan tempat larutan elektrolit, sekaligus tempat berlangsungnya proses elektrolisis untuk menghasilkan gas hidrogen (H2). Reaktor berbentuk seperti trisula dimaksudkan agar gas yang terbentuk pada tiap-tiap elektroda tidak tercampur serta dapat diukur volumenya. Reaktor ini terbuat dari gelas dan bagian katup terbuat dari bahan teflon. Pada bagian atas, terdapat katup bertujuan untuk menahan gas yang terbentuk agar tidak keluar melebihi dari batas reaktor dan sebagai tempat mengeluarkan gas saat pengamatan telah selesai. Bagian bawah reaktor digunakan karet bertujuan sebagai tutup reaktor sekaligus menahan masing-masing elektroda (anoda dan katoda). Sekeliling karet diperlukan isolasi pipa bertujuan untuk menghindari terjadinya kebocoran. Pengukuran gas dilakukan dengan melihat angka volume pada reaktor setiap 10 menit selama 180 menit. b. Elektroda Elektroda berfungsi sebagai penghantar arus listrik dari adaptor menuju larutan elektrolit, sehingga terjadi proses elektrolisis. Elektroda ini akan dipasang bagian bawah reaktor, yaitu platina 6

sebagai anoda dan stainless steel sebagai katoda. Alat ini terdiri dari dua macam elektroda serta masing-masing mempunyai ukuran antara lain anoda merupakan elektroda berukuran (diameter 0,5cm dan tinggi 4cm) dan katoda merupakan elektroda berukuran (2,5cm x 1cm) diberi arus listrik atau tegangan bermuatan negatif oleh adaptor. Elektroda tersebut dimasukkan ke dalam reaktor melalui bagian bawah reaktor dibantu dengan karet sumbat serta diberikan isolasi. Pemasangan elektroda dipasang pada kutub positif sebagai anoda dan kutub negatif sebagai katoda. c. Larutan elektrolit Larutan elektrolit terbuat dari kristal NaCl dilarutkan dengan aquadest. Berdasarkan hasil perhitungan massa NaCl, maka nilai tersebut digunakan untuk menimbang garam NaCl sebagai variasi salinitas. Kristal NaCl akan ditimbang menggunakan neraca analitik dan dilarutkan dengan aquades pada labu ukur (1000mL) sampai batas leher labu ukur. Larutan elektrolit (NaCl) sesuai variasi salinitas dimasukkan ke dalam reaktor melalui bagian tengah reaktor sebagai inlet hingga batas yang ditentukan kemudian katup reaktor di tutup agar elektrolit tersebut tidak keluar. 2.2 Cara Kerja Elektrolisis Penelitian terhadap produksi gas hidrogen menggunakan elektrolit NaCl. Proses penguraian pada elektrolisis larutan NaCl dapat dilihat pada reaksi sebagai berikut: 2NaCl(aq) + 2H2O(l)  2Na+ + 2OH-(aq) + H2(g) + Cl2(g) Pada proses elektrolisis, elektroda dialiri arus listrik (DC) sehingga senyawa pada elektrolit terurai membentuk ion-ion dan terjadi proses reduksi oksidasi sehingga menghasilkan gas. Proses elektrolisis diperlukan arus listrik yang tinggi agar proses reaksi kimia menjadi efektif dan efisien. Apabila kedua kutub elektroda (katoda dan anoda) diberi arus listrik, elektroda tersebut akan saling berhubungan karena adanya larutan elektrolit sebagai penghantar listrik menyebabkan elektroda timbul gelembung gas. Proses elektrolisis dinyatakan bahwa atom oksigen membentuk sebuah ion bermuatan negatif(OH-) dan atom hidrogen membentuk sebuah ion bermuatan positif (H+). Pada kutub positif menyebabkan ion H+ tertarik ke kutub katoda yang bermuatan negatif sehingga ion H+ menyatu pada katoda. Atomatom hidrogen akan membentuk gas hidrogen dalam bentuk gelembung gas pada katoda yang melayang ke atas. Hal serupa terjadi pada ion OH - yang menyatu pada anoda kemudian membentuk gas oksigen dalam bentuk gelembung gas.

