Padang- Sumatera Barat-Indonesia (IKAPI Member)
Email : [email protected]
Desain Geometri &
Rekayasa Generator
Hidrogen
Dr. Rahadian Zainul, S.Pd., M.Si.
2020
ii | R a h a d i a n Z a i n u l
UNDANG-UNDANG REPUBLIK INDONESIA
NO 19 TAHUN 2002
TENTANG HAK CIPTA
PASAL 72
KETENTUAN PIDANA
SAKSI PELANGGARAN
1. Barangsiapa dengan sengaja dan tanpa hak mengumumkan atau
memperbanyak suatu Ciptaan atau memberi izin untuk itu, dipidana
dengan pidana penjara paling singkat 1 ( satu) bulan dan/atau
denda paling sedikit Rp 1.000.000,00 (satu juta rupiah), atau pidana
penjara paling lama 7 (tujuh) tahun dan/atau denda paling banyak
Rp. 5.000.000.000,00 (lima milyar rupiah)
2. Barangsiapa dengan sengaja menyerahkan, menyiarkan,
memamerkan, mengedarkan, atau menjual kepada umum suatu
Ciptaan atau barang hasil pelanggaran Hak Cipta atau Hak Terkait
sebagaimana dimaksud dalam ayat (1), dipidana dengan pidana
penjara paling lama 5 (lima) tahun dan/atau denda paling banyak Rp
500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah ).
iii | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Desain Geometri & Rekayasa Generator Hidrogen
Hak Cipta © 2020 pada Penerbit Berkah Prima
Disusun oleh : Dr. Rahadian Zainul, S.Pd., M.Si.
Editor : Budhi Oktavia, S.Si., M.Si., Ph.D.
Buku ini diset dan dilayout oleh Bagian Produksi Penerbit Berkah Prima dengan Adobe Photoshop CS6 dan Adobe Indesign CS6 dengan font Arial Narrow dan Calisto MT 11 pt. Disainer Sampul : Tim Penerbit Tata Letak : Tim Penerbit Dicetak oleh : CV. Berkah Prima
Hak Cipta dan hak penerbitan pada CV Berkah Prima Anggota IKAPI Pusat No: 016/SBA/18 Tanggal 1 Agustus 2018 Penerbit CV. Berkah Prima, Padang, 2020 1 (satu) jilid; total halaman 202 21 cm x 29,7 cm, Calisto MT ISBN : 978-602-5994-64-7
© Hak Cipta dilindungi oleh undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apapun.Secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotocopy, merekam atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari Penerbit CV Berkah Prima
iv | R a h a d i a n Z a i n u l
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, Berkat Rahmat Allah SWT, buku tentang Disain Geometri
Generator Hidrogen berhasil dibuat. Buku ini merupakan hasil riset tahun kedua
dari Penelitian Terapan Unggulan Perguruan Tinggi (PTUPT) tahun 2017-2021.
Penelitian yang bertujuan untuk menciptakan teknologi konversi energi cahaya
intensitas rendah untuk menghasilkan energi terbarukan dalam bentuk hidrogen.
Buku Disain Geometri Generator Hidrogen menjadi dasar dalam pengembangan
Generator Hidrogen, dalam menghasilkan gas untuk sumber bahan bakar. Gas
yang dihasilkan dalam bentuk Gas Hidrogen dan Oksigen, merupakan hasil
elektrolisis air yang diproses melalui generator hidrogen yang dibuat. Beberapa
rancangan yang dibuat merupakan bagian dalam riset PTUPT selama 1 (satu)
tahun pada tahun kedua dari perencanaan 5(lima) tahun penelitian.
Banyak informasi yang masih tahap pengembangan dan pengujian, serta
peninjauan ulang untuk penyempurnaan Generator Hidrogen yang
dikembangkan. Salah satunya adalah penempatan elektroda dan pembuatan plat
elektroda yang digunakan dalam peralatan yang dibuat. Dalam kajian ini, proses
penyempurnaan akan berlangsung secara kontiniu dan diintegrasikan sebagai
bagian penelitian berkelanjutan untuk mendapatkan rancangan yang terbaik.
v | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Buku ini akan banyak memuat hal yang masih konseptual dan skema, serta
sebagian secara detail perancangan yang dibuat belum bisa dipublikasikan pada
buku ini. Hal ini disebabkan karena beberapa rancangan merupakan bagian dari
pendaftaran dan ajuan Paten karya Generator Hidrogen. Beberapa hasil
penelitian tidak dikemukakan di buku ini dengan tujuan paten. Semoga buku ini
bisa menjadi pertimbangan bagi rekayasawan dalam pengembangan Generator
Hidrogen ke depan.
Padang, Juli 2020
Penulis
vi | R a h a d i a n Z a i n u l
DAFTAR ISI
Daftar Isi
KATA PENGANTAR ......................................................................................................... iv
DAFTAR ISI ......................................................................................................................... vi
BAB I. PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
A. Pengantar ............................................................................................................... 1
B. Arah Pengembangan ............................................................................................. 8
C. Manfaat Pengembangan ....................................................................................... 9
D. Fotokatalis Semikonduktor ............................................................................... 10
E. Sel Fotovoltaik .................................................................................................... 15
F. Konversi dan Efisiensi Sel Fotovoltaik ................................................................ 16
G. Disain Tandem PV-EC ....................................................................................... 19
H. Metodologi .......................................................................................................... 19
I. Rujukan .................................................................................................................... 25
BAB II. PRINSIP DASAR PEMBELAHAN AIR ......................................................... 47
A. Pengantar ............................................................................................................. 47
B. Experimental Section ......................................................................................... 48
C. Implementasi dan Aspek Interpretasi ............................................................... 50
E. Kesimpulan .......................................................................................................... 67
F. Rujukan .................................................................................................................... 68
BAB III. AIR SEBAGAI SUMBER ENERGI BARU ................................................... 72
A. Air ......................................................................................................................... 72
B. Elektrolisis Air .................................................................................................... 72
C. Produksi Hidrogen Untuk Bahan Bakar ........................................................... 80
D. Desain Reaktor Hidrogen .................................................................................. 81
E. Referensi .............................................................................................................. 85
BAB IV. DISAIN DAN REKAYASA REAKTOR HIDROGEN ................................ 91
vii | G e n e r a t o r H i d r o g e n
A. Pendahuluan ......................................................................................................... 91
B. Disain dan Pembuatan Model Sel PV ............................................................... 92
C. Hasil dan Pembahasan ........................................................................................ 93
D. Analisis Kontak Foton ........................................................................................ 94
E. Kesimpulan........................................................................................................... 96
F. Referensi ................................................................................................................... 96
BAB V. DISAIN DAN REKAYASA REAKTOR ELEKTROLISER (SEL EC) ....... 99
A. Pendahuluan ......................................................................................................... 99
B. Disain dan Pembuatan Model Elektroda Trapping ....................................... 100
C. Pengukuran dan Analisis Elektroda Trapping ............................................... 100
D. Hasil dan Pembahasan ...................................................................................... 101
E. Kesimpulan......................................................................................................... 105
F. Referensi ................................................................................................................. 106
BAB VI. REKAYASA GENERATOR HIDROGEN SANDWICH 4/4 BERBASIS
GARAM NATRIUM ASETAT ...................................................................................... 108
A. Pengantar ............................................................................................................ 108
B. Prosedur Kerja Penelitian ................................................................................. 109
C. Preparasi Plat Elektroda ................................................................................... 115
D. Kesimpulan......................................................................................................... 118
E. Referensi ............................................................................................................. 130
BAB VII. REKAYASA GENERATOR HIDROGEN BERBASIS NATRIUM
SULFAT ............................................................................................................................. 136
A. Hidrogen ............................................................................................................. 136
B. Air ............................................................................................................................ 138
C. Elektrolisis ............................................................................................................... 140
D. Komponen Sel Elektrolisis ....................................................................................... 145
E. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................................ 150
F. Prosedur Kerja Penelitian ........................................................................................ 151
G. Uji gas Hidrogen...................................................................................................... 153
H. Kesimpulan .............................................................................................................. 162
I. Rujukan .................................................................................................................... 178
viii | R a h a d i a n Z a i n u l
1 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
BAB I. PENDAHULUAN
A. Pengantar
Peradaban manusia dibangun oleh sistem energi(1). Energi adalah bagian
penting dari produktifitas(2), sama halnya dengan bahan-baku, modal dan tenaga
kerja. Dewasa ini, sebagian besar energi berasal dari bahan bakar fosil(3-6) yang
banyak menimbulkan masalah. Antara lain ; pertama, polusi udara(7-16) akibat
pembakaran batubara dan minyak yang menghasilkan karbon dioksida (CO2).
Kedua, ketersediaan yang terbatas dan tidak dapat diperbaharui(17). Ketiga,
Distribusi yang dikuasai beberapa Negara membuat biaya relokasi dan distribusi
membengkak dan sangat mahal(18). Diperlukan riset untuk sumber energi baru,
yang ramah terhadap lingkungan (ekologis)(19-27), murah (ekonomis)(28-44),
berkelanjutan(45-47) dan berlimpah ketersediaanya di alam(48-56).
Energi surya merupakan energi yang bersih dan berkelimpahan(57). Bumi
menerima 3.9 x 106 EJ(1 EJ = 1018 J) dari energi surya setiap tahunnya(58) , atau
sekitar 10.000 kali dari jumlah konsumsi energi dunia pertahun. Densitas
kekuatannya 1 kW m-2 pada saat hari cerah, dan kekuatan surya secara global
sekitar 160.000 TW(59). Ketersediaan tersebut menjadi potensi besar untuk
sumber energi terbarukan dan berkelanjutan.
2 | R a h a d i a n Z a i n u l
Hidrogen adalah unsur paling sederhana dan ringan, yang terdiri satu proton
dan satu electron. Hidrogen adalah storable, bersih, dan bahan bakar ramah
lingkungan. Karena pembakarannya, menghasilkan air saja, tanpa emisi polutan
atmosfer, gas rumah kaca atau partikulat. Namun, sekitar 95% hidrogen saat ini
berasal dari bahan bakar fosil, terutama oleh steam reforming gas alam dan minyak
bumi, sehingga tidak berkelanjutan. Akibatnya, Upaya intensif terus dilakukan
untuk pengembangan teknologi baru produksi hidrogen dari sumber daya
terbarukan, terutama dari air dan biomassa(60). Lebih dari 90% alam semesta
terbuat dari hidrogen. Matahari memiliki kandungan lebih dari 30% hidrogen.
Bumi menempatkan hidrogen unsur ketiga terbanyak, terutama pada permukaan
bumi dan air.
Hidrogen memiliki siklus tersendiri. Energi dari sinar matahari diubah
menjadi listrik melalui sel fotovoltaik. Listrik digunakan untuk memisahkan air
menjadi hidrogen dan oksigen. Yang terakhir dilepaskan di atmosfer dan
hidrogen disimpan, diangkut dan didistribusikan.Akhirnya, hidrogen bersama-
sama dengan oksigen dibakar dan energi dilepaskan sebagai kerja dan panas, air
atau uap ke atmosfer. Siklus hidrogen analog dengan siklus karbon alami.
Keuntungannya adalah bahwa, berbeda dengan biomassa, produksi hidrogen
tidak memerlukan kehidupan, tetapi kesulitannya adalah hidrogen adalah gas
pada kondisi kamar. Hidrogen sebagai gas menempati volume besar (11 m3kg-1)
3 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
di bawah kondisi ruangan, untuk penyimpanan. Tantangan utama dalam
penyimpanan hidrogen adalah untuk mengurangi volume gas dalam
kesetimbangan dengan lingkungan. Akhirnya, hidrogen bereaksi dengan oksigen
untuk menghasilkan air dalam mesin pembakaran internal atau sel bahan bakar
dan melepaskan energi yang tersimpan (61).
Gambar 1. (a) Siklus Hidrogen(61)
Konversi energi terbarukan dan ramah lingkungan berfokus pada sinar surya
dan upaya memproduksi hidrogen dari air. Upaya memproduksi Hidrogen dari
splitting (pemisahan) air sebagai sumber energi menjembatani keterbatasan
efisiensi konversi energi surya yang masih rendah. Secara teoritis, maksimum
efisiensi dari konversi energi surya adalah antara 11% hingga 12% (110 Wm-2
hingga 120 Wm-2)(58). Sel surya pertama diproduksi dari silikon kristal dan
4 | R a h a d i a n Z a i n u l
memiliki efisiensi konversi 6%. Penelitian berkembang dan perbaikan sel surya
terus dilakukan, hingga dihasilkan dari silikon kristal dengan efisiensi konversi
hingga 25% (skala laboratorium) dan 22% (modul yang dipasarkan). Di pasaran
ada beberapa jenis teknologi sel surya yang tersedia termasuk kristal, mikro-
kristal dan silikon amorf. Karena efisiensi yang lebih tinggi dan skala ekonomi,
pasar dunia didominasi oleh sel surya silikon kristal, yang mencapai 93.5% pada
tahun 2005(58).
Gambar 2. Hidrogen : Produksi, penyimpnanan dan kegunaan (62)
Sejak Hammond, A.L.(63) mempublikasikan (1972), ―Photovoltaic cells :
direct conversion of solar energy‖, penelitian sel fotovoltaik dikembangkan
dengan berbagai aspek. Pertama, aspek isi reaktor fotovoltaik meliputi PV
organik(64-73), PV anorganik/polymer(67; 74-76) dan Dye Solar Cell(77-82).
5 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC) dibuat dengan molekul dye, nanokristalin
oksida logam dan elektrolit organik liquid(83). Berbagai polymer(83-90) dipakai
untuk meningkatkan efisiensi PV. Kedua, aspek design panel permukaan PV,
antara lain permukaan semikonduktor multilayer(91), berpola (nanocone(92),
nanowire(93-97)), dan film tipis/film ultra(79; 91; 98-103). Berbagai upaya
meningkatkan efisiensi PV melalui modifikasi permukaan, bertujuan agar cahaya
ditangkap dan diserap permukaan PV, atau tertahan lebih lama pada permukaan
fotokatalis(76; 85; 91; 97; 101; 104-114). Ketiga, pengembangan pada aspek optic
meliputi absorber cahaya(94; 115-117), penguatan dan penggeseran cahaya(118),
konsentrator(119-126), antireflektor(127-129), sensitizer(130; 131), collector
hole(75; 132-134), kemiringan panel(135; 136) dan block dinding panel(137) yang
terintegrasi dengan semikonduktor. Keempat, pada aspek semikonduktor PV,
meliputi PV tipe n(67; 138), PV tipe p(67) dan PV heterojunction(70; 85; 86; 139-
144) dan multi p-n, juga telah dikembangkan. Pengembangan ini dilakukan
untuk mendapatkan konversi energi yang tinggi.
Energi listrik yang dihasilkan sel PV masih rendah. Sari et.al.(145),
melaporkan sel tunggal PV 0,5 N Na2SO4 pada pukul 12.00 WIB menghasilkan
8185 x 10-4 Watt/cm2, dan rerata kapasitas daya mencapai 6675 x 10-4
Watt/cm2. Rahmawanti et.al.(146), mendapatkan nilai efisiensi sel PV cair 9,01
x 1025 Watt s foton-1. Hal ini menjadi kendala apabila energi sel PV secara
langsung digunakan atau disimpan pada baterai.
6 | R a h a d i a n Z a i n u l
Sebenarnya proses pemisahan air (water splitting) telah dilakukan dengan
fotokatalis sejak tahun 1971 oleh Fujishima et.al.. Dalam karya
pertamanya(147), Fujishima dan Honda memuat ―Electrochemical photolysis of
water at a semiconductor electrode‖, dan berhasil memisahkan air dengan
menggunakan Titanium Dioksida. Berbagai penelitian dikembangkan untuk
meningkatkan kemampuan semikonduktor dengan berbagai teknik sintesis(100;
112; 130; 148-156), misalnya pelapisan, pendopingan, dan teknik pembentukan
material berdasarkan variable suhu. Teknik kalsinasi dan teknik anealiasi(141)
juga dipakai untuk memodifikasi material semikonduktor agar mendapatkan
kinerja yang tinggi.
Tandem Sel PV dan Sel EC untuk memproduksi air merupakan improvisasi
energi surya (PV) dalam memproduksi hidrogen melalui elektrolisis air.
Diperlukan design sistim tandem PV-EC (Potovoltaik-Elektrolisis Cell) secara
menyeluruh untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi. Pada bagian PV, meliputi
beberapa aspek(157). Antara lain; pertama, aspek stability, yaitu elektrolit yang
digunakan sebagai sumber electron untuk fotokatalis. Kedua, aspek Energetics,
yakni factor band gap yang menentukan kemampuan semikonduktor
mengkonversi cahaya matahari (visible light)(118), pada elektroda PV. Ketiga,
aspek kinetics, yaitu kajian intermediat(76; 85; 91; 97; 101; 104-114; 157) pada
sisi permukaan dan antarmuka baik pada elektroda PV maupun pada EC.
7 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Pada Bagian Elektrolisis, secara teoritis dekomposisi air pada kondisi standar
adalah 1,480 V (Raj Kumar Arya, 2012). Penambahan garam meningkatkan
kemampuan konduktivitas air dan meningkatkan efisiensi proses EC. Pada air
murni, hidrogen yang dihasilkan di Katoda dan oksigen dari anoda diperlukan
tegangan 1,24 Volt, pada 25 0C dan 1 atm. Setidaknya diperlukan 65,3 Watt jam
untuk mengelektrolisis 1 mol air. Untuk memproduksi satu kaki kubik hidrogen
diperlukan 0.14 kiloWatt jam listrik(158).
Diperlukan analisis eksergi (exergy concepts) untuk menganalisis kinerja
PV(159). Analisis efisiensi konversi energi surya total, energi yang dibangkitkan
PV dalam bentuk listrik dan energi yang terpakai untuk proses elektrolisis air.
Penekanan dan pengembangan riset dilakukan mendekati pola fotosintesis
artifisial(160), yakni aspek terapan yang murah (ekonomis), ramah (ekologis),
berkelanjutan (sistemis) dan berkelimpahan. Aspek ini dapat dilakukan dengan
mendekati aspek termodinamika keadaan standar, tanpa modifikasi yang
signifikan, dan menggunakan sumber sumber yang tersedia alami di alam,
sehingga murah dan mudah didapatkan. Fokus ini menjadikan modifikasi
tandem PV-EC untuk produksi hidrogen dari air murni menjadi riset menarik
dan aplikatif. Riset ini diajukan sebagai riset Unggulan pada Universitas Negeri
Padang, sejalan dengan Rencana Strategis Riset Unggulan dalam bidang Sains
Teknologi dan Rekayasa, khususnya dalam bidang Konversi Energi Terbaru dan
Terbarukan.
8 | R a h a d i a n Z a i n u l
Perumusan Masalah
Pengembangan mengenai pemanfaatan cahaya ruang sebagai sumber
energi PV merupakan riset menarik dan perlu dikembangkan. Pengembangan
yang sudah dilakukan selama empat dekade tentang PV masih belum
menyentuh wilayah ini, dikarenakan potensi ini masih terbatas, sementara
potensi cahaya langsung masih banyak yang belum ditelaah. Keterbatasannya
adalah cahaya ruang memiliki kekuatan yang rendah (flux dan foot candle),
sehingga pemanfaatan secara langsung masih belum memungkinkan. Atas
dasar inilah riset ini dikembangkan, yakni bagaimana energi yang rendah
tersebut dikonversi menjadi energi listrik untuk digunakan pada elektrolisis
air sehingga dihasilkan gas hidrogen sebagai sumber energi terbarukan.
