PENGARUH LUAS PERMUKAAN ELEKTRODA DENGAN PENAMBAHAN PWM CONTROLLER TERHADAP EFISIENSI PRODUKSI GAS HIDROGEN PADA PROSES ELEKTROLISIS

    

PENDAHULUAN

    Salah satu energi alternatif yang dapat digunakan untuk pengganti bahan bakar minyak adalah hidrogen. Sekitar 75% dari gas di alam adalah hidrogen (Palmer, 2011). Beberapa metode untuk menghasilkan gas hidrogen yaitu dengan reaksi kimia, steam reforming, dan elektrolisis. Cara paling sederhana yaitu dengan proses elektrolisis yang melibatkan pemisahan senyawa air (H2O) dengan bantuan sumber arus listrik. Hidrogen merupakan gas yang ringan dan mudah terbakar, salah satu keistimewaan dibandingkan bahan bakar fosil lainnnya yaitu pembakarannya tidak menyebabkan polusi karbon. Ketika terbakar, hidrogen melepaskan energi berupa panas dan menghasilkan air sebagai bahan buangan (2H2 + O2 —> 2H2O). lebih efektif dalam pembakaran dan jumlahnya di alam sangat melimpah. 

     Elektrolisis merupakan proses di mana arus listrik bisa menguraikan suatu zat elektrolit. Artinya, pada proses elektrolisis terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia (reaksi redoks). Pada katoda terdapat ion postif yang menyerap elektron dan menghasilkan molekul ion H2, dan ion negatif akan bergerak menuju anoda untuk melepaskan elektron dan menghasilkan molekul ion O2. Atau dikenal dengan generator HHO. Reaksi total elektrolisis air adalah penguraian air menjadi hidrogen dan oksigen. Bergantung pada jenis elektrolit yang digunakan, reaksi setengah sel untuk elektrolit asam atau basa dituliskan dalam dua cara yang berbeda. 

Elektrolit Asam, di anoda : H2O ==> 1/2 O² + 2H+(+) 2e-

Elektrolit Basa, di anoda : 2OH- ==> 1/2  O2 + H2O +2e-

    Berbagai penelitian terkait proses elektrolisis dalam pemisahan gas hidrogen dan oksigen telah banyak dikembangkan. Dari penelitian (Arifin, 2015) dengan menggunakandua macam bahan untuk elektroda yaitu Elektroda Netral Stainless Steel 316 danAluminium. Karateristik sifat bahan elektroda sangat berpengaruh terhadap pencapaiankinerja Generator. Sifat-sifat kelistrikkan bahan yang sangat berpengaruh ialah sifat keelektronegatifan atau potesial elektroda dan koefisien nilai muai dari suatu bahankonduktor. Berdasarkan penelitiannya, plat elektroda netral aluminium mampumeningkatkan nilai performanya sedangkan untuk plat SS 316 mampu meminamalisir persentase losses energy. Bentuk dan ukuran dari elektroda yang digunakan telah terbuktiberpengaruh terhadap efektifitas kerja dari generator HHO.

     Penelitian (Sopandi, 2015)menilai unjuk kerja generator HHO berdasarkan dari ketebalan bahan elektroda stainlessstell yang digunakan, dari penelitian yang dilakukan, menggunakan plat elektroda denganketebalan 0,8 mm, 1 mm dan 1,2 mm, didapatkan performa yang terbaik pada ketebalan 1mm. efisiensi dipengaruhi oleh beberapa faktor salah satunya adalah energi yang digunakanuntuk melakukan proses elektrolisis yang dinyatakan dengan daya. Besarnya daya,mempengaruhi peningkatan efisiensi pada generator HHO. Apabila daya yang diperlukantinggi maka efisiensi akan semakin menurun. Semakin besar arus dan tegangan yangdigunakan maka konsumsi daya yang digunakan juga semakin besar (Fitriyanti, 2019, p.8)Dengan menyesuaikan daya yang diperlukan dan ukuran dari plat terbukti dapat meningkatkan efektifitas dari alat yang digunakan.

    Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian yaitu Aquades (H2O), soda api (NaOH) sebagai katalis, PWM Controller, aki 3A 12V, termometer, amperemeter, voltmeter, dan wadah sebagai tempat berlangsungnya proses elektrolisis. Ilustrasi sederhana mengenai rangkaian dari alat elektrolisis ditunjukkan pada gambar 1

    Pada gambar 2 menunjukkan rangkaian dari alat elektrolisis. Katoda dan anoda yang digunakan adalah plat Stainless Stell 1 mm. dengan menggunakan dua variasi ukuran yaitu 20 x 5 cm dan 20 x 10 cm. plat katoda dan anoda disusun secara sejajar sebanyak masing-masing 5 buah plat yang dipisahkan dengan baut dengan jarak 2 mm.Proses elektrolisis berlangsung selama 30 menit. Setelah 30 menit mencatatat hasil yang diperlukan, berupa volume gas hidrogen yang dihasilkan selama elektrolisis, stabilisasi dari arus dan tegangan yang dihasilkan dan temperatur yang berlangsung selama proses elektrolisis.