7

3. PEMBAHASAN 3.1 Produksi Gas Hidrogen Berdasarkan Variasi Tegangan dan Salinitas Penelitian dilakukan selama 180 menit menggunakan elektroda stainless steel pada katoda. Pengamatan yang diperoleh pada produksi gas adalah elektroda positif (anoda) terbentuk gas oksigen (O2), hal ini terjadi dikarenakan berdasarkan Tabel 2.1 (Potensial Reduksi) menyatakan bahwa air lebih mudah dioksidasi daripada Cl2 (E0 = -1,36V) karena Eo dari kedua reaksi menyatakan O2 (E0 = 1,23V) mendekati nilai positif sehingga lebih mudah teroksidasi (Sunarya, 2007). Pada elektroda negatif (katoda) terbentuk gas hidrogen (H2), hal ini terjadi berdasarkan Tabel 2.4 (Potensial Reduksi) menyatakan bahwa air lebih mudah direduksi daripada ion Na (E0 = -2,71V) karena Eo dari kedua reaksi menyatakan H2 (E0 = -0,83V) mendekati nilai negatif sehingga lebih mudah tereduksi (Sunarya, 2007) dan terjadi pembentukan gas hidrogen (H2) pada katoda. Langkah akhir dari penelitian dilakukan pengamatan pH dan salinitas pada masing-masing elektroda. pH didapatkan dari masing-masing elektroda antara lain asam pada anoda dan basa pada katoda. Ion yang menyebabkan menyebabkan sifat asam itu adalah proton (H+) sedangkan ion hidroksida (OH-) menyebabkan sifat basa. Pada penelitian ini didapatkan bahwa pH pada anoda yang bersifat asam disebabkan karena terjadi persaingan dengan OH- sehingga ion Cl- bereaksi dengan air sedangkan katoda bersifat basa karena ion Na+ mengalami persaingan dengan ion H+ sehingga ion Na+ bereaksi dengan OH- yang mengalami oksidasi membentuk natrium hidroksida (NaOH). Penelitian ini juga mengamati salinitas kondisi sebelum dan sesudah proses elektrolisis, terjadi perbedaan antara sebelum dan sesudah. Kondisi sesudah proses elektrolisis, salinitas pada anoda lebih besar daripada salinitas pada katoda. Hal ini terjadi dikarenakan muatan positif yang mengalir pada permukaan anoda telah menarik ion klor selama proses elektrolisis. Hasil produksi gas dari masing-masing variasi tegangan dan konsentrasi sebagai berikut: 3.1.1 Produksi Gas Hidrogen dengan Variasi Tegangan pada Salinitas 0,5‰ Hasil penelitian menyatakan bahwa reaksi kimia telah berlangsung dan membentuk gelembung gas. Penelitian pada tegangan 2,1 volt terbentuk gelembung gas tetapi hanya menempel pada dinding reaktor, peristiwa ini dikatakan bahwa reaksi dapat berlangsung ketika diperlukan potensial reaksi dengan jumlah besar dari potensial teoritis atau disebut overpotensial. Overpotensial menyebabkan 8

tegangan kerja jauh lebih besar daripada tegangan kesetimbangan. Pada proses elektrolisis terjadi pembentukan terjadi perubahan kuat arus selama produksi gas hidrogen, dapat dilihat pada Gambar 4.1

Gambar 1.2 Grafik Kuat Arus Tegangan 2,1 Volt

Grafik arus pada Gambar 4.1 menandakan bahwa terjadi difusi ion-ion dari larutan ke elektroda yang lambat dan terjadi kerapatan arus sehingga arus yang diukur sangat kecil. Produksi gas hidrogen selama proses elektrolisis pada tegangan 6 volt, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4.2

Gambar 1.3 Grafik Produksi Gas Tegangan 6Volt

Gambar 1.4 Grafik Kuat Arus Tegangan 6 Volt

Berdasarkan Gambar 4.2 ditunjukkan bahwa volume gas hidrogen dari menit ke 0 sampai menit ke 180 menandakan bahwa terjadi kenaikan potensial yang mengakibatkan kenaikan terhadap arus karena bertambahnya jumlah ion yang mencapai elektroda sebagai akibat migrasi dan difusi dari elektrolit. Grafik arus pada Gambar 4.3 dihasilkan kuat arus yang tidak linier karena dipengaruhi oleh difusi ionion dari larutan ke permukaan elektroda dan terjadi kekuatan tarik menarik antara ion-ion muatan berlawanan sehingga kuat arus yang terjadi mula-mula rendah dan secara perlahan meningkat. Penelitian tahap ketiga pada salinitas 0,5‰ yaitu menggunakan tegangan 12 volt. Produksi gas 9

hidrogen selama proses elektrolisis, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4.4. Pada proses elektrolisis terjadi perubahan kuat arus selama produksi gas hidrogen dapat dilihat pada Gambar 4.5