B. Arah Pengembangan
Pengembangan ini bertujuan untuk mendapatkan hidrogen dari proses water
splitting melalui sel Potovoltaik Elektrolisis (PV EC) yang dimodifikasi.
Modifikasi mencakup aspek energetic, kinetic dan stability sehingga tercapainya
kondisi optimum. Proses modifikasi dilakukan untuk mendesign sel PV yang
aplikatif, dan EC yang efektif. Design tandem PV-EC dapat diterapkan secara
simultan, dan salah satu sumber energi alternatif yang kontiniu dan
berkelanjutan.
Urgensi Pengembangan ini untuk menjawab pertanyaan sebagai berikut :
9 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Bisakah sel PV yang dibuat menghasilkan tegangan yang memadai untuk
mengelektrolisis air sehingga dihasilkan gas hidrogen. Pada sisi aktif permukaan
elektroda manakah yang berperan untuk proses fotokimia sehingga
dihasilkannya energi listrik.
Bagaimanakah proses permukaaan mengkatalisis proses fotokimia tersebut.
Morfologi Oksida yang terbentuk pada permukaan elektroda yang
dimodifikasi perlu ditelaah sehingga dapat dijelaskan mata rantai proses
fotokimia dalam menghasilkan energi listrik.
Bagaimanakah rancangan/design PV EC yang paling optimal untuk
mendapatkan efisiensi yang tinggi untuk memproduksi gas hidrogen.
Selanjutnya, analisis eksergis PV EC dapat menjelaskan ragam variable
dalam aplikasi lapangan, seperti suhu lingkungan, intensitas cahaya, kelembaban
udara dan faktor termodinamika yang diperlukan. Penyempurnaan design dan
modifikasi lingkungan terhadap sistim energi PV-EC dapat diterapkan untuk
penelitian lanjutan.
C. Manfaat Pengembangan
Pengembangan ini merupakan sebuah terobosan dalam pemanfaatan energy
rendah dari cahaya matahari yang masuk ke dalam ruangan. Keterbatasan
energy yang selama ini tidak dimanfaatkan, menjadi focus utama riset ini.
Dengan demikian, apabila riset ini dikembangkan, maka salah satu potensi
energy cahaya ruang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energy yang
10 | R a h a d i a n Z a i n u l
simultan dan kontiniu, dengan dihasilkannya gas hydrogen dari tandem sel PV-
EC cahaya ruang. Gas ini disimpan, dan dijadikan bahan bakar yang sangat
ramah dan bersih serta murah, sehingga ketergantungan terhadap energy fossil
menjadi berkurang. Setidaknya, energy hydrogen dari proses konversi cahaya
ruang ini dapat dipakai untuk kebutuhan energy bagi ruangan itu sendiri.
Penerapannya kelak bisa ditata sesuai arsitektur atau design tata ruang.
Dimana dinding, meja dan peralatan dalam ruang tersebut dapat dipresentasikan
sebagai sebuah rangkaian sel fotovoltaik cahaya ruang, yang diintegrasikan ke
dalam tandem sel elektrolisis. Pada satu sisi, aspek kebutuhan energy terpenuhi,
dan pada sisi lain, aspek estetik atau seni dapat ditampilkan dalam pembuatan sel
PV EC ini sebagai satu rangkaian untuk mendapatkan hydrogen.
D. Fotokatalis Semikonduktor
Semikonduktor merupakan material fotokatalis yang memiliki pita valensi
(VB) dan pita konduksi (CB) dengan jarak tertentu yang disebut band gap (BG).
Reaksi(161) yang terjadi dapat diinisiasi oleh foton(hv) seperti pada gambar 2.
Faktor band gap(162) menentukan besarnya energy yang diperlukan untuk
eksitasi dari VB ke CB sebagaimana terlihat pada gambar 2. Reaksi terjadi pada
sisi aktif pada semikonduktor seperti gambar 2.
11 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Gambar 3. Skema eksitasi VB ke CB(162) dan tahapan pemisahan muatan dan sisi aktif fotokatalis(162)
Gambar 4. Skema eksitasi VB ke CB(162) dan tahapan pemisahan muatan dan sisi aktif fotokatalis(162)
Pembelahan air terjadi melalui fotosplitting yang diinisiasi dengan
terbentuknya e pada pita konduksi dan hole pada pita valensi. Keadaan
intermediate ini menjadi kunci proses transformasi produk rekombinasi sehingga
12 | R a h a d i a n Z a i n u l
terbentuknya gas hydrogen dan oksigen, sebagaimana skema pada gambar 3(60)
dan gambar 4(161).
Gambar 3. Representasi skematis dari pembelahan air, oksidasi biomassa (CxHyOz) dan reaksi foto-reformasi atas fotokatalis PtTiO2 yang diiradiasi. Produksi hidrogen (I) dan oksigen (II) dari pembelahan air berlangsung di bawah kondisi anaerasi dan dicapai dengan foto yang dihasilkan elektron maupun hole. Oksidasi dari senyawa organik berlangsung dengan adanya oksigen (udara) dengan partisipasi dari hole yang dihasilkan, dan pada akhirnya menyebabkan produksi CO2 dan H2O (IV). Ini disertai dengan terpakainya elektron yang dihasilkan melalui chemisorbed oksigen (III). Proses pembentukan kembali inilah yang menjadi pertimbangan dalam produksi hidrogen (I) melalui fotoinduksi dan oksidasi komponen komponen organik dan turunannya (IV) pada kondisi anaerasi(60)
Modifikasi semikonduktor dimaksudkan untuk mendapatkan BG rendah,
sehingga proses eksitasi electron tidak memerlukan Eg yang besar. Efek ukuran
partikel semikonduktor akan berpengaruh pada BG(161), seperti pada gambar 5
a. Pada kondisi gugusan, semikonduktor memiliki Bg = 3,6 eV, dibandingkan
pada keadaan bulk/ruah (lebih besar) yakni 2,6 eV, terlihat pada keadaan bulk
13 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
berdampak turunya BG semikonduktor. Modifikasi juga dapat dilakukan dengan
menggunakan logam/metal (komposit) sebagai perangkap electron seperti
gambar 5 b. dan gambar 5 c., dan proses rekombinasi e ke hole lebih lama, efek
ini dikenal sebagai scavenger effect atau trapping(161).
Gambar 5. pengaruh ukuran semikonduktor terhadap pergeseran BG
Beberapa material komposit telah diteliti kemampuan fotoreaksinya dengan
modifikasi semikonduktor untuk mendapatkan BG yang rendah sebagaimana
pada table 1 a. Kemampuannya juga dihubungkan dengan kemampuan
semikonduktor dalam menghasilkan oksigen dan hydrogen melalui fotospliting
air. Namun, material semikonduktor dengan BG yang rendah(163) juga memiliki
kelemahan. Pertama, BG yang rendah sering tidak stabil dalam air dan terkadang
larut oleh eletrolit. Kedua, sel PV-EC harus diboosting dengan energi luar atau
14 | R a h a d i a n Z a i n u l
perbedaan kimia seperti pH antara katoda dan anoda, seperti terlihat pada
gambar 5.
Band Gap (Bg) untuk berbagai logam dan persenyawaannya (biner) telah
ditelaah(164). Beberapa senyawa biner dengan nilai band gap yang berbeda beda,
berdasarkan stokiometri persenyawaannya. Pada beberapa senyawa perbedaan
disebabkan oleh struktur yang dimilikinya. Material yang memiliki energy gap
(Eg) antara 0 – 3 eV atau 4 eV, disebut semikonduktor, sedangkan bila memiliki
Eg antara 4-12, maka disebut insulator. Sifat listrik dan optic material
semikonduktor bergantung kepada Eg(164).
Band gap dapat diukur dengan metode spektroskopi dan konduktiviti. Bg
dapat dihasilkan dari spectra absorbsi dan refleksi dari pengukuran
fotokonduktiviti. Dapat juga dari energy aktivasi termal pada pengukuran
konduktivitas listrik (164).
Gambar 6. Struktur TiO2 berbentuk Rutil dan Anastase(161)
15 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Misalnya, TiO2 memiliki struktur Kristal berbentuk rutil dan anastase. Pada
TiO2 rutil, Eg = 3,1 eV, dan pada struktur anastase, Eg TiO2 adalah 3,3 eV
seperti terlihat pada gambar(161) . Karena perbedaan struktur, memberikan sifat
optic dan sifat elektrik yang berbeda pula.
E. Sel Fotovoltaik
Sel PV telah dikembangkan menjadi tiga generasi(165), sebagai berikut :
(1). sel fotovoltaik generasi ke-I (silicon wafer-based photovoltaic cells) yang
terdiri semikonduktor monogap dari kristal tunggal silisium (Si) atau poly-grain
Si,
(2). sel fotovoltaik generasi ke-II (thin film photovoltaic cells) yang
merupakan suatu sel fotovoltaik dengan teknologi lapisan tipis, terdiri dari bahan
lapisan film tipis: silisium amorf, polikristalin silisium, CuInSe2, CuInGaS,
CdTe, sel fotovoltaik berbasis pewarna (Dye Sensitized Solar Cells/DSSC) dan
sel fotovoltaik organik,
(3). sel fotovoltaik generasi ke-III (advanced thin film photovoltaic cells)
merupakan sel fotovoltaik lapisan tipis yang lebih maju, terdiri dari: sel tandem
multi celah (multi-gap tandem cells), sel surya pembawa elektron panas (hot
electron converters atau hot carrier converter cells), sel surya pembentukan multi
eksitasi (multiple exciton generation solar cells), sel fotovoltaik pita intermediat
(Intermediate band photovoltaics), sel surya quantum dot (quatum-dot solar
cells) dan sel termofotovoltaik (thermophotovoltaic cells).
16 | R a h a d i a n Z a i n u l
Dalam riset ini, Peneliti mengajukan publikasi nantinya untuk Sel
Fotovoltaik Generasi ke-IV, dimana Permukaan elektroda sudah skala nano dan
sumber radiasi menggunakan energy rendah seperti dari lampu neon dan cahaya
ruang.
F. Konversi dan Efisiensi Sel Fotovoltaik
Bila sel-sel semikonduktor terkena cahaya matahari, maka foton foton yang
jatuh pada permukaan semikonduktor PV akan menghasilkan pasangan-
pasangan electron dan hole. Elektron - elektron akan cenderung untuk berjalan
ke arah negative (tipe N), sedangkan lubang (hole) akan cenderung untuk
berjalan ke arah daerah yang bermuatan positip (tipe P). Bila positif dan
negatif diberi sambungan listrik, maka terjadilah aliran arus listrik dalam
sambungan itu. Besamya arus listrik atau tenaga listrik yang diperoleh tergantung
antara lain dari jumlah energi cahaya yang mencapai sel-sel semikonduktor dan
tergantung dari luas permukaan sel PV.
Tegangan yang dibangkitkan sel surya sangat tergantung oleh luas sel
surya tersebut. Jika dihitung, efisiensi konversi energi(166) adalah sebagai : = (dimana = efisiensi konversi, V = tegangan yang dibangkitkan sel
surya, I = arus sel surya, P = rapat daya matahari yang jatuh pada sel surya, a =
luas sel surya).
Rumus efisiensi konversi energi diatas dapat ditulis sebagai berikut :
=
17 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Dimana, Fi = Faktor Isi (Fill Factor), Is = arus hubung singkat, Vo =
tegangan tanpa beban, P = rapat daya matahari yang jatuh pada sel surya dan a
= luas sel surya
Ada enam parameter dalam sel PV(166), yakni :
1. IPCE (Incident Photon to Current Efficiency (IPCE). IPCE (%)
=
Dimana Jph = density photocurrent arus pendek, dan I = panjang gelombang
dan intensitas cahaya monokromatik. IPCE disebut juga EQE atau External
Quantum Efficiency, yakni jumlah electron yang mengalir melalui sirkuit
eksternal dibandingkan dengan jumlah foton yang datang.
Kurva photocurrent/voltage curves (kurva J/V)(166). Pengukuran kurva J/V
untuk DSSC pada keadaan simulasi 1,5 AMG (100 mWatt/cm2) sangat
penting untuk melihat performa sel PV DSSC. Setidaknya ada 4 faktor yang
penting untuk analisa kinerja DSSC yakni Voc, Jsc, FF dan .
2. Voc (Open Circuit Photovoltage) Voc adalah perbedaan dari potensial dari
dua terminal yang disinari, saat sirkuit dibuka. Pengukuran Voc adalah
sebagai berikut : Voc = + ( ) Dimana : Voc = Voltase
sirkuit terbuka/Tegangan Jaringan Terbuka, n = jumlah electron pada
semikonduktor, e = muatan elementer, Kb = konstanta Boltzman, Ncb =
density efektif, dan Eredok = potensial redoks.
18 | R a h a d i a n Z a i n u l
3. Jsc (short circuit Photocurrent Density/Densitas Arus Hubungan Singkat).
Jsc adalah jumlah arus yang mengalir per satuan luas (mA.cm-2) saat sel PV
disinari pada hubungan singkat, dihitung dengan mengintegrasikan IPCE. Jsc
= e ∫ (Dimana : Is( ) = fluks foton pada panjang gelombang
saat 1,5 AMG (100 mW/cm2)
4. FF (Fill Factor) atau Faktor Pengisian. FF adalah factor penting dari sel
surya yakni kekuatan maksimum yang dikeluarkan sel (Jmp. Vmp) dibagi Jsc
dan Voc. FF =
5. Solar Energy to Electricity Conversion Yield ()
adalah jumlah maksimum energy surya yang bisa dikonversi menjadi
listrik. juga dapat didefinisikan sebagai jumlah maksimum energy yang
dikeluarkan sel PV dibandingkan jumlah foton yang datang atau yang
mengenai sel PV.
= ( )
Untuk menghasilkan yang tinggi atau sel PV memiliki tingkat konversi
yang besar, maka diperlukan untuk melakukan optimasi terhadap Jsc, Voc,
dan nilai FF(166).
Secara umum, parameter untuk melihat performa sel PV adalah Voc
(Tegangan Jaringan Terbuka), Isc (Arus Hubungan Singkat ) dan FF (Faktor
Pengisian).
19 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
G. Disain Tandem PV-EC
Desain tandem PV-EC pertama sudah dipublikasikan rahadian zainul et al
(2015) di Jurnal Internasional, Research Journal of Pharmaceutical Biological
and Chemical Science (RJPBCS), Vol. 6 (4) July-August (2015),353-361 ISSN :
0975-8585.
H. Metodologi
Penyiapan Elektroda CuO dan Nano Elektroda Tembaga
Sintesis nanomaterial elktroda CuO melalui Sol Gel Process
Gas
PV (Photovoltaic) Cell EC (Electrolysis)
Catode
Anode Catode
—
Anode
—
Gas
20 | R a h a d i a n Z a i n u l
Pelapisan NanoCuO pada Elektroda
Lempengan tembaga (Cu) lembaran (36,5 cm x 120 cm) dipotong-potong
dengan ukuran lebar 4 cm x 15,5 cm sesuai dengan ukurang wadah reactor dari
sel PV yang dirancang. Dilakukan pengukuran awal sebagai berikut :
No
Berat
Sebelum
Berat
Setelah
Suhu
Lebar
1
Lebar
2
l
rerata
Panjang
1
Panjang
2
p
rerata
Luas
001 16.742 42 41 41.5 154 154 154 6391
002 16.113
450 39 41 40 154 154 154 6160
003 16.228 39.5 40.5 40 156 156 156 6240
004 17.001
500 41 42 41.5 155 155 155 6432.5
005 16.36
450 41.5 40.5 41 154 154 154 6314
006 16.58 41 41.5 41.25 157 157 157 6476.25
…. …. …. 300 …. …. …. …. …. …. ….
…. …. ….. 350 …. …. …. …. …. ….. ….
…. …. …. 400 …. …. …. ….. …. …. ….
Penyiapan elektroda CuO dilakukan dengan proses kalsinasi pada lempengan
elektroda, pada variasi suhu 300oC, 350oC, 400oC, 450oC, dan 500oC selama
satu jam. Pada hasil optimasi didapat suhu 400 dan dilakukan variasi lama
kalsinasi 0,5 jam , 1 jam, 1,5 jam, 2 jam, 2,5 jam dan 3 jam. Optimasi lama
penyinaran dan suhu penyinaran, akan didapat kondisi optimum untuk
penyiapan elektroda CuO. Selanjutnya dibuat elektroda CuO dengan jumlah
sesuai kebutuhan, atau jumlah unit sel PV yang didesign.
21 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Perancangan dan Pembuatan Sel PV (Disain berbentuk Dinding, sedang
dilaksanakan)
Design atau rancangan sel PV dibuat dengan model
Design 1, Design 2 dan Design 3 sebagai berikut :
Design 1, yakni kaca transparan bening dengan
ketebalan 3 mm, dipotong dengan ukuran 2 cm x
12 cm sebanyak 4 buah. Ukuran 10 cm x 12 cm
sebanyak 2 buah, dan ukuran 10 cm x 14 cm
sebanyak 1 buah dan 4 cm x 14 cm sebanyak 1
buah. Pada elektroda CuO adalah bagian
masuk/terkena cahaya ruang, dan satu bagian lain
adalah ditutup kertas karbon (elektroda Cu).
Design 2, yakni kaca transparan bening dan kaca
hitam dengan ketebalan 3 mm, dipotong dengan
ukuran 2 cm x 12 cm sebanyak 4 buah. Ukuran 10
cm x 12 cm sebanyak 2 buah (1 bening dan 1
hitam), dan ukuran 10 cm x 14 cm sebanyak 1
buah dan 4 cm x 14 cm sebanyak 1 buah. Pada
bagian elektroda CuO adalah kaca bening, dan
bagian elektroda Cu adalah kaca hitam.
Design 3, yakni kaca transparan bening dengan
ketebalan 3 mm, dipotong dengan ukuran 2 cm x
12 cm sebanyak 2 buah. Ukuran 10 cm x 12 cm
sebanyak 2 buah, dan 4 cm x 14 cm sebanyak 1
buah. Pada bagian bening elektroda CuO, bagian
22 | R a h a d i a n Z a i n u l
gelap, elektroda Cu. Antara elektroda CuO/Cu
hanya dibatasi dengan kertas kacang padi.