Diagram Alir Penelitian

HASIL DAN PEMBAHASAN

Data hasil volume gas yang dihasilkan dalam penelitian ditunjukkan pada tabel sebagai berikut

 

 

Tabel 1. Data volume gas hidrogen hasil elektrolisis

 

Waktu (Menit)	A (Liter)	B (Liter)	C (Liter)	D (Liter)
1	0.003925	0.001963	0.00393	0.001963
3	0.011775	0.00785	0.02355	0.0157
5	0.03925	0.035325	0.0785	0.066725
7	0.082425	0.0785	0.16485	0.127563
9	0.113825	0.147188	0.22765	0.2041
11	0.147188	0.200175	0.292413	0.302225
13	0.176625	0.264938	0.349325	0.382688
15	0.19625	0.294375	0.412125	0.441563
17	0.231575	0.347363	0.467075	0.480813
19	0.253163	0.379744	0.506325	0.529875
21	0.284563	0.426844	0.58875	0.58875
23	0.314	0.471	0.628	0.663325
25	0.341475	0.512213	0.680988	0.68295
27	0.3611	0.54165	0.73005	0.702575
30	0.412125	0.628	0.826213	0.841913

Keterangan :

A=Volume pada tegangan (12 volt) dan arus (3 Ampere), dengan luas penampang 20 cm³ B= Volume pada tegangan (12 volt) dan arus (3 Ampere), dengan luas penampang 40 cm^{3 .}

C=Volume pada tegangan (38 volt) dan arus (6,3 Ampere), dengan luas penampang 20 cm³

D=Volume pada tegangan (38 volt) dan arus (6,3 Ampere), dengan luas penampang 40 cm³ Dari data pada tabel 1 akan dicari nilai rata-rata untuk mendapatkan nilai efisiensi

HHO. Nilai efisiensi didapatkan, dengan menggunakan persamaan 1 yang dapat dilihat pada tabel dibawah ini

 

 

Tabel 2. Nilai efisiensi generator HHO (%)

 

No	Luas penampang elektroda (cm3)	Tegangan (Volt)	Arus (Ampere)	Daya (Watt)	Efisiensi (%)
1	20	12	3	36	5,959
2	20	38	6.3	239,4	1,786
3	40	12	3	36	8,127
4	40	38	6.3	239,4	2,103

 Berdasarkan tabel 2, dapat disimpulkan bahwa efisiensi generator HHO mencapai nilai terbesar pada 8,127% yaitu pada variasi luas penampang 40 cm³. Kemudian variasi dengan luas penampang 20 cm³ dengan daya 36 watt sebesar 5,959%. Efisiensi yang terkecil yaitu pada variasi luas penampang 20 cm³ dengan daya 239 watt. Adanya perubahan nilai efisiensi dari beberapa variasi pada penelitian ini disebabkan karena beberapa faktor, yaitu produktivitas yang dinyatakan dengan volume alir, massa jenis gas HHO, LHV HHO, dan energi yang digunakan untuk melakukan proses elektrolisis yang dinyatakan dengan daya. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar grafik dibawah ini 

Berdasarkan gambar grafik diatas, dapat dilihat besarnya luas penampang elektroda

mempengaruhi efesiensi kerja generator HHO, karena semakin besar luas penampang elektroda maka molekul-molekul di dalam air akan semakin bebas untuk bergerak yang menyebabkan   pertukaran   ion-ion   pada proses elektrolisis   semakin cepat,   sehingga

produktivitas gas HHO juga akan semakin besar. Besarnya daya. mempengaruhi peningkatan efisiensi pada generator HHO. Apabila kuat arus yang dihasilkan tinggi maka efisiensi akan semakin menurun karena berkaitan dengan jumlah pasokan listrik dari sistem kerja operasional alat. Namun menghasilkan laju produksi yang cepat, hal ini dibuktikan pada percobaan dengan menggunakan daya yang lebih besar, Atom-atom hidrogen akan membentuk gelembung gas yang akan menjadi gas hidrogen yang lebih banyak disekitar katoda. Hal serupa terjadi pada ion OH yang menyatu pada anoda kemudian membentuk gas oksigen dalam bentuk gelembung gas.

SIMPULAN

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa salah satu yang mempengaruhi efektifitas dari kerja generator HHO pada proses elektrolisis adalah variasi luas penampang dan besarnya daya yang digunakan. Variasi ukuran alat elektrolisis HHO mempengaruhi efektivitas dari generator HHO, semakin besar luas penampangnya maka semakin banyak volume gas yang dihasilkan dengan membutuhkan energi listrik yang lebih besar. Perbandingan antara besarnya ukuran elektroda harus seimbang dengan daya yang digunakan. Besarnya daya dapat menurunkan efektifitas kerja alat karena berkaitan dengan besarnya biaya operasional dari alat yang dihasilkan. Efisiensi yang terbaik didapatkan dengan daya 36 watt dengan nilai efisiensinya sebesar 8,127%

    SUMBER :

http://journal.uin-alauddin.ac.id/index.php/sainfis