Gambar 1.5 Grafik Produksi Gas Tegangan 12 Volt


Pada Gambar 4.4 bentuk kurva tidak linier diperkirakan pada menit ke 0 sampai menit ke 100 terjadi peningkatan produksi gas yang tajam karena bertambahnya jumlah ion yang mencapai elektroda sedangkan menit ke 110 sampai menit ke 180 terjadi penurunan karena kecepatan ionisasi dalam elektrolit jauh lebih cepat daripada kecepatan transfer elektron ke elektroda. Pada proses elektrolisis terjadi perubahan kuat arus selama produksi gas hidrogen, hasil yang didapatkan tidak linier karena dipengaruhi oleh difusi ion-ion dari larutan ke permukaan elektroda dan terjadi kekuatan tarik menarik antara ion-ion muatan berlawanan sehingga kuat arus yang terjadi mula-mula rendah dan secara perlahan meningkat, lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4.5 3.1.2 Produksi Gas Hidrogen dengan Variasi Tegangan pada Salinitas 15‰ Penelitian ini menggunakan salinitas 15‰ dengan variasi tegangan 2,1 volt; 6 volt dan 12 volt. Penelitian dilakukan sebanyak 3 kali untuk produksi gas hidrogen (H2) dengan membentuk gelembung gas pada anoda dan katoda. Katoda lebih cepat menghasilkan gelembung berukuran besar dibandingkan anoda, karena katoda mengalami reduksi dan anoda mengalami oksidasi sehingga anoda menghasilkan gelembung berukuran kecil. Pada tegangan 2,1 volt terhadap salinitas 15‰ dapat produksi gas hidrogen, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4.6

10

Gambar 1.7 Grafik Produksi Tegangan 2,1 Volt


Berdasarkan Gambar 4.6 ditunjukkan bahwa terjadi bertambahnya jumlah ion yang mencapai elektroda sebagai akibat migrasi dan difusi dari elektrolit. Terhadap grafik arus pada Gambar 4.7 menandakan bahwa terjadi difusi ion-ion dari larutan ke elektroda yang lambat dan terjadi kerapatan arus sehingga arus yang diukur sangat kecil. Produksi gas hidrogen selama proses elektrolisis terhadap tegangan 6volt, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4.8



Berdasarkan Gambar 4.8 ditunjukkan bahwa terjadi kenaikan potensial yang mengakibatkan kenaikan terhadap arus karena bertambahnya jumlah ion yang mencapai elektroda sebagai akibat migrasi dan difusi dari elektrolit. Grafik arus pada Gambar 4.9 dihasilkan kuat arus yang tidak linier dipengaruhi oleh difusi ion-ion dari larutan ke permukaan elektroda dan terjadi kekuatan tarik menarik antara ionion muatan berlawanan sehingga kuat arus yang terjadi mula-mula rendah dan secara perlahan

11

meningkat. Produksi gas hidrogen selama proses elektrolisis terhadap tegangan 12 volt, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4.10



Pada Gambar 4.10 ditunjukkan bahwa kenaikan potensial yang mengakibatkan kenaikan terhadap arus karena bertambahnya jumlah ion yang mencapai elektroda sebagai akibat migrasi dan difusi dari elektrolit. Pada proses elektrolisis terjadi perubahan kuat arus selama produksi gas hidrogen, hasil yang didapatkan pada Gambar 4.11 tidak linier karena dipengaruhi oleh difusi ion-ion dari larutan ke permukaan elektroda dan terjadi kekuatan tarik menarik antara ion-ion muatan berlawanan sehingga kuat arus yang terjadi mula-mula rendah dan secara perlahan meningkat. 3.1.3 Produksi Gas Hidrogen dengan Variasi Tegangan pada Konsentrasi 35‰ Produksi gas hidrogen selama proses elektrolisis terhadap tegangan 2,1 volt lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4.12