Gambar 11. Skema dan design sel PV yang dibuat
Secara skematis dapat disusun sebagai berikut : pada Tahun Ke-1
BULK/MATERIAL PHOTOVOLTAIK
Viskositas Elektrolit
Cair/Padat(Agar) % SOL
Dinding Reaktor (Kaca)
Ketebalan
mm (1, 2, 3) bening/hitam
FOTOKATALIS
/SEMIKONDUKTOR
Nanoelektroda
Sintesis Nanomaterial
DESIGN 1
• JARAK KATODA-ANODA, MATERIAL WADAH
• PENGUKURAN I DAN V
DESIGN 2
• JARAK ANTAR ELEKTRODA DAN DINDING REAKTOR
• PENGUKURAN I-V
DESIGN 3
• JARAK ANTAR ELEKTRODA DAN KETEBALAN PANEL
• PENGUKURAN I-V
Design Planar PEMILIHAN/OPTIMASI UNTUK DESIGN PV,
PENGUKURAN I (ARUS) DAN TEGANGAN (V)
23 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
OPTIMASI DESIGN X
PENGUKURAN I-V PADA VARIASI WAKTU (WIB)
PEMERIKSAAN MATERIAL
XRD, XRF
SEM-EDX
TANDEM PV - EC PRODUKSI HIDROGEN
HIDROGEN
TANDEM PV-EC (JURNAL)
ANALISA EKSERGI, EFISIENSI KONVERSI PV KE EC PRODUKSI HIDROGEN
KARAKTERISASI MATERIAL (JURNAL)
SEM-EDX, XRD, XRF, SEM, TEM, DrsUV
Design PV Cell Optimum (JURNAL)
EFISENSI KONVERSI KURVA I, V, P
BULK/MATERIAL PHOTOVOLTAIK
Viskositas Elektrolit
Cair/Padat(Agar) % SOL
Dinding Reaktor (Kaca)
Ketebalan
mm (1, 2, 3) bening/hitam
FOTOKATALIS
/SEMIKONDUKTOR
Nanoelektroda
Sintesis Nanomaterial
PV Generasi IV
PEMILIHAN/OPTIMASI UNTUK DESIGN PV,
PENGUKURAN I (ARUS) DAN TEGANGAN (V)
24 | R a h a d i a n Z a i n u l
DESIGN 1
• JARAK KATODA-ANODA, MATERIAL WADAH
• PENGUKURAN I DAN V
DESIGN 2
• JARAK ANTAR ELEKTRODA DAN DINDING REAKTOR
• PENGUKURAN I-V
DESIGN 3
• JARAK ANTAR ELEKTRODA DAN KETEBALAN PANEL
• PENGUKURAN I-V
OPTIMASI DESIGN X
PENGUKURAN I-V PADA VARIASI WAKTU (WIB)
PEMERIKSAAN MATERIAL
XRD, XRF
SEM-EDX
TANDEM PV - EC PRODUKSI HIDROGEN
HIDROGEN
Design Balok,
Kubus, Bola,
Silinder
25 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
I. Rujukan
1. Oswald WJ. 1991. Terrestrial approaches to integration of waste treatment.
Waste management & research : the journal of the International Solid Wastes and Public
Cleansing Association, ISWA 9:477-84
TANDEM PV-EC (JURNAL)
ANALISA EKSERGI, EFISIENSI KONVERSI PV KE EC PRODUKSI HIDROGEN
KARAKTERISASI MATERIAL (JURNAL)
SEM-EDX, XRD, XRF, SEM, TEM, DrsUV
Design PV Cell Optimum (JURNAL)
EFISENSI KONVERSI KURVA I, V, P
26 | R a h a d i a n Z a i n u l
2. Santini A, Morselli L, Passarini F, Vassura I, Di Carlo S, Bonino F. 2011. End-
of-Life Vehicles management: Italian material and energy recovery efficiency.
Waste management 31:489-94
3. Des Marais DJ. 1998. Earth's early biosphere. Gravitational and space biology
bulletin : publication of the American Society for Gravitational and Space Biology 11:23-
30
4. Kuznetsov AP, Vinogradov ME. 2002. [Energy bases and scale of the
production-destruction balance in the Black sea: photosynthesis and flows of
C(org), O2 and CO2]. Izvestiia Akademii nauk. Seriia biologicheskaia / Rossiiskaia
akademiia nauk:714-7
5. Pang SH, Frey HC, Rasdorf WJ. 2009. Life cycle inventory energy consumption
and emissions for biodiesel versus petroleum diesel fueled construction vehicles.
Environmental science & technology 43:6398-405
6. Stephenson AL, Dupree P, Scott SA, Dennis JS. 2010. The environmental and
economic sustainability of potential bioethanol from willow in the UK.
Bioresource technology 101:9612-23
7. Hendriks C, Kuenen J, Kranenburg R, Scholz Y, Schaap M. 2015. A shift in
emission time profiles of fossil fuel combustion due to energy transitions impacts
source receptor matrices for air quality. Environmental science. Processes & impacts
8. Andersson A, Deng J, Du K, Yan C, Zheng M, et al. 2015. Regionally-varying
combustion sources of the January 2013 severe haze events over eastern China.
Environmental science & technology
27 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
9. Moller P, Hemmingsen JG, Jensen DM, Danielsen PH, Karottki DG, et al.
2015. Applications of the comet assay in particle toxicology: air pollution and
engineered nanomaterials exposure. Mutagenesis 30:67-83
10. Wang P, Cao JJ, Shen ZX, Han YM, Lee SC, et al. 2015. Spatial and seasonal
variations of PM2.5 mass and species during 2010 in Xi'an, China. The Science of
the total environment 508:477-87
11. Jedynska A, Hoek G, Wang M, Eeftens M, Cyrys J, et al. 2015. Spatial
variations of levoglucosan in four European study areas. The Science of the total
environment 505:1072-81
12. Pokorna P, Hovorka J, Klan M, Hopke PK. 2015. Source apportionment of size
resolved particulate matter at a European air pollution hot spot. The Science of the
total environment 502:172-83
13. Calderon-Garciduenas L, Vojdani A, Blaurock-Busch E, Busch Y, Friedle A, et
al. 2015. Air pollution and children: neural and tight junction antibodies and
combustion metals, the role of barrier breakdown and brain immunity in
neurodegeneration. Journal of Alzheimer's disease : JAD 43:1039-58
14. Liu Z, Hu B, Wang L, Wu F, Gao W, Wang Y. 2015. Seasonal and diurnal
variation in particulate matter (PM10 and PM 2.5) at an urban site of Beijing:
analyses from a 9-year study. Environmental science and pollution research
international 22:627-42
15. Li P, Xin J, Wang Y, Li G, Pan X, et al. 2015. Association between particulate
matter and its chemical constituents of urban air pollution and daily mortality or
28 | R a h a d i a n Z a i n u l
morbidity in Beijing City. Environmental science and pollution research international
22:358-68
16. Kim C, Gao YT, Xiang YB, Barone-Adesi F, Zhang Y, et al. 2015. Home
kitchen ventilation, cooking fuels, and lung cancer risk in a prospective cohort of
never smoking women in Shanghai, China. International journal of cancer. Journal
international du cancer 136:632-8
17. Chen WS, Chang FC, Shen YH, Tsai MS. 2011. The characteristics of organic
sludge/sawdust derived fuel. Bioresource technology 102:5406-10
18. Liao C-H, Huang C-W, Wu JCS. 2012. Hydrogen Production from
Semiconductor-based Photocatalysis via Water Splitting. Catalysts 2:490-516
19. Evans S, Ramage BS, DiRocco TL, Potts MD. 2015. Greenhouse Gas
Mitigation on Marginal Land: A Quantitative Review of the Relative Benefits of
Forest Recovery vs. Biofuel Production. Environmental science & technology
20. Ishtiaq KS, Abdul-Aziz OI. 2015. Relative Linkages of Canopy-Level CO Fluxes
with the Climatic and Environmental Variables for US Deciduous Forests.
Environmental management
21. Saxena G, Marzinelli EM, Naing NN, He Z, Liang Y, et al. 2015. Ecogenomics
reveals metals and land-use pressures on microbial communities in the
waterways of a megacity. Environmental science & technology
22. Morales M, Gonzalez-Garcia S, Aroca G, Moreira MT. 2015. Life cycle
assessment of gasoline production and use in Chile. The Science of the total
environment 505:833-43
29 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
23. McNab BK. 2015. Erratum to: Behavioral and ecological factors account for
variation in the massindependent energy expenditures of endotherms. Journal of
comparative physiology. B, Biochemical, systemic, and environmental physiology 185:15-
6
24. Grippo M, Hayse JW, O'Connor BL. 2015. Solar energy development and
aquatic ecosystems in the southwestern United States: potential impacts,
mitigation, and research needs. Environmental management 55:244-56
25. Smith CR, Glover AG, Treude T, Higgs ND, Amon DJ. 2015. Whale-fall
ecosystems: recent insights into ecology, paleoecology, and evolution. Annual
review of marine science 7:571-96
26. McManamay RA, Samu N, Kao SC, Bevelhimer MS, Hetrick SC. 2015. A
Multi-scale Spatial Approach to Address Environmental Effects of Small
Hydropower Development. Environmental management 55:217-43
27. McNab BK. 2015. Behavioral and ecological factors account for variation in the
mass-independent energy expenditures of endotherms. Journal of comparative
physiology. B, Biochemical, systemic, and environmental physiology 185:1-13
28. Aresta M, Dibenedetto A, Angelini A. 2013. The use of solar energy can
enhance the conversion of carbon dioxide into energy-rich products: stepping
towards artificial photosynthesis. Philosophical transactions. Series A, Mathematical,
physical, and engineering sciences 371:20120111
29. Furlan FF, Filho RT, Pinto FH, Costa CB, Cruz AJ, et al. 2013. Bioelectricity
versus bioethanol from sugarcane bagasse: is it worth being flexible? Biotechnology
for biofuels 6:142
30 | R a h a d i a n Z a i n u l
30. Green L, Jr. 1967. Energy needs versus environmental pollution: a
reconciliation? Science 156:1448-50
31. Haber W. 2007. Energy, food, and land-- the ecological traps of humankind.
Environmental science and pollution research international 14:359-65
32. Irimia-Vladu M. 2014. "Green" electronics: biodegradable and biocompatible
materials and devices for sustainable future. Chemical Society reviews 43:588-610
33. Karanikola V, Corral AF, Mette P, Jiang H, Arnoldand RG, Ela WP. 2014.
Solar membrane distillation: desalination for the Navajo Nation. Reviews on
environmental health 29:67-70
34. Levitan O, Dinamarca J, Hochman G, Falkowski PG. 2014. Diatoms: a fossil
fuel of the future. Trends in biotechnology 32:117-24
35. Lincoln GA. 1973. Energy conservation. Science 180:155-62
36. Mills N, Pearce P, Farrow J, Thorpe RB, Kirkby NF. 2014. Environmental &
economic life cycle assessment of current & future sewage sludge to energy
technologies. Waste management 34:185-95
37. Mudimu O, Rybalka N, Bauersachs T, Born J, Friedl T, Schulz R. 2014.
Biotechnological screening of microalgal and cyanobacterial strains for biogas
production and antibacterial and antifungal effects. Metabolites 4:373-93
38. Nasrullah M, Vainikka P, Hannula J, Hurme M, Karki J. 2014. Mass, energy
and material balances of SRF production process. Part 2: SRF produced from
construction and demolition waste. Waste management 34:2163-70
39. Nordhoff S, Hocker H, Gebhardt H. 2007. Renewable resources in the chemical
industry--breaking away from oil? Biotechnology journal 2:1505-13
31 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
40. Rosso D, Stenstrom MK. 2006. Economic implications of fine-pore diffuser
aging. Water environment research : a research publication of the Water Environment
Federation 78:810-5
41. Smith MT, Goebel JS, Blignaut JN. 2014. The financial and economic feasibility
of rural household biodigesters for poor communities in South Africa. Waste
management 34:352-62
42. Sorensen B. 1975. Energy and Resources: A plan is outlined according to which
solar and wind energy would supply Denmark's needs by the year 2050. Science
189:255-60
43. Strogen B, Horvath A, Zilberman D. 2013. Energy intensity, life-cycle
greenhouse gas emissions, and economic assessment of liquid biofuel pipelines.
Bioresource technology 150:476-85
44. Winsche WE, Hoffman KC, Salzano FJ. 1973. Hydrogen: Its Future Role in the
Nation's Energy Economy. Science 180:1325-32
45. Titirici MM, White RJ, Brun N, Budarin VL, Su DS, et al. 2015. Sustainable
carbon materials. Chemical Society reviews 44:250-90
46. Christina S, Waterson P, Dainty A, Daniels K. 2015. A socio-technical approach
to improving retail energy efficiency behaviours. Applied ergonomics 47:324-35
47. Radjiyev A, Qiu H, Xiong S, Nam K. 2015. Ergonomics and sustainable
development in the past two decades (1992-2011): Research trends and how
ergonomics can contribute to sustainable development. Applied ergonomics 46 Pt
A:67-75
32 | R a h a d i a n Z a i n u l
48. Reddy KG, Deepak TG, Anjusree GS, Thomas S, Vadukumpully S, et al. 2014.
On global energy scenario, dye-sensitized solar cells and the promise of
nanotechnology. Physical chemistry chemical physics : PCCP 16:6838-58
49. Kouzuma A, Kasai T, Nakagawa G, Yamamuro A, Abe T, Watanabe K. 2013.
Comparative metagenomics of anode-associated microbiomes developed in rice
paddy-field microbial fuel cells. PloS one 8:e77443
50. Chen Y, Prasad KP, Wang X, Pang H, Yan R, et al. 2013. Enzymeless multi-
sugar fuel cells with high power output based on 3D graphene-Co3O4 hybrid
electrodes. Physical chemistry chemical physics : PCCP 15:9170-6
51. Dalrymple OK, Halfhide T, Udom I, Gilles B, Wolan J, et al. 2013. Wastewater
use in algae production for generation of renewable resources: a review and
preliminary results. Aquatic biosystems 9:2
52. Miyahara M, Hashimoto K, Watanabe K. 2013. Use of cassette-electrode
microbial fuel cell for wastewater treatment. Journal of bioscience and bioengineering
115:176-81
53. Walter JM, Greenfield D, Liphardt J. 2010. Potential of light-harvesting proton
pumps for bioenergy applications. Current opinion in biotechnology 21:265-70
54. Nishio K, Hashimoto K, Watanabe K. 2010. Light/electricity conversion by a
self-organized photosynthetic biofilm in a single-chamber reactor. Applied
microbiology and biotechnology 86:957-64
55. Gratzel M. 2009. Recent advances in sensitized mesoscopic solar cells. Accounts
of chemical research 42:1788-98
33 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
56. Jannasch HW, Mottl MJ. 1985. Geomicrobiology of deep-sea hydrothermal
vents. Science 229:717-25
57. Gu S, Xu B, Yan Y. 2014. Electrochemical energy engineering: a new frontier of
chemical engineering innovation. Annual review of chemical and biomolecular
engineering 5:429-54
58. Parlevliet D, Moheimani NR. 2014. Efficient conversion of solar energy to
biomass and electricity. Aquatic biosystems 10:4
59. Swierk JR, Mallouk TE. 2013. Design and development of photoanodes for
water-splitting dye-sensitized photoelectrochemical cells. Chemical Society reviews
42:2357-87
60. Kondarides DI, Daskalaki VM, Patsoura A, Verykios XE. 2007. Hydrogen
Production by Photo-Induced Reforming of Biomass Components and
Derivatives at Ambient Conditions. Catalysis Letters 122:26-32
61. Zuttel A, Remhof A, Borgschulte A, Friedrichs O. 2010. Hydrogen: the future
energy carrier. Philosophical transactions. Series A, Mathematical, physical, and
engineering sciences 368:3329-42
62. Edwards PP, Kuznetsov VL, David WI. 2007. Hydrogen energy. Philosophical
transactions. Series A, Mathematical, physical, and engineering sciences 365:1043-56
63. Hammond AL. 1972. Photovoltaic cells: direct conversion of solar energy.
Science 178:732-3
64. Bradley RW, Bombelli P, Rowden SJ, Howe CJ. 2012. Biological photovoltaics:
intra- and extra-cellular electron transport by cyanobacteria. Biochemical Society
transactions 40:1302-7
34 | R a h a d i a n Z a i n u l
65. Chen YC, Hsu CY, Lin RY, Ho KC, Lin JT. 2013. Materials for the active layer
of organic photovoltaics: ternary solar cell approach. ChemSusChem 6:20-35
66. Chou SY, Ding W. 2013. Ultrathin, high-efficiency, broad-band, omni-
acceptance, organic solar cells enhanced by plasmonic cavity with
subwavelength hole array. Optics express 21 Suppl 1:A60-76
67. Dou L, You J, Hong Z, Xu Z, Li G, et al. 2013. 25th anniversary article: a
decade of organic/polymeric photovoltaic research. Advanced materials 25:6642-
71
68. Feron K, Belcher WJ, Fell CJ, Dastoor PC. 2012. Organic solar cells:
understanding the role of Forster resonance energy transfer. International journal
of molecular sciences 13:17019-47
69. Grote RR, Brown SJ, Driscoll JB, Osgood RM, Jr., Schuller JA. 2013.
Morphology-dependent light trapping in thin-film organic solar cells. Optics
express 21 Suppl 5:A847-63
70. Hu J, Shirai Y, Han L, Wakayama Y. 2012. Template method for fabricating
interdigitate p-n heterojunction for organic solar cell. Nanoscale research letters
7:469
71. Kaltenbrunner M, White MS, Glowacki ED, Sekitani T, Someya T, et al. 2012.
Ultrathin and lightweight organic solar cells with high flexibility. Nature
communications 3:770
72. Rezek B, Cermak J, Kromka A, Ledinsky M, Hubik P, et al. 2011. Synthesis,
structure, and opto-electronic properties of organic-based nanoscale
heterojunctions. Nanoscale research letters 6:238
35 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
73. Ripolles-Sanchis T, Raga SR, Guerrero A, Welker M, Turbiez M, et al. 2013.
Molecular Electronic Coupling Controls Charge Recombination Kinetics in
Organic Solar Cells of Low Bandgap Diketopyrrolopyrrole, Carbazole, and
Thiophene Polymers. The journal of physical chemistry. C, Nanomaterials and
interfaces 117:8719-26
74. Alturaif HA, ZA AL, Shapter JG, Wabaidur SM. 2014. Use of carbon nanotubes
(CNTs) with polymers in solar cells. Molecules 19:17329-44
75. Kim H, Lee J, Ok S, Choe Y. 2012. Effects of pentacene-doped PEDOT:PSS as
a hole-conducting layer on the performance characteristics of polymer
photovoltaic cells. Nanoscale research letters 7:5
76. Kim H, Ok S, Chae H, Choe Y. 2012. Performance characteristics of polymer
photovoltaic solar cells with an additive-incorporated active layer. Nanoscale
research letters 7:56
77. Gao X, Guan D, Huo J, Chen J, Yuan C. 2013. Free standing TiO2 nanotube
array electrodes with an ultra-thin Al2O3 barrier layer and TiCl4 surface
modification for highly efficient dye sensitized solar cells. Nanoscale 5:10438-46
78. Henning A, Gunzburger G, Johr R, Rosenwaks Y, Bozic-Weber B, et al. 2013.
Kelvin probe force microscopy of nanocrystalline TiO2 photoelectrodes. Beilstein
journal of nanotechnology 4:418-28
79. Iwamoto T, Ogawa Y, Sun L, White MS, Glowacki ED, et al. 2014.
Electrochemical Self-Assembly of Nanostructured CuSCN/Rhodamine B
Hybrid Thin Film and Its Dye-Sensitized Photocathodic Properties. The journal of
physical chemistry. C, Nanomaterials and interfaces 118:16581-90
36 | R a h a d i a n Z a i n u l
80. Kao MC, Chen HZ, Young SL, Lin CC, Kung CY. 2012. Structure and
photovoltaic properties of ZnO nanowire for dye-sensitized solar cells. Nanoscale
research letters 7:260
81. Lee CH, Rhee SW, Choi HW. 2012. Preparation of TiO2
nanotube/nanoparticle composite particles and their applications in dye-
sensitized solar cells. Nanoscale research letters 7:48
82. Stergiopoulos T, Rozi E, Karagianni CS, Falaras P. 2011. Influence of
electrolyte co-additives on the performance of dye-sensitized solar cells. Nanoscale
research letters 6:307
83. Kim YK, Kang HJ, Jang YW, Lee SB, Lee SM, et al. 2008. Synthesis,
characterization, and photovoltaic properties of soluble TiOPc derivatives.