Gambar 1.13 Grafik Produksi Gas Tegangan 2,1 Volt


12

Pada Gambar 4.12 bentuk kurva tidak linier dikarenakan pada menit ke 0 sampai menit ke 50 menunjukkan bahwa terjadi penstabilan arus sehingga produksi gas hidrogen tidak terlalu banyak, menit ke 60 sampai menit ke 110 terjadi peningkatan karena bertambahnya jumlah ion yang mencapai elektroda. Pada menit ke 120 sampai ke 180 terjadi penurunan disebabkan oleh kecepatan ionisasi dalam elektrolit jauh lebih cepat daripada kecepatan transfer elektron ke elektroda. Grafik arus pada Gambar 4.13 menandakan bahwa terjadi difusi ion-ion dari larutan ke elektroda yang lambat dan terjadi kerapatan arus sehingga arus yang diukur sangat kecil. Produksi gas hidrogen selama proses elektrolisis terhadap 6 volt, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4.14



Penelitian dengan tegangan 6 volt berdasarkan Gambar 4.14 ditunjukkan bahwa volume gas hidrogen dari menit ke 0 sampai menit ke 180 menandakan bahwa kenaikan potensial yang mengakibatkan kenaikan terhadap arus karena bertambahnya jumlah ion yang mencapai elektroda sebagai akibat migrasi dan difusi dari elektrolit. Hasil yang didapatkan pada Gambar 4.15 tidak linier

karena

dipengaruhi oleh difusi ion-ion dari larutan ke permukaan elektroda dan terjadi kekuatan tarik menarik antara ion-ion muatan berlawanan sehingga kuat arus yang terjadi mula-mula rendah dan secara perlahan meningkat. Produksi gas hidrogen selama proses elektrolisis terhadap 12 volt, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4.16

13



Berdasarkan Gambar 4.16 ditunjukkan bahwa volume gas hidrogen dari menit ke 0 sampai menit ke 180 menandakan bahwa kenaikan potensial yang mengakibatkan kenaikan terhadap arus karena bertambahnya jumlah ion yang mencapai elektroda sebagai akibat migrasi dan difusi dari elektrolit. Hasil yang didapatkan pada Gambar 4.17 tidak linier karena dipengaruhi oleh difusi ion-ion dari larutan ke permukaan elektroda dan terjadi kekuatan tarik menarik antara ion-ion muatan berlawanan sehingga kuat arus yang terjadi mula-mula rendah dan secara perlahan meningkat. Dilihat dari ketiga penelitian menunjukkan bahwa terdapat perbandingan yang diperoleh terhadap salinitas 0,5‰, 15‰ dan 35‰ dalam produksi gas hidrogen, ditunjukkan bahwa gas hidrogen yang paling banyak terbentuk adalah 35‰. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar salinitas maka produksi gas hidrogen yang terbentuk semakin banyak, dikatakan demikian karena salinitas besar menyebabkan daya hantar larutan cepat sehingga kekuatan untuk menarik ion dengan muatan berlawanan semakin besar. Hal serupa juga terjadi pada variasi tegangan yang menyatakan bahwa semakin besar tegangan maka produksi gas hidrogen yang terbentuk semakin banyak. 3.2 Pengaruh Variasi Tegangan Terhadap Produksi Gas Hidrogen Pada penelitian ini, peneliti menetapkan variasi tegangan sebesar 2,1 volt, 6 volt dan 12 volt dengan anggapan bahwa variasi tegangan diasumsikan telah melewati batas minimum nilai tegangan sesuai persamaan 4.1 untuk proses elektrolisis. Variasi tegangan pada proses elektrolisis berpengaruh pada kemampuan proses elektrolisis dalam produksi gas hidrogen. Berdasarkan ketiga variasi tegangan yang digunakan produksi gas hidrogen terbesar terjadi pada tegangan 12V, produksi gas hidrogen lebih kecil terjadi pada tegangan 6V dan produksi gas hidrogen terkecil terjadi pada tegangan 2,1V. Suplai 14