International journal of molecular sciences 9:2745-56
84. Gao X, Li J, Baker J, Hou Y, Guan D, et al. 2014. Enhanced photovoltaic
performance of perovskite CH(3)NH(3)PbI(3) solar cells with freestanding
TiO(2) nanotube array films. Chemical communications 50:6368-71
85. Huh YH, Park B. 2013. Interface-engineering additives of poly(oxyethylene
tridecyl ether) for low-band gap polymer solar cells consisting of
PCDTBT:PCBM(7)(0) bulk-heterojunction layers. Optics express 21 Suppl 1:A146-
56
86. Iza DC, Munoz-Rojas D, Jia Q, Swartzentruber B, Macmanus-Driscoll JL.
2012. Tuning of defects in ZnO nanorod arrays used in bulk heterojunction solar
cells. Nanoscale research letters 7:655
37 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
87. Lim KG, Park JM, Mangold H, Laquai F, Choi TL, Lee TW. 2014. Bimolecular
Crystals with an Intercalated Structure Improve Poly(p-phenylenevinylene)-
Based Organic Photovoltaic Cells. ChemSusChem
88. Liu CY, Kortshagen UR. 2010. A Silicon Nanocrystal Schottky Junction Solar
Cell produced from Colloidal Silicon Nanocrystals. Nanoscale research letters
5:1253-6
89. Liu M, Rieger R, Li C, Menges H, Kastler M, et al. 2010. A polymer with a
benzo[2,1-b;3,4-b']dithiophene moiety for photovoltaic applications.
ChemSusChem 3:106-11
90. Schulz GL, Urdanpilleta M, Fitzner R, Brier E, Mena-Osteritz E, et al. 2013.
Optimization of solution-processed oligothiophene:fullerene based organic solar
cells by using solvent additives. Beilstein journal of nanotechnology 4:680-9
91. Krishnan A, Das S, Krishna SR, Khan MZ. 2014. Multilayer nanoparticle arrays
for broad spectrum absorption enhancement in thin film solar cells. Optics express
22 Suppl 3:A800-11
92. Thiyagu S, Pei Z, Jhong MS. 2012. Amorphous silicon nanocone array solar
cell. Nanoscale research letters 7:172
93. Li K, Wang X, Lu P, Ding J, Yuan N. 2013. The influence of passivation and
photovoltaic properties of alpha-Si:H coverage on silicon nanowire array solar
cells. Nanoscale research letters 8:396
94. Liu K, Qu S, Zhang X, Tan F, Wang Z. 2013. Improved photovoltaic
performance of silicon nanowire/organic hybrid solar cells by incorporating
silver nanoparticles. Nanoscale research letters 8:88
38 | R a h a d i a n Z a i n u l
95. Luan C, Vaneski A, Susha AS, Xu X, Wang HE, et al. 2011. Facile solution
growth of vertically aligned ZnO nanorods sensitized with aqueous CdS and
CdSe quantum dots for photovoltaic applications. Nanoscale research letters 6:340
96. Lundgren C, Lopez R, Redwing J, Melde K. 2013. FDTD modeling of solar
energy absorption in silicon branched nanowires. Optics express 21 Suppl 3:A392-
400
97. Mariani G, Scofield AC, Hung CH, Huffaker DL. 2013. GaAs nanopillar-array
solar cells employing in situ surface passivation. Nature communications 4:1497
98. Chen C, Li F. 2013. Improving the efficiency of ITO/nc-
TiO2/CdS/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Ag inverted solar cells by sensitizing
TiO2 nanocrystalline film with chemical bath-deposited CdS quantum dots.
Nanoscale research letters 8:453
99. Cheng DC, Hao HC, Zhang M, Shi W, Lu M. 2013. Improving Si solar cell
performance using Mn:ZnSe quantum dot-doped PLMA thin film. Nanoscale
research letters 8:291
100. Gomard G, Peretti R, Drouard E, Meng X, Seassal C. 2013. Photonic crystals
and optical mode engineering for thin film photovoltaics. Optics express 21 Suppl
3:A515-27
101. Lee YJ, Yao YC, Yang CH. 2013. Direct electrical contact of slanted ITO film
on axial p-n junction silicon nanowire solar cells. Optics express 21 Suppl 1:A7-14
102. Lin A, Fu SM, Chung YK, Lai SY, Tseng CW. 2013. An optimized surface
plasmon photovoltaic structure using energy transfer between discrete nano-
particles. Optics express 21 Suppl 1:A131-45
39 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
103. Sukeguchi D, Singh SP, Reddy MR, Yoshiyama H, Afre RA, et al. 2009. New
diarylmethanofullerene derivatives and their properties for organic thin-film solar
cells. Beilstein journal of organic chemistry 5:7
104. Cao Y, Lu P, Zhang X, Xu J, Xu L, Chen K. 2014. Enhanced photovoltaic
property by forming p-i-n structures containing Si quantum dots/SiC multilayers.
Nanoscale research letters 9:634
105. Chen C, Wu F, Geng H, Shen W, Wang M. 2011. Analytical model for the
photocurrent-voltage characteristics of bilayer MEH-PPV/TiO2 photovoltaic
devices. Nanoscale research letters 6:350
106. Cirlin G, Bouravleuv A, Soshnikov I, Samsonenko YB, Dubrovskii V, et al.
2009. Photovoltaic Properties of p-Doped GaAs Nanowire Arrays Grown on n-
Type GaAs(111)B Substrate. Nanoscale research letters 5:360-3
107. Derouiche H, Mohamed AB. 2013. Thermal annealing effect on poly(3-
hexylthiophene): fullerene:copper-phthalocyanine ternary photoactive layer.
TheScientificWorldJournal 2013:914981
108. Donnelly JL, Sturmberg BC, Dossou KB, Botten LC, Asatryan AA, et al. 2014.
Mode-based analysis of silicon nanohole arrays for photovoltaic applications.
Optics express 22 Suppl 5:A1343-54
109. Fu H, Liu H, Shen W. 2014. A composite CdS thin film/TiO2 nanotube
structure by ultrafast successive electrochemical deposition toward photovoltaic
application. Nanoscale research letters 9:631
110. Gundel P, Schubert MC, Heinz FD, Woehl R, Benick J, et al. 2011. Micro-
spectroscopy on silicon wafers and solar cells. Nanoscale research letters 6:197
40 | R a h a d i a n Z a i n u l
111. Ho WJ, Lee YY, Su SY. 2014. External quantum efficiency response of thin
silicon solar cell based on plasmonic scattering of indium and silver
nanoparticles. Nanoscale research letters 9:483
112. Hu YH, Wang H, Hu B. 2010. Thinnest two-dimensional nanomaterial-
graphene for solar energy. ChemSusChem 3:782-96
113. Kiani A, Venkatakrishnan K, Tan B. 2014. Optical absorption enhancement in
3D silicon oxide nano-sandwich type solar cell. Optics express 22 Suppl 1:A120-31
114. Kim DH, Lee YH, Lee DU, Kim TW, Kim S, Kim SW. 2012. Significant
enhancement of the power conversion efficiency for organic photovoltaic cells
due to a P3HT pillar layer containing ZnSe quantum dots. Optics express
20:10476-83
115. Guo H, Wen L, Li X, Zhao Z, Wang Y. 2011. Analysis of optical absorption in
GaAs nanowire arrays. Nanoscale research letters 6:617
116. Li Q, Wei L, Xie Y, Zhang K, Liu L, et al. 2013. ZnO nanoneedle/H2O solid-
liquid heterojunction-based self-powered ultraviolet detector. Nanoscale research
letters 8:415
117. Song L, Uddin A. 2012. Design of high efficiency organic solar cell with light
trapping. Optics express 20 Suppl 5:A606-21
118. Sablon K, Sergeev A, Vagidov N, Antipov A, Little J, Mitin V. 2011. Effective
harvesting, detection, and conversion of IR radiation due to quantum dots with
built-in charge. Nanoscale research letters 6:584
41 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
119. Herrero R, Dominguez C, Askins S, Anton I, Sala G. 2013. Luminescence
inverse method For CPV optical characterization. Optics express 21 Suppl
6:A1028-34
120. Hornung T, Nitz P. 2014. Light diffraction by concentrator Fresnel lenses. Optics
express 22 Suppl 3:A686-704
121. Liu Y, Huang R, Madsen CK. 2014. Design of a lens-to-channel waveguide
system as a solar concentrator structure. Optics express 22 Suppl 2:A198-204
122. Lopez-Lopez C, Colodrero S, Miguez H. 2014. Panchromatic porous specular
back reflectors for efficient transparent dye solar cells. Physical chemistry chemical
physics : PCCP 16:663-8
123. Mendes-Lopes J, Benitez P, Zamora P, Minano JC. 2014. 9-fold Fresnel-Kohler
concentrator with Fresnel lens of variable focal point. Optics express 22 Suppl
4:A1153-63
124. Minano JC, Benitez P, Zamora P, Buljan M, Mohedano R, Santamaria A. 2013.
Free-form optics for Fresnel-lens-based photovoltaic concentrators. Optics express
21 Suppl 3:A494-502
125. Perl EE, McMahon WE, Bowers JE, Friedman DJ. 2014. Design of
antireflective nanostructures and optical coatings for next-generation
multijunction photovoltaic devices. Optics express 22 Suppl 5:A1243-56
126. Stefancich M, Zayan A, Chiesa M, Rampino S, Roncati D, et al. 2012. Single
element spectral splitting solar concentrator for multiple cells CPV system. Optics
express 20:9004-18
42 | R a h a d i a n Z a i n u l
127. Ho WJ, Huang MC, Lee YY, Hou ZF, Liao CJ. 2014. Performance
enhancement of ITO/oxide/semiconductor MOS-structure silicon solar cells
with voltage biasing. Nanoscale research letters 9:658
128. Lai KY, Chang HC, Dai YA, He JH. 2012. Photon management with core-shell
nanowire structures. Optics express 20 Suppl 2:A255-64
129. Le Perchec J. 2012. Kind of broad-band photonic valve and its application to
silicon solar cells. Optics express 20 Suppl 5:A572-7
130. Im JH, Chung J, Kim SJ, Park NG. 2012. Synthesis, structure, and photovoltaic
property of a nanocrystalline 2H perovskite-type novel sensitizer
(CH3CH2NH3)PbI3. Nanoscale research letters 7:353
131. Li Y, Wei L, Chen X, Zhang R, Sui X, et al. 2013. Efficient PbS/CdS co-
sensitized solar cells based on TiO2 nanorod arrays. Nanoscale research letters 8:67
132. Jia Y, Li X, Li P, Wang K, Cao A, et al. 2012. Strong, conductive carbon
nanotube fibers as efficient hole collectors. Nanoscale research letters 7:137
133. Kim H, Kwon Y, Choe Y. 2013. Fabrication of nanostructured ZnO film as a
hole-conducting layer of organic photovoltaic cell. Nanoscale research letters 8:240
134. Kim J, Lee E, Ju M, Kim H, Yi J, et al. 2013. Surface-concentrated light and
efficient carrier collection in microhole-patterned Si solar cells. Optics express 21
Suppl 4:A607-15
135. Guo X, Li H, Ahn BY, Duoss EB, Hsia KJ, et al. 2009. Two- and three-
dimensional folding of thin film single-crystalline silicon for photovoltaic power
applications. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of
America 106:20149-54
43 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
136. Alexandru C. 2013. A novel open-loop tracking strategy for photovoltaic
systems. TheScientificWorldJournal 2013:205396
137. Kim JH, Lee KJ, Roh JH, Song SW, Park JH, et al. 2012. Ga-doped ZnO
transparent electrodes with TiO2 blocking layer/nanoparticles for dye-sensitized
solar cells. Nanoscale research letters 7:11
138. ur Rehman A, Lee SH. 2013. Advancements in n-type base crystalline silicon
solar cells and their emergence in the photovoltaic industry.
TheScientificWorldJournal 2013:470347
139. Atar FB, Battal E, Aygun LE, Daglar B, Bayindir M, Okyay AK. 2013.
Plasmonically enhanced hot electron based photovoltaic device. Optics express
21:7196-201
140. Chen L, He H, Zhang S, Xu C, Zhao J, et al. 2013. Enhanced solar energy
conversion in Au-doped, single-wall carbon nanotube-Si heterojunction cells.
Nanoscale research letters 8:225
141. Ji LW, Hsiao YJ, Tang IT, Meen TH, Liu CH, et al. 2013. Annealing effect and
photovoltaic properties of nano-ZnS/textured p-Si heterojunction. Nanoscale
research letters 8:470
142. Lu S, Ji L, He W, Dai P, Yang H, et al. 2011. High-efficiency GaAs and GaInP
solar cells grown by all solid-state molecular-beam-epitaxy. Nanoscale research
letters 6:576
143. Ryuzaki S, Onoe J. 2013. Basic aspects for improving the energy conversion
efficiency of hetero-junction organic photovoltaic cells. Nano reviews 4
44 | R a h a d i a n Z a i n u l
144. Shu GW, Lin JY, Jian HT, Shen JL, Wang SC, et al. 2013. Optical coupling
from InGaAs subcell to InGaP subcell in InGaP/InGaAs/Ge multi-junction
solar cells. Optics express 21 Suppl 1:A123-30
145. Sari F, Alif A, Aziz H. 2012. Penggunaan Elektroda Karbon dalam Sel
Fotovoltaik Semikonduktor CuO dengan Elektrolit Na2SO4. Jurnal Kimia
Universitas Andalas Vol.1
146. Rahmawanti N, Alif A, Aziz H. 2013. Sel Fotofoltaik Cair Pasangan Elektroda
CuO/Cu, CuO/Ag dalam Larutan Elektrolit NaCl dan NaOH. Media Sains
Vol.5. No.1
147. Fujishima A, Honda K. 1972. Electrochemical photolysis of water at a
semiconductor electrode. Nature 238:37-8
148. Matsumoto F, Moriwaki K, Takao Y, Ohno T. 2008. Synthesis of thienyl
analogues of PCBM and investigation of morphology of mixtures in P3HT.
Beilstein journal of organic chemistry 4:33
149. Di D, Perez-Wurfl I, Gentle A, Kim DH, Hao X, et al. 2010. Impacts of Post-
metallisation Processes on the Electrical and Photovoltaic Properties of Si
Quantum Dot Solar Cells. Nanoscale research letters 5:1762-7
150. Chen CC, Chen LC. 2012. Fabrication and characteristics of ZnO/OAD-
InN/PbPc hybrid solar cells prepared by oblique-angle deposition. Molecules
17:9496-505
151. Tribuzi V, Correa DS, Avansi W, Ribeiro C, Longo E, Mendonca CR. 2012.
Indirect doping of microstructures fabricated by two-photon polymerization with
gold nanoparticles. Optics express 20:21107-13
45 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
152. Khaleque T, Svavarsson HG, Magnusson R. 2013. Fabrication of resonant
patterns using thermal nano-imprint lithography for thin-film photovoltaic
applications. Optics express 21 Suppl 4:A631-41
153. Li Y, Wei L, Zhang R, Chen Y, Mei L, Jiao J. 2013. Annealing effect on Sb2S3-
TiO2 nanostructures for solar cell applications. Nanoscale research letters 8:89
154. Peng CH, Hwang CC. 2013. A novel method for preparation of Zn-doped
CuInS(2) solar cells and their photovoltaic performance.
TheScientificWorldJournal 2013:798713
155. Chen C, Li C, Li F, Wu F, Tan F, et al. 2014. Efficient perovskite solar cells
based on low-temperature solution-processed (CH3NH3)PbI3
perovskite/CuInS2 planar heterojunctions. Nanoscale research letters 9:457
156. Gu W, Yang F, Wu C, Zhang Y, Shi M, Ma X. 2014. Fabrication and
investigation of the optoelectrical properties of MoS2/CdS heterojunction solar
cells. Nanoscale research letters 9:662
157. Bard AJ. 1982. Design of semiconductor photoelectrochemical systems for solar
energy conversion. The Journal of Physical Chemistry 86:172-7
158. Arya RK. 2012. Photoelectrochemical Hydrogen Production Using Visible
Light. International Journal of Renewable Energy Research Vol.2, No.2
159. Hamdani D, Subagiada K, Subaagiyo L. 2011. Analisis Kinerja Solar
Photovoltaic System (SPS) berdasarkan Tinjauan Efisiensi Energi dan Eksergi.
Jurnal Material dan Energi Indonesia Vol.01. No.02:84-92
46 | R a h a d i a n Z a i n u l
160. L. EE, D. AA. 2013. Similarities between photosynthesis and the principle of
operation of dye-sensitized solar cell. International Journal of Physical Sciences Vol.
8(45), pp. 2053-2056
161. Linsebigler AL, Lu G, Yates JT. 1995. Photocatalysis on TiOn Surfaces:
Principles, Mechanisms, and Selected Results. Chem. Rev. Vol. 95, No. 3,: 735-
58
162. Kudo A. 2003. Photocatalyst materials for water splitting. Catalysis Surveys from
Asia Vol. 7, No. 1, April 2003
163. Conibeer G, Perez-Wurfl I, Hao X, Di D, Lin D. 2012. Si solid-state quantum
dot-based materials for tandem solar cells. Nanoscale research letters 7:193
164. Strehlow WH, Cook EL. 1973. Compilation of Energy Band Gaps in Elemental
and Binary Compound Semiconductors and Insulators. J. Physc. Chem. Ref. Data.
Vol. 2, No.1
165. Sutrisno H. 2010. <Sel Fotovoltaik Generasi ke III Pengembangan Sel
Fotovoltaik Berbasis Titanium Dioksida.pdf>. Prosiding Seminar Nasional
Penelitian, Pendidikan dan Penerapan, UNY Yogyakarta
166. Ooyama Y, Harima Y. 2012. Photophysical and electrochemical properties, and
molecular structures of organic dyes for dye-sensitized solar cells. Chemphyschem :
a European journal of chemical physics and physical chemistry 13:4032-80
47 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
BAB II. PRINSIP DASAR PEMBELAHAN
AIR
A. Pengantar
Proses pembelahan air telah berlangsung lebih dari 4 dekade, semenjak
Fujishima dan Honda mengungkapkan proses pembelahan molekul air (H2O)
dengan menggunakan semikonduktor TiO2 untuk menghasilkan molekul gas
Hidrogen (H2) dan Oksigen (O2)(1). Proses pembelahan air meliputi tiga tahapan
utama; (a) absorpsi foton; (b) pemisahan dan migrasi pembawa muatan yang
tereksitasi; dan (c) reaksi permukaan antara pembawa muatan dengan molekul
air(2).
Dalam proses pembelahan air berbagai langkah dilakukan agar proses
pembelahan berlangsung optimum. Salah satunya adalah modifikasi pada
permukaan dengan melakukan rekayasa permukaan dan system larutan berair,
agar diperoleh panjang difusi pembawa yang lebih pendek dan modifikasi
permukaan semikonduktor yang dapat meningkatkan laju kinetika
fotoelektrokimia air(3). Pada penelitian sebelumnya, Yang et al (2016)
melaporkan bahwa pada kondisi visible atau cahaya tampak, energy gap minimal
yang harus terpenuhi oleh material semikonduktor adalah 2.4 eV(4). Modifikasi
nanostruktural sangat penting dilakukan untuk mendapatkan kondisi efektif
dalam proses pembelahan air menjadi hydrogen dan oksigen.
48 | R a h a d i a n Z a i n u l
Mersch et al (2015) melaporkan modifikasi yang berkaitan evolusi gas
Hidrogen dan gas Oksigieen pada elektroda dengan bantuan enzim (5) dan
microba(6). Sementara, mekanisme reaksi pada permukaan elektroda juga telah
dibahas oleh Pfeifer et al (2016), tentang bagaimana evolusi gas Oksigen dari
Anoda(7; 8). Perkembangan lanjutan system fotoelektrokimia dengan system
tandem fotokimia dan fotolisis air ditelaah pada system dye-sensitized atau
dikenal DSPEC (Dye-Sensitized Photoelectrochemical)(9; 10)
Proses splitting air dapat dilakukan dengan mengkaji aspek dinamika
molecular air melalui pemodelan. Pemodelan dari aspek interaksi antara
permukaan elektroda dan sisi dinamika molecular molekul H2O yang
bertabrakan atau bersentuhan dengan permukaan elektroda sehingga proses
splitting bisa dijelaskan. Permukaan elektroda menjadi kajian yang menarik
diteliti seperti dilaporkan Xu et al (2017) tentang factor roughness pada
permukaan padatan berpori terhadap evolusi gas yang dihasilkan(11-14). Dalam
paper ini ditelaah kemungkinan pola interaksi molecular H2O dan permukaan
padatan elektroda melalui pemodelan.