tegangan yang semakin besar akan mempercepat terjadinya reaksi penguraian larutan sampel NaCl. Reaksi penguraian yang semakin cepat akan semakin besar pembentukan gas hidrogen pada katoda. Variasi tegangan juga berpengaruh terhadap perubahan kuat arus selama proses elektrolisis. Perubahan kuat arus yang diukur adalah kuat arus yang terjadi selama proses elektrolisis. 3.3 Pengaruh Salinitas Terhadap Produksi Gas Hidrogen Berdasarkan hasil penelitian salinitas optimum dalam produksi gas hidrogen adalah 35‰. Hal ini disebabkan karena terjadi proses pertukaran ion-ion dalam larutan yang memiliki kekuatan besar untuk menarik ion muatan yang berlawanan sehingga semakin banyak produksi gas hidrogen yang diperoleh. Pada akhir penelitian, salinitas pada anoda memiliki nilai lebih besar dibandingkan katoda karena terjadi gaya tarik menarik ion klor menuju anoda karena ion klor merupakan ion negatif berlawanan dengan kutub positif (Brady, 1999).

4. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan Penelitian mengenai Produksi Gas Hidrogen Melalui Elektrolisis sebagai sumber energi dengan elektrolit NaCl dapat disimpulkan sebagai berikut: a. Proses elektrolisis dapat dilakukan untuk produksi gas hidrogen (H2) didapatkan hasil optimum yaitu sebesar 98mL dalam waktu 3jam (180menit). b. Produksi gas hidrogen hingga 98 mL pada penggunaan alat elektrolisis variasi tegangan sebesar 12 volt. c. Produksi gas hidrogen hingga 98 mL pada penggunaan alat elektrolisis variasi salinitas sebesar 35‰. 4.2 Saran Beberapa saran yang dapat diberikan dalam penelitian ini sebagai berikut: a. Pada penelitian berikutnya diperlukan jarak elektroda lebih dekat untuk mendapatkan kuat arus yang besar. b. Pada penelitian berikutnya perlu dilakukan penelitian yang sama dengan menggunakan elektroda dengan ukuran yang bervariasi. c. Pada penelitian berikutnya, dilakukan penelitian terhadap oksigen terlarut pada anoda. 15

5. DAFTAR PUSTAKA Alimah, S., dan Dewita, E. 2008. “Pemilihan Teknologi Produksi Hidrogen Dengan Memanfaatkan Energi Nuklir”. Jurnal Pengembangan Energi Nuklir 10, 2: 123-132. Bird, Tony. 1993. Kimia Fisika. Jakarta: Erlangga Brady, J.E. 1999. General Chemistry Principles And Structure. Jakarta: Binarupa Aksara. Brady, J.E. 2008. Kimia Universitas Asas dan Struktur. Jakarta: Binarupa Aksara. Chang, R. 2004. Kimia Dasar Jilid 2. 3ed. Jakarta: Erlangga Dogra. 1990. Kimia Fisika. Jakarta: UI-Press Huang, Yu-Ru., Yen-Con Hung., Shun Yao Hsu., Yao-Wen Huang., Deng-Fwu Hwang. 2008. “Application Of Electrolyzed Water In The Foo Industry”. Food Control 19. 329-345. Irawulan. 2009. “Cadangan Minyak Bumi di Indonesia Menipis”. Detik Surabaya (Surabaya), 12 Februari. Jamal. 2007. Pembuatan Membran Fuel Cell Dari Limbah Plastik LDPE. Bandung: ITB-Press. Kodoatie, J.R., dan Roeslam S. 2010. Tata Ruang Air. Yogyakarta: Andi. Murry, Mc., John, dan Robert, C.F. 2001. Chemistry. New Jersey: Prentice Hall Rivai, Harrizul. 1995. Asas Pemeriksaan Kimia. Jakarta: UI-Press Sunarya, Y., dan Agus, S. 2007. Kimia. Bandung: PT. Setia Inves. Svehla, G. 1985. Vogel Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro. Jakarta: PT. Kalman Media Pustaka. Yoder, Claude H., Fred H. Suydam, Fred A. Snavely. 1975. Chemistry. United States of America: Harcout Brace Jovanoich Inc.

16

PRODUKSI GAS HIDROGEN MELALUI PROSES ELEKTROLISIS AIR

Recommend Documents