B. Experimental Section
Penelitian ini menggunakan pemodelan dengan menggunakan aplikasi
(Software) Hyperchem Release 7.0, Chem Office 2008 (ChemUltra versi 11 dan
ChemBio3D versi 11), Perangkat HP Pavilion 14 Notebook PC dengan
49 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Processor Intel® Core ™ i5-4200U CPU @ 1.6 GHz (4 CPUs), 2.3 GB, RAM
12288 MB.
Penelitian dilakukan beberapa tahapan, yakni (1) Analisis molekul H2O
secara dua dimensi menggunakan ChemUltra ; (2) Analisis molekul H2O melalui
dinamika molekul secara mekanika dan ab initio ; dan (3) Analisis interaksi
molekul H2O dengan permukaan elektroda. Pemodelan dilakukan dengan
mengasumsikan pada satu molekul H2O dengan beberapa kemungkinan
pergerakan dan vibrasional yang terjadi.
Molekul H2O dilukis dengan menggunakan ChemUltra dengan cara pilih
Structure dan Convert Name to Structure. Pada layar kerja, tulis water, lalu pilih
OK. Setelah Rumus Molekul air terbentuk, lakukan analisis senyawa. Proses
analisis dilakukan pada bagian View, dengan optional show analysis window dan
show chemical properties windows.
Pada analisis 3D dilakukan dengan mentransformasikan molekul 2D ke
ChemBio 3D dan Hyperchem. Pada bagian ChemBio 3D, struktur H2O menjadi
3 Dimensi dan dapat dianalisis kondisi sebelum optimasi dengan pilihan select,
sesuai pengukuran dan observasi yang diinginkan. Misalnya, pengukuran jarak
antara atom, pengukuran sudut antara atom dan pengukuran sisi permukaan dari
geometri molekul H2O.
50 | R a h a d i a n Z a i n u l
C. Implementasi dan Aspek Interpretasi
Analisis 2D pada Molekul H2O
Molekul H2O dibuat dengan menggunakan Chemdraw Ultra dan
berdasarkan Physical Property Report Generated By CS ChemProp dihasilkan
karakterisasi sebagai berikut :
<Name of molecule> Water <Molecular formula> H2O <CAS> 7732-18-5<Molecular
weight> 18.0153 <Entropy [cal/mol/K]>45.110 at 25 C <Reference>Stull,
D.R.;Westrum,Jr., E.F.;Sinke, G.C.The Chemical Thermodynamics of Organic
CompoundsJohn Wiley,New Yorkÿ1969,,1. <Heat of Formation [Kcal/mol]> -57.800 +-
at 25 C <Reference>Chase,Jr., M.W.;Davies, C.A.;Downey,Jr.,J.R.;Frurip,
D.J.;McDonald, R.A.;Syverud, A.N.JANAF Thermochemical Tables (Third Edition)J.
Phys. Chem. Ref. Data,Suppl. 1ÿ1985,14,1.. Molekul air hasil analisis 2 Dimensi
seperti terlihat pada gambar 1, memiliki sifat sifat fisika seperti temperature dan
volume kritis, titik didih dan titik leleh serta sifat elemental berupa panas
pembentukan dan energy bebas Gibbs.
51 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Gambar 1. Analisis 2 D terhadap molekul H2O dengan ChemBioDraw
Ultra
Analisis 3D pada Molekul H2O
Molekul H2O dibuat dengan menggunakan Chemdraw Ultra
diproyeksikan pada ChemBio3D untuk analisis 3 Dimensi. Proses ini akan
membantu untuk melihat pola pergerakan molekul secara optimal dan
kemungkinan dinamika air selama berinteraksi di lingkungan saat proses splitting
berlangsung. Sebelum molekul air dioptimasi, atom H dan O berjarak 0.942 A,
dan sudut ikatan H-O-H adalah 120o seperti terlihat pada gambar 2a. Bola
berwarna pink adalah representasi dari pasangan electron bebas yang dimiliki
52 | R a h a d i a n Z a i n u l
Oksigen (atom pusat) dengan jarak 0.6 A seperti terlihat pada gambar 2b. Sudut
PEB (Pasangan Elektron Bebas)-Okssigen-PEB adalah 117.4o.
Gambar 2. Analisis 3D pada molekul H2O model Ball and Stick. (a) molekul H2O terdiri dari atom H (bola merah) dan 2 buah atom H (bola putih), (b) molekul H2O dengan dua Pasang Elektron Bebas (PEB, bola pink) dan (c) penampang girasi molekul H2O pada permukaan molekul pada sisi positif (merah) dan pada sisi bermuatan negative (biru)
Optimasi Molekul H2O menggunakan Molecular Mechanic (MM2)
Optimasi molekul H2O dilakukan dengan Molekular Mekanik (MM2) dan
menghasilkan output data dalam bentuk data geometri atom atom dalam
molekul dan Energi optimumnya. Hasil output yang dioleh dapat dilihat sebagai
berikut :
1. Optimasi MM2 Minimization
53 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
2. Optimasi MM2 Dynamics
3. Optimasi MM2 Properties
Output MM2 Minimization, Dynamics dan Properties
------------MM2 Minimization------------
Optimal bond length of 0.942Å taken from the Measurements window for [H(1)-
O(2)]
Optimal bond length of 0.942Å taken from the Measurements window for [O(2)-
H(3)]
Optimal bond angle of 103.700° taken from the Measurements window for [H(1)-
O(2)-H(3)]
Warning: Some parameters are guessed (Quality = 1).
Iteration 2: Minimization terminated normally because of an insignificant
change in the varying measurements
Stretch: 0.0319
Bend: 0.0369
Stretch-Bend: 0.0000
Torsion: 0.0000
Non-1,4 VDW: 0.0000
1,4 VDW: 0.0000
Dipole/Dipole: 0.0000
54 | R a h a d i a n Z a i n u l
Total: 0.0688
------------------------------------
------------MM2 Dynamics------------
Warning: Some parameters are guessed (Quality = 1).
Iteration Time Total Energy Potential Energy Temperature
----------------------------------------------------------------------
5 0.010 0.085 ± 0.015 0.057 ± 0.019 1.88 ± 0.79
10 0.020 0.154 ± 0.019 0.078 ± 0.020 5.13 ± 1.72
15 0.030 0.252 ± 0.017 0.122 ± 0.044 8.68 ± 3.24
20 0.040 0.306 ± 0.010 0.153 ± 0.044 10.26 ± 3.01
25 0.050 0.363 ± 0.013 0.175 ± 0.049 12.62 ± 2.97
30 0.060 0.406 ± 0.017 0.180 ± 0.066 15.15 ± 3.67
35 0.070 0.441 ± 0.019 0.183 ± 0.051 17.29 ± 3.05
40 0.080 0.513 ± 0.028 0.216 ± 0.057 19.95 ± 3.82
45 0.090 0.556 ± 0.017 0.246 ± 0.075 20.83 ± 5.06
50 0.100 0.620 ± 0.024 0.269 ± 0.079 23.54 ± 5.54
55 0.110 0.692 ± 0.015 0.305 ± 0.076 26.00 ± 4.74
60 0.120 0.732 ± 0.024 0.323 ± 0.091 27.39 ± 5.33
65 0.130 0.762 ± 0.035 0.322 ± 0.126 29.54 ± 6.79
70 0.140 0.817 ± 0.030 0.318 ± 0.088 33.48 ± 5.34
55 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
75 0.150 0.873 ± 0.018 0.348 ± 0.118 35.26 ± 8.68
80 0.160 0.940 ± 0.022 0.415 ± 0.100 35.23 ± 6.71
85 0.170 1.000 ± 0.017 0.444 ± 0.095 37.31 ± 5.94
90 0.180 1.079 ± 0.022 0.439 ± 0.126 42.93 ± 7.60
95 0.190 1.126 ± 0.034 0.463 ± 0.101 44.48 ± 6.05
100 0.200 1.196 ± 0.032 0.521 ± 0.101 45.28 ± 7.04
Translational Kinetic Energy: 0.0000 Rotational Kinetic Energy: 0.2486
------------MM2 Properties------------
Warning: Some parameters are guessed (Quality = 1).
Stretch: 1.4568
Bend: 4.3171
Stretch-Bend: 0.0000
Torsion: 0.0000
Non-1,4 VDW: 0.0000
1,4 VDW: 1184.6101
Total: 1190.3840
Note: Due to high VDW interactions, some terms were not computed.
cubic stretch: -2.0000
quartic stretch: 2.3330
p->dielec: 1.5000
56 | R a h a d i a n Z a i n u l
p->dieled: 1.5000
Bond Length R(0) K(S) Energy
O-H 0.984 0.9420 4.6000 0.5310 [O(2)-H(1)]
O-H 0.898 0.9420 4.6000 0.7085 [O(2)-H(3)]
O-Lp 0.596 0.6000 4.6000 0.0048 [O(2)-Lp(4)]
O-Lp 0.626 0.6000 4.6000 0.2125 [O(2)-Lp(5)]
ATOMS Theta TZero KB EB KSB ESB
H-O-H 95.047 103.7000 0.5000 0.8207 [H(1)-O(2)-H(3)]
H-O-Lp 118.524 109.5000 0.2400 0.4285 [H(1)-O(2)-
Lp(4)]
H-O-Lp 123.311 109.5000 0.2400 1.0058 [H(1)-O(2)-
Lp(5)]
H-O-Lp 93.091 109.5000 0.2400 1.4234 [H(3)-O(2)-
Lp(4)]
H-O-Lp 119.146 109.5000 0.2400 0.4897 [H(3)-O(2)-
Lp(5)]
Lp-O-Lp 104.175 109.5000 0.2400 0.1491 [Lp(4)-O(2)-
Lp(5)]
ATOMSOmega V1 V2 V3 Et
Dipole(1) MU(1) Dipole(2) MU(2) R12(A) E(KCal*DC)
57 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
The steric energy for this frame: 1190.384 kcal/mole
------------MM2 Minimization------------
Warning: Some parameters are guessed (Quality = 1).
Iteration 11: Minimization terminated normally because the gradient norm is
less than the minimum gradient norm
Stretch: 0.0000
Bend: 0.0289
Stretch-Bend: 0.0000
Torsion: 0.0000
Non-1,4 VDW: 0.0000
1,4 VDW: 0.0000
Dipole/Dipole: 0.0000
Total: 0.0289
------------------------------------
MM2 Constant Value Quality
Cubic stretch constant- 2.000 4
Quartic stretch constant 2.333 4
X-B,C,N,O-Y Stretch-Bend interaction force constant 0.120 4
X-B,C,N,O-H Stretch-Bend interaction force constant 0.090 4
Sextic bending constant (* 10**8) 7.000 4
58 | R a h a d i a n Z a i n u l
Dielectric constant for dipoles 1.500 4
Cutoff distance for charge/charge interactions 35.000 4
Cutoff distance for charge/dipole interactions 25.000 4
Cutoff distance for dipole/dipole interactions 18.000 4
Cutoff distance for van der Waals interactions 10.000 4
MM2 c3dAtomRadius Eps Weight Reduct Lone Pairs Quality
21 0.950 0.036 1.008 0.000 0 4
6 1.740 0.050 15.995 0.000 2 4
Bond KS Bond Length Dipole Quality
6-21 4.600 0.942 -1.115 4
6-20 4.600 0.600 0.900 4
Angle KB XR2 XRH XH2 Quality
20-6-20 0.240 131.0 0.0 0.0 4
20-6-21 0.240 101.0 0.0 0.0 4
21-6-21 0.500 103.7 0.0 0.0 2
Dari hasil optimasi MM2 terhadap molekul H2O, energy steric molekul
H2O adalah : 1190.384 kcal/mole. Jarak antara atom H dan O adalah 0.984 dan
0.898 A. sementara jarak antara atom O dan PEB adalah 0.596 dan 0.626. Massa
59 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
atom H adalah 1.008 gram//mol dan atom O adalah 15.995 gram/mol. Radius
atom H adalah 0.950 A dan atom O adalah 1.740 A.
Analisis Molekul H2O dengan Hyperchem
Optimasi dengan menggunakan Hyperchem Release 7.0 dilakukan dengan
menggunakan Molecular Dynamics MM+ pada molekul H2O, dengan
mengevaluasi Energi Kinetik, Energi Potensial, Energi Total dan Temperatur.
Hasil optimasi dengan Hyperchem terlihat pada gambar 3.
Gambar 3. Analisis H2O dengan Molecular Mechanics MM+
menggunakan aplikasi Hyperchem Release 7.0. (a) posisi pergerakan molekul H2O ke atas, (b) posisi molekul H2O mengarah ke bawah ; dan (c) pergarakan rata rata Energi Kinetik(EKIN), Energi Potensial (EPOT), Energi Total (ETOT), dan Temperatur (TEMP) molekul H2O dari temperature 474 K.
60 | R a h a d i a n Z a i n u l
Gambar 4. Energi total, Momen Dipol dan RMS gradient molekul H2O
pada temperature 473K.
Dari analisis lanjutan molekul air pada suhu 473 K memiliki energy total 6.1325
kcal/mol dan momen dipole 1.488 D seperti terlihat pada gambar 4. Pada
kondisi eksperimen, pembelahan air dilakukan pada temperature ruang yakni
25oC atau 298 K. Pada kondisi ini, optimasi terhadap molekul air dilakukan
dengan Molecular Mechanic MM+ untuk mengetahui dinamika molecular H2O
dan diperoleh energy total adalah 2.92855 kcal/mol seperti terlihat pada gambar
5.
61 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
b
Gambar 5. Dinamika molekul air pada suhu 25oC. (a) energy total dan
momen dipole air pada suhu 298 K (25oC) dan (b) Energi kinetic
molekul air dalam range 0.4085 dan 2.6648 sesuai pola
pergerakan molekul air.
Dalam proses optimasi molekul H2O, dinamika molekul air terbagi dalam
pergerakan rotasi dengan atom O sebagai sumbu (poros) dan atom H bergerak
searah putaran jarum jam. Saat pergerakan rotasional ini, atom H1 dan H2 akan
mengalami vibrasional, yang ditandai dengan pengerutan dan pengembangan
panjang ikatan antara H1-O dan H2-O. Dinamika ini akan mempengaruhi
geometri molekul H2O dan memberikan pengaruh pada Energi Kinetik H2O
seperti terlihat pada gambar 5 b. Perubahan dinamika molecular H2O juga akan
memberikan pengaruh pada energy potensial seperti terlihat pada gambar 6.
Pengaruh gerakan molekul H2O terhadap temperature dieveluasi seperti terlihat
pada gambar 7.
a
a
62 | R a h a d i a n Z a i n u l
Gambar 6. Dinamika molekul air pada suhu 25oC. (a) energy total 4.5389
Kcal/mol dan momen dipole air 1.34 D pada suhu 298 K (25oC)
dan (b) Energi Potensial molekul air dalam range 0.27624 dan
2.4859 sesuai pola pergerakan molekul air.
a
b
63 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Gambar 7. Dinamika molekul air pada suhu 25oC. (a) energy total 3.2807
Kcal/mol dan momen dipole air 1.408 D pada suhu 298 K (25oC)
dan (b) Temperatur molekul air dalam range 141.661 K dan
352.9862 K sesuai pola pergerakan molekul air.
a
b
64 | R a h a d i a n Z a i n u l
Hasil Analisis lanjutan terhadap molekul air diperoleh Volume H2O adalah
117.53 A3, Surfce Area (Grid) = 116.11 A2, Surface Area (Approx) = 128.18 A2,
Energi Hidrasi = -21.52 kcal/mol, Polarizability = 1.41 A3, Refractivity = 3.36
A3, log P = -0.51 dan Massa = 18.02 amu.
D. PEMBELAHAN MOLEKUL AIR (H2O)
Pemeriksaan ikatan atom H dan atom O dengan menvariasi panjang
ikatan dari 0.01A sampai 5 A, terlihat pada panjang ikatan lebih dari 2.5 A,
molekul H2O menjadi tidak stabil. Hal ini terlihat dengan besarnya Energi
Potensial molekul H2O mendekati 1000 Kcal/mol seperti terlihat pada gambar 8.
Pada kondisi optimum, molekul H2O yang stabil memiliki jarak atom H dan
atom O sejauh 0.942 A. Jika jaraknya makin kecil dan makin besar, akan
menyebabkan kenaikan energy potensial molekul H2O sehingga terjadinya
ketidakstabilan molekul. Dinamika molecular ini menyebakan kemungkinan
putusnya ikatan H dan O.
Pada factor pengujian sudut antara atom H-O-H, diperoleh bahwa
semakin kecil sudut dan semakin besar sudut dari sudut optimum (104o),
menyebabkan molekul H2O menjadi tidak stabil. Hal ini tergambar secara
pemodelan dengan naiknya Energi Potensial dari pergerakan atom 360o seperti
terlihat pada model gambar 9.
65 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Gambar 8. Dinamika molekul dengan variasi jarak ikatan antara atom H dan
atom O
Pada gambar 10 terlihat variasi sudut H-O-H menyebabkan perubahan
pada energy potensial molekul H2O. Pada kondisi optimum H-O-H adalah 104o,
bila dievaluasi pada sudut 10o maka energy potensial mendekati 300 kcal/mol.
Pada sudut 180o, energy naik mencapai 160 kcal/mol dan selanjutnya kembali
turun. Perubahan geometri molecular ini menjadi factor dalam pembelahan air
menjadi hydrogen dan oksigen.
66 | R a h a d i a n Z a i n u l
Gambar 9. Pergerakan sudut antara H-O-H pada dinamika molecular H2O
Pada penelitian sebelumnya, Spliting air terjadi karena terbentuknya
perbedaan potensial pada permukaan kontak interface antara molekul air dan
elektroda. Perbedaan ini menyebabkan terbentuknya sisi aktif terjadinya proses
67 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
inisiasi sehingga ketidakstabilan molekul air terbentuk, dan mengalami keadaan
potensial yang cenderung untuk melepaskan spesi radikal OH dan H. Pada
proses selanjutnya terbentuknya gas H2 di Katoda, dan terbentuknya gas O2 pada
Anoda, menjadi proses akhir pembelahan air melalui permukaan elektroda(15;
16).
Gambar 10. Perubahan sudut antara H-O-H terhadap Energi Potensial Molekul
H2O
E. Kesimpulan
68 | R a h a d i a n Z a i n u l
Pembelahan air merupakan proses dinamika geometri yang terjadi dalam
molekul H2O dengan factor panjang ikatan antara atom H-atom O yang
mengalami jarak kritis pada 2,5 A. Faktor pembelahan molekul air yang kedua
adalah terlewatinya sudut kritis H-O-H yang tergambar dari Energi Potensial
molekul H2O. proses pembelahan air dapat berlangsung pada voltase 1.47 V
pada system Elektrolisis dengan bantuan electron. Pada proses Fotolisis,
potensial minimum dapat berlangsungnya pembelahan air tercapai pada 1.23 V.
F. Rujukan
1. Fujishima A, Honda K. 1972. Electrochemical photolysis of water at a
semiconductor electrode. Nature 238:37-8
2. Hernandez S, Hidalgo D, Sacco A, Chiodoni A, Lamberti A, et al. 2015.
Comparison of photocatalytic and transport properties of TiO2 and ZnO
nanostructures for solar-driven water splitting. Physical chemistry chemical
physics : PCCP 17:7775-86
3. Dalle Carbonare N, Boaretto R, Caramori S, Argazzi R, Dal Colle M, et
al. 2016. Photoelectrochemical Behavior of Electrophoretically Deposited
Hematite Thin Films Modified with Ti(IV). Molecules 21
4. Yang W, Xiong Y, Zou L, Zou Z, Li D, et al. 2016. Plasmonic Pd
Nanoparticle- and Plasmonic Pd Nanorod-Decorated BiVO4 Electrodes
69 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
with Enhanced Photoelectrochemical Water Splitting Efficiency Across
Visible-NIR Region. Nanoscale research letters 11:283
5. Mersch D, Lee CY, Zhang JZ, Brinkert K, Fontecilla-Camps JC, et al.
2015. Wiring of Photosystem II to Hydrogenase for Photoelectrochemical
Water Splitting. Journal of the American Chemical Society 137:8541-9
6. Torella JP, Gagliardi CJ, Chen JS, Bediako DK, Colon B, et al. 2015.
Efficient solar-to-fuels production from a hybrid microbial-water-splitting
catalyst system. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United
States of America 112:2337-42
7. Pfeifer V, Jones TE, Velasco Velez JJ, Massue C, Greiner MT, et al. 2016.
The electronic structure of iridium oxide electrodes active in water
splitting. Physical chemistry chemical physics : PCCP 18:2292-6
8. Chen W, Wang H, Li Y, Liu Y, Sun J, et al. 2015. In Situ
Electrochemical Oxidation Tuning of Transition Metal Disulfides to
Oxides for Enhanced Water Oxidation. ACS central science 1:244-51
9. Sherman BD, Sheridan MV, Wee KR, Marquard SL, Wang D, et al.
2016. A Dye-Sensitized Photoelectrochemical Tandem Cell for Light
Driven Hydrogen Production from Water. Journal of the American Chemical
Society 138:16745-53
10. Wood CJ, Summers GH, Clark CA, Kaeffer N, Braeutigam M, et al.
2016. A comprehensive comparison of dye-sensitized NiO photocathodes
70 | R a h a d i a n Z a i n u l
for solar energy conversion. Physical chemistry chemical physics : PCCP
18:10727-38
11. Xu K, Chatzitakis A, Norby T. 2017. Solid-state photoelectrochemical cell
with TiO2 nanotubes for water splitting. Photochemical & photobiological
sciences : Official journal of the European Photochemistry Association and the
European Society for Photobiology 16:10-6
12. Guiglion P, Berardo E, Butchosa C, Wobbe MC, Zwijnenburg MA. 2016.
Modelling materials for solar fuel synthesis by artificial photosynthesis;
predicting the optical, electronic and redox properties of photocatalysts.
Journal of physics. Condensed matter : an Institute of Physics journal 28:074001
13. Lin X, Evers F, Gross A. 2016. First-principles study of the structure of
water layers on flat and stepped Pb electrodes. Beilstein journal of
nanotechnology 7:533-43
14. Mtangi W, Tassinari F, Vankayala K, Vargas Jentzsch A, Adelizzi B, et
al. 2017. Control of Electrons' Spin Eliminates Hydrogen Peroxide
Formation During Water Splitting. Journal of the American Chemical Society
139:2794-8
15. Zainul R, Alif A, Aziz H, Arief S, Dradjad S, Munaf E. 2015. Design of
Photovoltaic Cell with Copper Oxide Electrode by Using Indoor Lights.
Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences 6(4):353-
61
71 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
16. Zainul R, Alif A, Aziz H, Yasthopi A, Arief S, Syukri. 2015.
Photoelectrosplitting water for hydrogen production using illumination of
indoor lights. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research 7(11):57-67
72 | R a h a d i a n Z a i n u l
BAB III. AIR SEBAGAI SUMBER ENERGI
BARU
A. Air
Air merupakan senyawa bening, tidak berbau, dan tidak berasa. Pada suhu ruang
berwujud cair dengan titik didih 373.12 K dan titik leleh 273,15 K (Brini et al.,
2017). Sruktur molekul air terdiri dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen.
Atom-atom hidrogen tertarik pada satu sisi atom oksigen, menghasilkan molekul
air yang mempunyai muatan positif pada atom hidrogen dan muatan negatif
pada atom oksigen.
Satu molekul air, terdapat dua buah atom hidrogen yang bersifat elektro positif
yang berikatan dengan sebuah atom oksigen yang bersifat elektro negatif melalui
dua ikatan kovalen. Daya tarik menarik di antara kutub positif sebuah molekul
air dengan kutub negatif molekul air lainnya menyebabkan terjadinya ikatan
hidrogen antara molekul-molekul air (Sharp et al., 2001).
B. Elektrolisis Air
Elektrolisis air adalah peristiwa penguraian senyawa air (H2O) menjadi oksigen
(O2) dan hidrogen gas (H2) dengan menggunakan arus listrik. Pada katoda, dua
molekul air bereaksi dengan menangkap dua elektron, tereduksi menjadi gas H2
dan ion hidrokida (OH-). Sementara itu pada anoda, dua molekul air lain terurai
menjadi gas oksigen (O2), melepaskan 4 ion H+ serta mengalirkan elektron ke
73 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
katode. Ion H+ dan OH- mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali
beberapa molekul air (Rashid et al. 2015). Elektrolisis satu mol air menghasilkan
satu mol gas hidrogen dan setengah mol gas oksigen dalam bentuk diatomik.
Sebuah analisis yang rinci dari proses memanfaatkan potensi termodinamika dan
hukum pertama termodinamika. Proses ini berada di 298K dan satu tekanan
atmosfer, dan nilai-nilai yang relevan yang diambil dari tabel sifat
termodinamika. Faktor yang mempengaruhi elektrolisis air :
a. Kualitas Elektrolit
b. Suhu
c. Tekanan
d. Resistansi Elektroli
e. Material dari elektroda
f. Material pemisah
(Barca, 2012).
74 | R a h a d i a n Z a i n u l
Gambar 2.1 Prinsip Dasar Proses Elektrolisis
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
2 H2O(l) ——> 2 H2(g) + O2(g).................................. (1)
(Mun, Bergel, and Fe 2010)
Gas yang dihasilkan dari proses elektrolisis air disebut gas HHO atau
oxyhydrogen atau disebut juga Brown’s Gas. Brown (1974), dalam penelitiannya
melakukan elektrolisa air murni sehingga menghasilkan gas HHO yang
dinamakan dan dipatenkan dengan nama Brown’s Gas. Untuk memproduksi
Brown’s Gas digunakan elektroliser untuk memecah molekul-molekul air
menjadi gas(Roihatin 2015).
75 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Beda potensial yang dihasilkan oleh arus listrik antara anoda dan katoda
akan mengionisasi molekul air menjadi ion positif dan ion negatif. Pada katoda
terdapat ion postif yang menyerap elektron dan menghasilkan molekul ion H2,
dan ion negatif akan bergerak menuju anoda untuk melepaskan elektron
danmenghasilkan molekul ion O2. 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 ½ O2 + 2H+ + 2e- ................. (2)
di katoda : 2H+ + 2e-H2 ................. (3)
total : H2O H2 + ½ O2 ................. (4)
Elektrolit basa,
di katoda : 2H2O + 2e- H2 + 2OH- ................. (5)
di anoda : 2OH- ½ O2 + H2O + 2e- ................. (6)
total : H2O H2 + ½ O2 ................. (7)
Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk gelembung
pada elektroda dan dapat dikumpulkan. Prinsip ini kemudian dimanfaatkan
untuk menghasilkan hidrogen yang dapat digunakan sebagai bahan bakar
76 | R a h a d i a n Z a i n u l
kendaraan hydrogen. Dengan menyediakan energy dari baterai, Air (H2O) dapat
dipisahkan ke dalam molekul diatomik hidrogen (H2) dan oksigen (O2)(Marini et
al. 2012).
2.3.1 Elektrolit
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 dan sebaliknya (Keenan, 1984). Pada penelitian ini digunakan larutan
elektrolit yaitu campuran air (H2O) dan Natrium hidroksida (NaOH) yang
merupakan jenis basa yang tergolong elektrolit kuat. Penambahan larutan
elektrolit sebagai katalis pada proses elektrolisis akan menurunkan energi yang
dibutuhkan, sehingga laju reaksi pemecahan molekeul air menjadi cepat.
Bila larutan elektrolit dialiri arus listrik, ion-ion dalam larutan akan bergerak
menuju electrode dengan muatan yang berlawanan, melalui cara ini arus listrik
akan mengalir dan ion bertindak sebagai penghantar, sehingga dapat
menghantarkan arus listrik.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
77 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
pelepasan elektron dari suatu zat sedangkan reduksi adalah proses penangkapan
electron oleh suatu zat.
2.3.2 Elektroda
Elektroda merupakan susunan katoda dan anoda yang berperan dalam
pemisahan hidrogen dan oksigen. Katoda merupakan elektroda dalam sel
elektrokimia yang mengalami reduksi, dimana muatan positif bergerak kearah
katoda. dalam perangkat yang mengkonsumsi daya katoda bermuatan negatif
dan dalam perangkat yang menyediakan daya, katoda bermuatan positif. Muatan
negatif bergerak menuju anoda. Anoda bermuatan positif dalam perangkat yang
mengkonsumsi daya, dan anoda bermuatan negatif dalam perangkat yang
menyediakan daya. Pada anoda terjadi reaksi oksidasi, yaitu anion (ion negatif)
ditarik oleh anoda sehingga jumlah elektronnya berkurang atau bilangan
oksidasinya bertambah. Pada katoda terjadi reaksi reduksi, yaitu kation (ion
positif) ditarik oleh katoda dan menerima tambahan elektron, sehingga bilangan
oksidasinya berkurang (Rashid et al. 2015)
a. Anoda
Pada sel galvanik, anoda adalah tempat terjadinya oksidasi, bermuatan negatif
disebabkan oleh reaksi kimia yang spontan, elektron akan bermuatan negatif
disebabkan oleh reaksi kimia yang spontan, elektron akan dilepaskan oleh
elektroda ini. Pada sel elektrolisis, sumber eksternal tegangan didapat dari luar,
78 | R a h a d i a n Z a i n u l
sehingga anoda bermuatan positif apabila dihubungkan dengan katoda. Ion-ion
bermuatan negatif akan mengalir pada anoda untuk dioksidasi (Dogra,1990)
b. Katoda
Katoda merupakan elektoda tempat terjadinya reduksi. Katoda bermuatan positif
bila dihubungkan dengan anoda yang terjadi pada sel galvanik. Ion bermuatan
positif mengalir ke elektroda ini untuk direduksi oleh elektron-elektron yang
datang dari anoda. Pada sel elektrolisis, katoda adalah elektroda yang bermuatan
negatif. Ion-ion bermuatan positif (kation) mengalir ke elektroda ini untuk
direduksi. Dengan demikian, di sel galvanik, elektron bergerak dari anoda ke
katoda dalam sirkuit eksternal. (Bird,1993).
79 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Tabel 1 Nilai Potensial Reduksi Standar Beberapa Elektroda
2.3.3 Klasifikasi Elektrolisis Berdasarkan Elektrolit
2.3.3.1 Elektrolisis basa ( alkaline electrolysis)
Elektrolisis alkalin merupakan teknologi lama dalam proses elektrolisis.
Elektrolisis alkalin bekerja pada suhu rendah (60-800C) dengan tekanan 1 bar dan
200 bar . Elektrolit yang digunakan KOH dan NaOH dengan konsentrasi kira-
kira 20%-30%. Elektroda pada sel ini dipisahkan dengan diafragma yang terbuat
80 | R a h a d i a n Z a i n u l
dari asbes. (Rashid et al. 2015). Pengoperasian optimum arus yang digunakan
yaitu kurang dari 400 mA/ cm2, dan daya pemakaian untuk produksi gas H2
adalah sekitar 4,5-5,5 kWh/Nm3 dan dengan effisiensi sekitar 60% (Carmo et al.
2013). Pada sistem elektrolisis alkalin kedua elektrodanya dipisahkan dengan
sebuah diafragma. Diafragma yang digunakan juga harus dapat ditembus ion
hidroksida dan molekul air (Brini et al. 2017).
2.3.3.2 PEM
Elektrolisis PEM merupakan metoda elektrolisis pada lingkungan ionomer asam
(Chi and Yu 2018). PEM elektrolisis didasarkan pada Proton Exchange Membran
Fuel Cell (PEMFC). PEMFC memiliki rapat arus yang tinggi, mudah
didistribusikan dan beroperasi pada temperature rendah. Pada PEM, Air terbagi
menjadi oksigen, proton dan elektron pada satu elektroda (anoda) dengan
menerapkan tegangan DC lebih tinggi dari tegangan thermoneutral (1,82 V).
Proton melewati polimer elektrolit membran dan pada katoda bergabung dengan
elektron untuk membentuk hidrogen. Melewati proton melalui membran disertai
dengan transportasi air. (Barbir 2005).
C. Produksi Hidrogen Untuk Bahan Bakar
Hydrogen adalah unsur yang paling sederhana dan paling umum yang ada di
bumi. Hydrogen merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak
81 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
berbau, yang mempunyai kandungan energy per unit massa terbesar dibanding
bahan bakar yang lain. Hidrogen merupakan unsur paling melimpah di alam
(Nguyen & Jeffrey, 2018)
Hydrogen merupakan unsur yang biasanya terikat dengan unsur lain dalam suatu
senyawa seperti air (hydrogen berikatan dengan oksigen), gas metana (oksigen
berikatan dengan karbon), dan senyawa organic yang lain (Fujishima, A et al.,
1972).
Bahan bakar berbasis hidrogen menjadi salah satu sumber energi alternatif masa
depan yang ramah lingkungan karena tidak menghasilkan gas rumah kaca
sebagai gas buang hasil pembakarannya (Nguyen & Jeffrey, 2018). Bahan bakar
berbasis hidrogen juga memiliki energi lebih besar dari pada bahan bakar fosil.
Setiap pembakaran 1 g H2 dapat menghasilkan energi sebesar 122 kJ (Melián et
al., 2013).
D. Desain Reaktor Hidrogen
Generator HHO atau biasa disebut generator hidrogen merupakan sebuah alat
yang menggunakan proses elektrolisis untuk menghasilkan gas hidrogen. Gas
hidrogen yang dihasilkan dari proses tersebut dimanfaatkan sebagai bahan bakar.
Proses elektrolisis yaitu proses yang menggunakan reaksi kimia untuk memecah
molekul air menggunakan arus listrik. Pada proses elektrolisa air, molekul air
(H2O) dipecah menjadi unsur penyusun senyawanya yaitu hidrogen (H2) dan
Oksigen (O2). Alat elektrolisis umumnya terdiri atas elektroda-elektroda yang
82 | R a h a d i a n Z a i n u l
terbagi menjadi katoda dan anoda. Elektroda yang digunakan bersifat konduktor
listrik, sehingga arus listrik tersebut dapat dihantarkan menuju air. Adapun reaksi
yang terjadi pada elektroda-elektroda di alat elektrolisi yaitu, pada katoda dua
molekul air bereaksi dengan menangkap dua elektron, tereduksi menjadi gas H2
dan ion hidroksida (OH-). Sementara itu pada anoda, dua molekul air lain terurai
menjadi gas oksigen (O2), melepaskan 4 ion H+ serta mengalirkan elektron ke
katoda. Ion H+ dan OH- mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali
beberapa molekul air. (M. Farid, R.R. 2012).
Reaktor HHO (Hidrogen-Hidrogen-Oksigen)
2.4.1 Dry cell
Adalah generator HHO dimana sebagian elektrodanya tidak terendam elektrolit
dan elektrolit hanya mengisi celah-celah antara elektroda itu sendiri. Keuntungan
generator HHO tipe dry cell adalah :
Air yang di elektrolisa hanya seperlunya, yaitu hanya air yang terjebak diantara
lempengan cell.
Panas yang ditimbulkan relative kecil, karena selalu terjadi sirkulasi antara air
panas dan dingin di reservoir.
Arus listrik yang digunakan relatif lebih kecil, karena daya yang terkonversi
menjadi panas semakin sedikit (Dody dkk., 2013).
83 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
2.4.2 Wet cell
Adalah generator HHO dimana semua elektrodanya terendam cairan elektrolit di
dalam sebuah bejana air. Pada tipe wet cell atau tipe basah, semua area luasan
elektroda platnya terendam air untuk proses elektrolisis menghasilkan gas HHO.
Sehingga luasan elektrolisis tersebut sama dengan luasan setiap plat yang
digunakan yaitu berdimensi 80 mm x 80 mm. Keuntungan generator gas HHO
tipe wet cell adalah gas yang dihasilkan umumnya lebih banyak dan stabil,
perawatan generator lebih mudah serta rancang bangun pembuatan generator
HHO lebih mudah (Yanur & Djoko, 2013).
2.5 Aluminium (Al)
Aluminium merupakan unsur logam golongan III A yang berwarna putih
mengkilat dan diudara aluminium merupakan logam yang tahan karat. Logam
putih liat ini yang dapat ditempa dan bubuknya berwarna abu-abu dan melebur
pada suhu 109°C. Pada saat tekanan udara tinggi, aluminium akan teroksidasi
pada permukaannya, tetapi lapisan oksidasi ini melindungi aluminium dari
oksidasi lanjutan. Massa jenis logam ini 2,7 gr/cm3 serta mempunyai kerapatan
yang rendah ( Ta’minuddin, 2007).
Tabel 2 Sifat Fisik Aluminium
84 | R a h a d i a n Z a i n u l
2.6 Tembaga (Cu)
Tembaga (Cu) adalah salah satu logam dari golongan dengan nomor atom 29;
berat atom 63.546; diameter 8.92; adalah titik lebur 1083°C; titik didih 2310°C;
jari-jari atom 1.173Å; sedangkan jari-jari ion 0.96Å. Cu merupakan logam
transisi yang berwarna jingga kemerahan tidak reaktif terhadap asam-asam encer
seperti HCl dan H2SO4 encer kecuali HNO3 dan H2SO4 pekat yang dipanaskan.
Senyawa Cu (II) lebih stabil dalam larutan. Logam Cu dapat bersifat racun
apabula bereaksi dengan larutan asam atau zat kimia lain dan membentuk ion
Cu(II) (Arsyad, 2001).
Ada dua deret senyawa tembaga. Senyawa-senyawa tembaga (I) diturunkan dari
senyawa tembaga (I) oksida (Cu2O) yang berwarna merah, dan mengandung ion
tembaga (I), Cu+. Senyawa-senyawa ini tak berwarna, kebanyakan garam
85 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
tembaga (I) tak larut dalam air, perilakunya mirip perilaku senyawa perak (I).
Senyawa tembaga (I) mudah dioksidasikan menjadi senyawa tembaga (II), yang
dapat diturunkan dari tembaga (II) oksida, CuO, hitam. Garam-garam tembaga
(II) umumnya berwarna biru, baik dalam bentuk hidrat, padat, maupun dalam
larutan air. Warna ini benar-benar khas hanya untuk tetraakuo kuprat (II)
[Cu(H2O)4]2+ saja. Garam-garam tembaga (II) anhidrat, seperti tembaga (II) sulfat
anhidrat CuSO4, berwarna putih (atau sedikit kuning). Dalam larutan air selalu
terdapat ion kompleks tetraakuo (Vogel, 1990)
E. Referensi
Acar, Canan, Ahmet Beskese, and Gül Tekin Temur. 2018. ―Sustainability
Analysis of Different Hydrogen Production Options Using Hesitant Fuzzy
AHP.‖ International Journal of Hydrogen Energy 1–18.
Arsyad, M. Natsir. 2001. Kamus Kimia Arti dan Penjelasan Istilah. Jakarta :
Gramedia.
Ayodele, Bamidele Victor, Alia Aqilah Ghazali, Mohamed Yazrul Mohd Yassin,
and Sureena Abdullah. 2018. ―Optimization of Hydrogen Production by
Photocatalytic Steam Methane Reforming over Lanthanum Modified Titanium
(IV) Oxide Using Response Surface Methodology.‖ International Journal of
Hydrogen Energy (Iv):1–11.
86 | R a h a d i a n Z a i n u l
Barbir, Frano. 2005. ―PEM Electrolysis for Production of Hydrogen from
Renewable Energy Sources.‖ Solar Energy 78(5):661–69.
Brady, J. E. 1999. Kimia Universitas Asas dan Struktur. Binarupa Aksara.
Bandung
Brini, Emiliano, Christopher J. Fennell, Marivi Fernandez-Serra, Barbara Hribar-
Lee, Miha Lukšič, and Ken A. Dill. 2017. ―How Water’s Properties Are
Encoded in Its Molecular Structure and Energies.‖ Chemical Reviews
117(19):12385–414.
Carmo, Marcelo, David L. Fritz, Jürgen Mergel, and Detlef Stolten. 2013. ―A
Comprehensive Review on PEM Water Electrolysis.‖ International Journal of
Hydrogen Energy 38(12):4901–34.
Chi, Jun and Hongmei Yu. 2018. ―Water Electrolysis Based on Renewable
Energy for Hydrogen Production.‖ Chinese Journal of Catalysis 39(3):390–94.
de Fatima Palhares, Dayana D. Ar., Luiz Gustavo Martins Vieira, and Joao
Jorge Ribeiro Damasceno. 2018. "Hydrogen Production by a Low-Cost
Electrolyzer Developed through the Combination of Alkaline Water Electrolysis
and Solar Energy Use." International Journal od Hydrogen Energy 43(9):4746-53.
Dody Wiryawan; Denny Widhiyanuriyawan; Nurkholis Hamidi. 2013.
Pengaruh Variasi Arus Listrik Terhadap Produksi Brown’s Gas Pada
Elektroliser. Malang: Universitas BrawijayaFarsak, Murat and Gülfeza Kardaş.
87 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
2018. ―Effect of Current Change on Iron-Copper-Nickel Coating on Nickel Foam
for Hydrogen Production.‖ International Journal of Hydrogen Energy 6–11.
Gahleitner, Gerda. 2013. "Hydrogen from Renewable Electricity: An
Internationational Review of Power-to-Gas Pilot Plants for Stationary
Applications." International Journal of Hydrogen Energy 38(5):2039-61
Gonzales, Ralph Rolly, Jun Seok Kim, and Sang Hyoun Kim. 2018.
―Optimization of Dilute Acid and Enzymatic Hydrolysis for Dark Fermentative
Hydrogen Production from the Empty Fruit Bunch of Oil Palm.‖ International
Journal of Hydrogen Energy 1–12.
Ismail, Tamer M., Khaled Ramzy, M. N. Abelwhab, Basem E. Elnaghi, and M.
Abd El-salam. 2018. ―Performance of Hybrid Compression Ignition Engine
Using Hydroxy ( HHO ) from Dry Cell.‖ Energy Conversion and Management
155(September 2017):287–300.
Keenan, Charles W.1984.Kimia untuk Universitas .Jakarta : Erlangga.
2Kova, Ankica, Doria Marciu, and Luka Budin. 2018. ―ScienceDirect Solar
Hydrogen Production via Alkaline Water Electrolysis.‖ (xxxx).
Li, Xin, Jiaguo Yu, Jingxiang Low, Yueping Fang, Jing Xiao, and Xiaobo Chen.
2015. ―Engineering Heterogeneous Semiconductors for Solar Water Splitting.‖
Journal of Materials Chemistry A 3(6):2485–2534.
88 | R a h a d i a n Z a i n u l
Liao, Chi-Hung, Chao-Wei Huang, and Jeffrey C. S. Wu. 2012. ―Hydrogen
Production from Semiconductor-Based Photocatalysis via Water Splitting.‖
Catalysts 2(4):490–516.
Marini, Stefania, Paolo Salvi, Paolo Nelli, Rachele Pesenti, Marco Villa, Mario
Berrettoni, Giovanni Zangari, and Yohannes Kiros. 2012. ―Electrochimica Acta
Advanced Alkaline Water Electrolysis.‖ Electrochimica Acta 82:384–91.
Mun, Leonardo De Silva, Alain Bergel, and Damien Fe. 2010. ―Hydrogen
Production by Electrolysis of a Phosphate Solution on a Stainless Steel
Cathode.‖ 5:2–9.
Nguyen, Van-Huy and Jeffrey C. S. Wu. 2018. ―Recent Developments in the
Design of Photoreactors for Solar Energy Conversion from Water Splitting and
CO 2 Reduction.‖ Applied Catalysis A: General 550(August 2017):122–41.
R. Zainul, A. Alif, H. Aziz, and S. Arief, "Journal of Chemical and Pharmatical
Research, 2015, 7 (11): 57-67 Research Article Photoelectrosplitting water for
hydrogen production using illumination of indoor lights," vol. 7, no. 11, pp. 57-
67, 2015
Rashid, Mamoon, Mohammed K. Al Mesfer, Hamid Naseem, and Mohd
Danish. 2015. ―Hydrogen Production by Water Electrolysis : A Review of
Alkaline Water Electrolysis , PEM Water Electrolysis and High Temperature
89 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Water Electrolysis.‖ International Journal of Engineering and Advanced Technology
4(3):80–93.
Rivai Harrizul. 1995. Asas Pemeriksaan Kimia. Jakarta: Penerbit UI Press.
Roihatin, Anis. 2015. ―ANALISIS PRODUKTIVITAS GAS HHO
MENGGUNAKAN ELEKTROLISER TIPE WET CELL DENGAN
VARIASI LUAS PENAMPANG DAN KONSENTRASI KOH.‖ (1974):133–
38.
Svehla,G. 1985. VOGEL I : Buku Teks Analisis Kualitatif Makro dan
Semimikro. Jakarta: P.T. Kalman Media Pustaka.
Tentu, Rama Devi and Suddhasatwa Basu. 2017. ―Photocatalytic Water Splitting
for Hydrogen Production.‖ Current Opinion in Electrochemistry 5(1):56–62.
Vincent, Immanuel, Bokkyu Choi, and Masateru Nakoji. 2018. ―ScienceDirect
Pulsed Current Water Splitting Electrochemical Cycle for Hydrogen
Production.‖ International Journal of Hydrogen Energy 1–9.
Vogel, 1990, Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro, Jakarta : PT.
Kalman Media Pustaka.
Yanur & Djoko. 2013. Studi Karakteristik Generator Gas HHO Tipe Dry Cell
dan Wet Cell berdimensi 80 х 80 mm dengan Penambahan PWME-3 FF
(1KHz). Surabaya: ITS.
90 | R a h a d i a n Z a i n u l
Yuan, Yu-Peng., Lin-Wei Ruan., James Barber., Say Chye Joachim Loo., dan
Can Xue. 2014. ―Hetero-Nanostructured Suspended Photocatalysts for Solar-to-
Fuel Conversion‖. Energy Environ. Sci
91 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
BAB IV. DISAIN DAN REKAYASA
REAKTOR HIDROGEN
A. Pendahuluan
Kebutuhan energi terbarukan bagi peradaban manusia semakin meningkat. Hal
ini disebabkan bertambahnya populasi umat manusia. Konsumsi energi yang semakin
waktu semakin meningkat, sementara ketersedian energi belum memadai. Oleh sebab
itu, pengembangan teknologi pengkonversi energi menjadi alternatif bagi masa depan
energi dunia. Dalam hal inilah peranan ilmuwan dan rekayasawan dalam membuat
berbagai analisa dan disain terhadap sistem teknologi diperlukan[1-3].
Salah satu sumber energi terbarukan adalah dari cahaya tampak, terutama pada
cahaya yang masuk dalam ruangan dan cahaya dari penyinaran lampu neon atau
ruangan[4-7]. Cahaya ini lebih dikenal sebagai cahaya ruang yang berintensitas rendah.
Para ilmuwan mulai melakukan kajian bagaimana meningkatkan kemampuan cahaya
ruang yang berintensitas rendah tersebut untuk dikonversi menjadi energi listrik. Salah
satunya dengan membuat disain dan rancangan terhadap peralatan pengkonversi energi
cahaya ruang menjadi energi listrik[8].
Rancangan alat yang dapat dibuat adalah Fotoreaktor planar dengan dinding
kaca.[9] Pada penelitian sebelumnya, penerapan fotoreaktor cahaya ruang mulai
ditelaah pada tahun 2015, dengan pengembangan sel fotovoltaik dari pelat tembaga
melalui proses kalsinasi[4,5]. Pada proses ini, plat tembaga akan bertransformasi
menjadi semikonduktor Cu2O[10], sehingga dapat menyerap cahaya dengan intensitas
rendah dan selanjutnya bisa dikonversi menjadi energi listrik. Pada penelitian lainnya,
92 | R a h a d i a n Z a i n u l
energi cahaya ruang ini telah dapat dipakai pada pembelahan air untuk memproduksi
gas hidrogen[11].
Dalam riset ini, penelitian dilakukan dengan analisis pada fotoreaktor planar
yang didisain untuk aplikasi fotoreaktor cahaya ruang. Pada disain yang dibuat, ditelaah
ukuran, luas permukaan dan interaksi foton yang terjadi dengan sistem fotovoltaik
planar yang dikembangkan.
B. Disain dan Pembuatan Model Sel PV
Sebelum kami melakukan perancangan desain pada bidang planar, terlebih
dahulu kami jelaskan apa yang dimaksud bidang planar. Bidang planar adalah bidang
datar dengan sisi yang tidak saling memotong (bersilangan) sudut satu dengan sudut
yang lain[6].
Rancangan sel fotovoltaik (PV) dibuat dengan model sketsa gambar reaktor
geometri pada bidang ruang planar. Pada Rancangan ini bagian dalam nya terdapat
celah kecil dengan jarak 5 mm ke arah sisi luar dan sisi dalam. Elektrolit akan
dimasukan kedalam celah tersebut yang dinamakan dengan bulk atau reaktor. Pada satu
sisi planar terdapat 2 buah bulk yang bersisian. Design atau rancangan sel PV dibuat
dengan model planar dapat dilihat pada Gamabar 1.
93 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Gambar 1. Skema dan design sel fotoreaktor planar
C. Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan sketsa yang dibuat, perhitungan dilakukan dengan
mengkalkulasikan berapa permukaan yang akan berinteraksi dengan foton. Dari gambar
1, volume dari ruang Fotoreaktor Planar dapat dikalkulasi dengan menggunakan
rumus trigonometri serta aturan cosinus untuk menghitung luas permukaan. Pada posisi
ini, di tengah ruang ditempatkan satu titik sumber cahaya, yang berhadapan langsung
dengan fotoreaktor planar, dan sinar akan menabrak ke seluruh permukaan.
Perhitungan dilakukan dengan ukuran tinggi bangun ruang planar 40 cm, dan
lebar 18 cm (9 cm x 2 bulk) serta ketebalan 15 mm (5 mm depan, 5 mm celah dan 5 mm
belakang). Dengan formula, luas bangun Lempeng Kaca dalam (1 Lempeng Bulk),
94 | R a h a d i a n Z a i n u l
yakni 2 (p x l + pxt + lxt), maka 2 (18x 1,5+ 18x 40+ 1,5x40), sehingga diperoleh luas
sebesar 1.614 . Dengan demikian, maka luas total Lempeng bulk menjadi 2 x 1.614 atau sebesar = 3.228.
Kompartemen yang dipakai pada Fotoreaktor antara lain, perekat kaca bulk
bentuk kubus, seperti terlihat pada gambar 2 a. Penyangga balok berbentuk kubus seperti
terlihat pada gambar 2 b, yang memiliki jarak celah 1.5 cm. Pada rancangan ini luas
kubus (lk) dan luas kubus penyangga dapat dihitung dengan operator 6 luas sisi ( 6 s2).
Luas kubus menjadi 6 (2,25) cm atau seluas 13.5 cm2 dan luas kubus (penyangga) = 4
(LK) = 4 (13.5 cm2) = 54 cm2.
Gambar 2. Kompartemen Fotoreaktor Planar
Analisis Kontak Foton
Interaksi cahaya ruang pada fotoreaktor sangat ditentukan oleh kontak antara
permukaan panel reaktor pada Fotoreaktor Planar dengan foton yang berasal cahaya
ruang. Cahaya ruang bersumber dari cahaya yang datang dari cahaya matahari yang
terdifraksi dan terpantulkan oleh berbagai media dan batas pada permukaan. Cahaya
ruang juga bisa bisa bersumber dari iluminasi lampu neon dan sumber penerangan
dalam ruangan[6,7,12,13].
95 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Analisis yang paling penting adalah luas permukaan elektron untuk reaksi foton,
yang dikalkulasikan dengan (s – 8) (t – 4).n. Berdasarkan formula ini, maka (18 cm – 8)
(40 cm – 4). 2 sehingga diperoleh hasil kalkulasinya sebesar 720 cm2. Sementara, luas
permukaan untuk reaksi elektrolit = (s – 4) . 40cm. N, maka diperoleh 1.120 cm2. Pada
analisis fotoreaktor planar, permukaan reaktor dapat dianalisis dengan perhitungan
berikut :
Luas Permukaan Reaktor = x r2 x sin
Berdasarkan analisis ini, maka luas permukaan fotoreaktor adalah 238,01 cm2.
Sedangkan, luas permukaan planar 476.03 cm2 . Volume bidang planar dikalkulasikan
dengan luas planar x tinggi, sehingga dengan formula = x
x t maka
diperoleh volume 19.041,48cm3
Pada fotoreaktor dengan sketsa model planar kedua yang memiliki tinggi 36.4
cm dan lebar 4 cm serta ketebalan (0.2 mm + 0.28 mm + 0.4 mm). Di tengah tuang
ditempatkan satu titik sumber cahaya yang akan memancarkan sinarnya ke seluruh
bagian permukaan. lebar 4 cm, maka dengan dua bulk, menjadi 8 cm. Ketebalan (0.2
mm + 0.28 mm + 0.4 mm) sebesar 0,88 mm atau 0,088 cm. Berdasarkan ini maka
analisis disainnya menghasilkan luas bangun Lempeng Kaca dalam (1 Lempeng Bulk)
sebesar 648,454 .
Analisis lanjutan, luas total Lempeng bulk adalah 2 x Luas lempeng Kaca, yakni
2 x 1.296,908 atau 2.593,816. Luas kubus 6 s2 yakni sebesar 0,046 cm2.
96 | R a h a d i a n Z a i n u l
L.Kubus (penyangga) = 4 x Lk menjadi 4 x 0,046 cm2 atau sebesar 0,184 cm2.
Luas permukaan elektron untuk reaksi foton (s – 8) (t – 4) . n = ( 8 cm – 8) (36,4 cm – 4).
2 atau sebesar 64,8 cm2. Luas permukaan untuk reaksi elektrolit (s – 4) . 36,4 cm. n = ( 8
cm – 4) . 36,4cm . 2 atau sebesar 291,2 cm2. Luas permukaan reaktor 1,88064 cm2, dan
Luas Bidang Planar sebesar 376.128 cm2 serta Volume Bidang Planar 13.69159,2 cm3.
D. Kesimpulan
Fotovoltaik Planar yang dibuat memiliki ukuran lebar 9 cm dan tinggi 40 cm,
menggunakan material kaca dengan ketebalan 3 mm. Dari hasil kalkulasi matematik,
diketahui luas permukaan kontak foton dan permukaan planar mencapai 720 cm2 dan
luas permukaan kontak elektrolit dengan foton mencapai 1.120 cm2. Volume panel yang
akan menempati reaktor adalah 19.041,48cm3
E. Referensi
[1] Newman J, Bonino C A, Trainham J A 2018 The Energy Future, Annual review
of chemical and biomolecular engineering 9 153-174
[2] Chen J G, Crooks R M, Seefeldt L C, Bren K L, Bullock R M, Darensbourg M
Y, Holland P L, Hoffman B, Janik M J, Jones A K, Kanatzidis M G, King P, Lancaster
K M, Lymar S V, Pfromm P, Schneider W F, Schrock R R 2018 Beyond fossil fuel-
driven nitrogen transformations, Science 360
97 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
[3] Artz J, Muller T E, Thenert K, Kleinekorte J, Meys R, Sternberg A, Bardow A,
Leitner W 2018 Sustainable Conversion of Carbon Dioxide: An Integrated Review of
Catalysis and Life Cycle Assessment, Chem Rev 118 434-504
[4] Zainul R, Alif A, Aziz H, Arief S, Dradjad S, Munaf E 2015 Design of
Photovoltaic Cell with Copper Oxide Electrode by Using Indoor Lights, Research Journal
of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences 6(4) pp. 353-361
[5] Zainul R, Alif A, Aziz H, Arief S, Darajat S 2015 Modifikasi dan Karakteristik
I-V Sel Fotovoltaik Cu2O/Cu-Gel Na2SO4 Melalui Iluminasi Lampu Neon, Eksakta
Berkala Ilmiah Bidang MIPA 15 50-56
[6] Zainul R, Alif A, Aziz H, Arief S 2015 Disain Geometri Reaktor Fotosel
Cahaya Ruang, Jurnal Riset Kimia 8 131-142
[7] Zainul R 2016 Design and Modification of Copper Oxide Electrodes for
Improving Conversion Coefficient Indoor Lights (PV-Cell) Photocells Der Pharma
Chemica 8 pp. 388-395
[8] Bard A J 1982 Design of Semiconductor Photoelectrochemical Systems for
Solar Energy Conversion, The Journal of Physical Chemistry 86 172-177
[9] Zainul R 2015 Disain dan Modifikasi Kolektor dan Reflektor pada Panel Surya
Al/Cu2O-Gel Na2SO4, Research Report, LP2M Universitas Negeri Padang
[10] Zainul R, Oktavia B, Dewata I, Efendi J 2018 Thermal and Surface Evaluation
on The Process of Forming a Cu2O/CuO Semiconductor Photocatalyst on a Thin
Copper Plate, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 335 012039
98 | R a h a d i a n Z a i n u l
[11] Zainul R, Alif A, Aziz H, Yasthopi A, Arief S, Syukri 2015
Photoelectrosplitting Water for Hydrogen Production Using Illumination of Indoor
Lights, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research 7(11) pp. 57-67
[12] Zainul R, Alif A, Aziz H, Arief S, Darajat S 2015 Modifikasi dan Karakteristik
I-V Sel Fotovoltaik Cu2O/Cu-Gel Na2SO4 Melalui Illuminasi Lampu Neon, Eksakta
Berkala Ilmiah Bidang MIPA 2 50
[13] Zainul R 2015 Disain dan Modifikasi Kolektor dan Reflektor Cahaya pada
Panel Sel Surya Al/Cu2O-Gel Na2SO4, Research Report, LP2M Universitas Negeri Padang
99 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
BAB V. DISAIN DAN REKAYASA
REAKTOR ELEKTROLISER (SEL
EC)
A. Pendahuluan
Energi menjadi perhatian dunia saat ini. Keterbatasan sumber energi fosil
menyebabkan manusia mencari sumber alternatif baru. Salah satunya adalah
sumber dari energi alam yang berlimpah, seperti angin, cahaya, ombak dan
biomassa lainnya. Sumber energi yang unggul di masa depan, berpatokan kepada
prinsip ekonlogis dan ekonomis[1]. Hal ini berarti sumber energi masa depan
haruslah ramah bagi lingkungan dan murah, sehingga dampak dari kemajuan
teknologi bisa membuat perubahan peradaban manusia menjadi lebih baik[2,3].
Salah satu energi yang ramah bagi lingkungan adalah Energi Hidrogen[1].
Berbagai riset tentang hidrogen telah banyak dikembangkan. Salah satunya
adalah dengan teknik pembelahan air dengan menggunakan fotoreaktor tandem
PV-EC[4]. Pada aplikasinya, pengembangan ini banyak dilakukan dengan
memodifikasi material elektroda dan permukaan semikonduktor yang digunakan
100 | R a h a d i a n Z a i n u l
sebagai fotokatalis[5-9]. Misalnya, disain dan modifikasi tembaga oksida yang
telah banyak dilakukan oleh para kimiawan.
Dalam riset ini, peneliti melakukan disain tentang elektroda pada bagian
EC (Elektroliser) yang dipakai sebagai tandem dalam Fotoreaktor PV-EC. Disain
yang dilakukan secara teoritis untuk mendapatkan konstak atau interaksi
molekul air dan permukaan elektroda sehingga menghasilkan gas hidrogen yang
optimal. Dengan prinsip ini, dilakukan analisis pada rancangan dan model
elektroda trapping secara komputasi dan manual. Berdasarkan inilah, diharapkan
optimasi matematis dalam disain (model) elektroda trapping, dapat
dikembangkan untuk aplikasi pada pembangunan Fotoreaktor tandem PV-EC.
B. Disain dan Pembuatan Model Elektroda Trapping
Disain elektroda traping dilakukan dengan pemodelan atau komputasi.
Dilakukan pembuatan disain berdasarkan secara skematis, dan kemudian analisis
terhadap gambar yang dibuat sebagai pertimbangan dalam pengembangan
elektroda yang akan dibuat. Elektroda traping yang dibuat diukur luas pemukaan
kontak elektron, distribusi elektron dan tabrakan dengan molekul air sehingga
terjadinya pembelahan air[6].
C. Pengukuran dan Analisis Elektroda Trapping
101 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Analisis disain model dilakukan secara matematis terhadap luas kontak.
Analisis dilakukan dengan perhitungan manual dan kalkulasi matematis. Skema
manual dari elektroda trapping ini dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Skema manual disain elektroda traping
D. Hasil dan Pembahasan
Elektroda Trapping Model 1
Pada model ini, ukuran tinggi yang diberikan adalah 10 cm, ketebalan 0.2
mm dengan jarak antar silet adalah 5 mm. Model elektroda ini menggunakan
penampang atau penyangga plat Aluminium dengan silet yang menumpuk pada
102 | R a h a d i a n Z a i n u l
plat. Jumlah silet yang terdapat di plat adalah 18 buah. Karena jarak antar silet
hanya 5 mm saja, maka silet yang tergambarkan menjadi sedikit dan terlihat
berdempetan seperti terlihat pada gambar 2.
Gambar 2. Model 1 Elektroda Traping, model mata silet (a) dan tampak samping (b)
Pada disain ini panjang penyangga utama (Al) adalah 10 cm, tebal
penyangga Al 0.2 mm (0.02 cm), serta diameter penyangga = 1 cm. Luasnya =
Luas atas + luas bawah + luas kanan + luas kiri + luas depan + luas belakang,
sehingga berdasakan perhitungan (1 cm x 0.02 cm) + (1 cm x 0.02 cm) + (10 cm
x 0.02 cm) + (10 cm x 0.02 cm) + ( 10 cm x 1 cm) ( 10 cm x 1 cm). Berdasarkan
analisis matematis, maka luas penyangga sebesar 20.44 cm2. Luas Penyangga
utama Al dapat dianalisis dengan cara yang sama. Luasnya menjadi panjang x
lebar, yakni 10 cm2.
Elektroda Trapping Model 2
Model kedua ini adalah desain elektroda traping model 6 dengan tinggi 10
cm dan ketebalan 0.4 mm. Jarak antara silet sebesar 5 mm. sehingga untuk
103 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
pengukuran luas kontak silet dan luas penampang masih menggunakan rumus
yang sama. Karena model kedua hanya berbeda ketebalannya saja, tetapi jumlah
silet yang digambarkan sama yakni 18 silet sehingga jaraknya sangat tipis atau
dekat sekali. Akan tetapi, pada gambar dari sumber referensi, yang menumpuk
pada plat bukanlah silet melainkan sebuah kawat stainless yang meliliti plat.
Pada elektroda model ini dapat dicari luas permukaan kontak utama
tanpa komponen elektroda tambah (plat-plat kecil). Panjang penyangga utama
(Al) 10 cm dan tebal penyangga Al 0.4 mm (0.04 cm), serta diameter penyangga
1 cm. Berdasarkan ini, maka Luas penyangga elektroda Al dikalkulasikan sebesar
20.88 cm2 dan luas Penyangga utama Al sebesar 10 cm2.
Elektroda Trapping Model 3
Pada elektroda traping model 6 ini di desain dengan ukuran tinggi 20 cm,
ketebalan 0.2 mm, jarak antar silet 5 mm. Bahan yang di gunakan adalah plat
Aluminium dengan silet yang diletakkan pada plat tersebut. Pada model ini
jumlah silet yang tertata yakni 38 silet. Sehingga jarak antar silet itu sangat dekat
atau tipis dan tidak mencapai kebawah plat jika menggunakan aplikasi pembuat
gambar. Akan tetapi, pada gambar dari sumber referensi, yang menumpuk pada
plat bukanlah silet melainkan sebuah kawat stainless yang meliliti plat.
104 | R a h a d i a n Z a i n u l
Gambar 3. Elektroda Trapping Model 3
Pada elektroda model ini dapat dicari luas permukaan kontak utama
tanpa komponen elektroda tambah (plat-plat kecil). Panjang penyangga utama
(Al) 20 cm dan tebal penyangga Al 0.2 mm (0.02 cm), serta diameter penyangga
1 cm. Berdasarkan kalkulasi ini, luas penyangga elektroda Al adalah 40.82 cm2
dan luas Penyangga utama Al adalah 20 cm2
Elektroda Trapping Model 4
Pada desain elektroda trapping model 4ini mempunyai ukuran tinggi 20
cm, ketebalan 0.4 mm dan jarak antar silet nya 5 mm. Bahan yang digunakan
masih sama,yakni Aluminium dan silet. Karena pada model ini tingginya 20 cm,
maka jumlah silet yang ada 38 buah. Sehingga jarak antar silet itu sangat dekat
atau tipis dan tidak mencapai kebawah plat, jika menggunakan aplikasi
pembuatan gambar seperti terlihat pada Gambar 4. Akan tetapi, pada gambar
dari sumber referensi, yang menumpuk pada plat bukanlah silet melainkan
sebuah kawat stainless yang meliliti plat.
Pada elektroda model ini dapat dicari luas permukaan kontak utama
tanpa komponen elektroda tambah (plat-plat kecil). Panjang penyangga utama
105 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
(Al) 20 cm dan tebal penyangga Al 0.2 mm (0.04 cm) serta diameter penyangga
1 cm. Berdasarkan perhitungan ini, maka luas penyangga elektroda Al adalah
41.68 cm2 dan luas penyangga utama Al adalah 20 cm2.
Gambar 4. Model elektroda traping, tampak atas (a), tampak samping (b,c)
Model traping yang dikembangkan ini dapat menjadi pertimbangan
dalam pembuatan reaktor hidrogen yang dikembangkan. Dengan analisis
geometris, dapat diketahui model 4 memiliki luas kontak paling besar, sehingga
peluang terjadinya interaksi antara molekul air dan elektron pada permukaan
elektroda semakin besar
E. Kesimpulan
Disain elektroda model trapping, memberikan luas permukaan kontak
yang berbeda beda. Pada model 1, 2, 3 dan 4, dihasilkan luas permukan yang
bervariasi berdasarkan ukuran dan model yang dikembangkan. Model 4 memiliki
106 | R a h a d i a n Z a i n u l
luas kontak paling besar yakni 41.68 cm2 dan menjadi elektroda model trapping
yang terbaik dari ke empat model yang dikembangkan. Analisis ini bisa
dikembangkan dalam pembuatan generator hidrogen pada Fotoreaktor tandem
PV-EC.
F. Referensi
[1] Newman J, Bonino C A, Trainham J A 2018 The Energy Future, Annual review
of chemical and biomolecular engineering 9 153-174
[2] Artz J, Muller T E, Thenert K, Kleinekorte J, Meys R, Sternberg A, Bardow A,
Leitner W 2018 Sustainable Conversion of Carbon Dioxide: An Integrated Review of
Catalysis and Life Cycle Assessment, Chem Rev 118 434-504
[3] Chen J G, Crooks R M, Seefeldt L C, Bren K L, Bullock R M, Darensbourg M
Y, Holland P L, Hoffman B, Janik M J, Jones A K, Kanatzidis M G, King P, Lancaster
K M, Lymar S V, Pfromm P, Schneider W F, Schrock R R 2018 Beyond fossil fuel-
driven nitrogen transformations, Science 360
[4] Zainul R, Alif A, Aziz H, Yasthopi A, Arief S, Syukri 2015
Photoelectrosplitting Water for Hydrogen Production Using Illumination of Indoor
Lights, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research 7(11) pp. 57-67
[5] Zainul R 2016 Design and Modification of Copper Oxide Electrodes for
Improving Conversion Coefficient Indoor Lights (PV-Cell) Photocells Der Pharma
Chemica 8 pp. 388-395
107 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
[6] Zainul R, Alif A, Aziz H, Arief S 2015 Disain Geometri Reaktor Fotosel
Cahaya Ruang, Jurnal Riset Kimia 8 131-142
[7] Zainul R, Alif A, Aziz H, Arief S, Darajat S 2015 Modifikasi dan Karakteristik
I-V Sel Fotovoltaik Cu2O/Cu-Gel Na2SO4 Melalui Iluminasi Lampu Neon, Eksakta
Berkala Ilmiah Bidang MIPA 15 50-56
[8] Zainul R, Alif A, Aziz H, Arief S, Dradjad S, Munaf E 2015 Design of
Photovoltaic Cell with Copper Oxide Electrode by Using Indoor Lights, Research Journal
of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences 6(4) pp. 353-361
[9] Zainul R, Oktavia B, Dewata I, Efendi J 2018 Thermal and Surface Evaluation
on The Process of Forming a Cu2O/CuO Semiconductor Photocatalyst on a Thin
Copper Plate, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 335 012039
108 | R a h a d i a n Z a i n u l
BAB VI. REKAYASA GENERATOR
HIDROGEN SANDWICH 4/4
BERBASIS GARAM NATRIUM
ASETAT
A. Pengantar
3.1 Tempat dan Watu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan selama 3 bulan, yaitu dari bulan April sampai Juni
2019 di Laboratorium Penelitian Kimia Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Padang.
3. 2 Objek Penelitian
Objek penelitian ini adalah air (H2O), CH3COONa 0.01M, NH4Cl, plat Al
(0,7mm) dan plat Cu (0,5 mm)
3.3 Jenis Penelitian
Jenis penelitian yang dilakukan adalah penelitian eksperimen
3.4 Variabel Penelitian
109 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Variabel bebas pada penelitian ini jumlah variasi plat elektroda dan variasi kuat
arus yang diberikan. Variable terikat pada penelitian ini adalah Volume Gas
HHO yang dihasilkan. Variable kontrol pada penelitian ini adalah Reaktor,
Power Supply, Larutan elektrolit, Paking.
3.5 Alat dan Bahan
Adapun alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah:
3.5.1 Alat
Alat yang digunakan untuk membuat reaktor elektrolisis H2O: Alumunium (0,7
mm) dan Tembaga (0,5 mm) akrilik, soket, baut 13, gergaji, bor, selang, paking
tebal 2 mm, tabung.
3.5.2 Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah larutan CH3COONa 0.01M,
NH4Cl 0.01M, Aquades dan Aseton.
B. Prosedur Kerja Penelitian
3.6.1 Preparasi Elektroda
Plat logam Cu (0, 5 mm) dan plat logam alumunium (0.7 mm) yang
berbentuk lembaran dipotong dengan ukuran lebar 10 cm dan panjang 10 cm
sebanyak 12 lembar. Kemudian, plat di lubangi sebagai tempat pemasangan baut
dan tempat saluran gas. Cuci plat menggunakan aseton untuk menghilangkan
110 | R a h a d i a n Z a i n u l
kontaminan bahan organik dan zat pengotor yang dapat menganggu jalannya
elektrolisis.
Gambar 3.1 Desain Elektroda
3.6.2 Perakitan Reaktor
Persiapkan alat dan bahan berupa reaktore yang dirakit dengan variasi 8,
10, 12 plat elektroda. Kemudian siapkan power supply yang siudah dipasang
kabel colokan dan kabel penjepit. Siapkan aquades, larutan elektrolit CH3-
COONa 0.01 M dan NH4Cl 0.01 M masing masingnya 500 mL untuk
dimasukkan kedalam tabung penampung elektrolit secara bergantian. Persiapkan
gelas ukur dengan wadah gelas kimia sebagai alat ukur volume gas hidrogen
yang dihasilkan. Pasangkan selang pada masing masing soket lalu masukan
selang dari reaktor kedalam gelas ukur yang berisi air. Tabung penampung
111 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
larutan elektrolit diberi arus lsitrik DC yang bersumber dari power supply untuk
mereaksikan larutan.
Gambar 3.2 Desain Reaktor (1. Baut, 2. Penampang Akrilik, 3. Tabung Penampung
Eektrolit, 4. Soket, 5. Penampang Plat Elektroda)
112 | R a h a d i a n Z a i n u l
Gambar 3.3 Susunan Elektroda pada Reaktor
3.6.3 Pengukuran Volume Gas Hidogen dan Oksigen
Masukkan selang dari reakator ke dalam gelas ukur yang berisi air.
Selanjutnya, tabung yang sudah berisi larutan elektrolit diberi arus listrik DC
untuk mereaksikan larutan supaya terjadi pemecahan air menjadi gas hidrogen
dan oksigen. Ketika arus listrik diberikan maka gas hidrogen dan oksigen akan
mengalir melalui selang keluaran gas menuju gelas ukur. Sebelum gas mengisi
gelas ukur maka catat data volume awal dari skala ukuran pada gelas ukur dan
setelah gas hidrogen dan oksigen mengisi gelas ukur selama 1 jam, maka akan di
dapat volume akhir dari pada skala ukuran pada gelas ukur, catat data yang
terukur tersebut. Lakukan secara bergantian terhadap variasi plat (8, 10, 12) dan
variasi elektrolit (Aquades, CH3COONa 0.01 M, NH4Cl 0.01 M)
113 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Desain Penelitian
Pengujian Reaktor
114 | R a h a d i a n Z a i n u l
3.7.2 Uji Reaktor Dengan Variasi Jumlah Plat Terhadap Gas Hidrogen Yang Dihasilkan
Fokus dari penelitian ini adalah memvariasikan lapisan plat Al-Cu
sebagai elektroda dan elektrolityang digunakan dalam proses elektrolisis air.
Variasi lapisan elektroda bertujuan untuk mengetahui pengaruh lapisan eletroda
terhadap volume gas hidrogen yang dihasilkan. Pada suhu kamar, pemecahan air
sangat kecil yaitu sekitar 10 mol/liter karena air murni merupakan konduktor
listrik yang sangat buruk sehingga proses elektrolisis air berjalan sangat lambat.
Berbagai faktor yang mempengaruhi transpor elektrikimia adalah permukaan
elektroda, kondisi lingkungan elektrolit selain faktor utamanya yaitu arus dan
potensial sel. Jenis elektrolit yang digunakan sangat efektif mempengaruhi proses
elektrolisis air (rahadian zainul, 2015).
115 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
C. Preparasi Plat Elektroda
Pada penelitian digunakan plat elektroda Cu dan Alyang memiliki
ketebalan berturut turut adalah 0,5 mm dan 0,7 mm. Perbedaan ketebala plat
yang digunakan karena selama proses elektrolisis air berlangsung plat Al akan
mengalami oksidasi dan plat Cu akan mengalami reduksi. Ketika teroksidasi,
plat akan mengalami pengikisan dipermukaannya oleh plat Cu dan karena itulah
plat Al yang digunakan lebih tebal dibandingkan plat Cu. Plat elektroda yang
digunakan dipotong ukuran 10 cm x 10 cm yang mana luasan permukaan
elektroda yang bersentuhan dengan elektrolit juga mempengaruhi produksi gas
hidrogen. Sebelum digunakan plat dibersihkan dengan aseton agar selama proses
elektrolisis berlangsung tidak ada zat pengotor yang menurunkan efisiensi
produksi gas hidrogen.
Hasil pengukuran volume gas hidrogen terhadap variasi lapisan plat dan elektrolit yang
digunakan
116 | R a h a d i a n Z a i n u l
Gambar 4.1. Pengaruh Variasi Plat Dan Variasi Elektrolit Terhadap Produksi
Gas Hidrogen
Gambar 4.1 diatas merupakan hasil pengukuran volume gas hidrogen
terhadap variasi plat dan variasi elektrolit. Elektrolit yang digunakan adalah
aquades, CH3COONa dan NH4Cl. Data yang diperoleh pada gambar 4.1
menunjukan hasil pengkuran volume gas hidrogen pada variasi plat 8 berturut-
turut 8 mL, 102 mL, 74 mL, variasi plat 10 berturut-turut 3 mL, 0 mL, 0 mL dan
variasi plat 12 berturut-turut 0 mL, 0 mL, 0 mL. Pada gambar 4.1 volume gas
hidrogen pada variasi plat 8 merupakan hasil yang paling maksimal dalam
memproduksi gas hidrogen dibandingkan variasi plat 10 dan 12.
Berdasarkan data diatas dapat dilihat bahwa variasi lapisan plat elektroda
mempengaruhi produksi gas hidrogen yaitu penambahan jumlah lapisan plat
0
20
40
60
80
100
120
8 10 12
volu
me
gas
hid
rogen
(m
L)
variasi plat
Aquades
CH3COONa
NH4Cl
117 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
menyebabkan turunnya produksi gas hidrogen karena penggunaan arus dan
tegangan yang sangat kecil yaitu sebesar 0.6 A dan 2 V. Produksi volume gas
hidrogen meningkat seiring meningkatnya arus yang digunakan (Chakik, 2017),
sehingga untuk memroduksi gas hidrogen dalam intensitas besar membutuhkan
waktu yang cukup lama jika menggunakan arus yang sangat kecil. Hal ini
disebabkan oleh tingkat muatan listrik pada larutan karena semakin tinggi arus
semakin banyak elektron yang ditransfer per satuan waktu begitupun untuk
penggunaan tegangan kemudian reaksi untuk menghasilkan gas hidrogen dapat
ditingkatkan.
Kesenjangan jarak antar elektroda juga menjadi pertimbangan dalam sel
elektrolisis karena dapat mempengaruhi pergerakan ion. Jarak yang kecil dapat
menguntungkan karena dapat menurunkan resistensi terhadap transport ion.
Pada penelitian ini jarak yang digunakan cukup kecil yaitu 2 mm dan dapat
menghasilkan gas hidrogen yang cukup baik. Semakin tpis celah antar elektroda
maka jarak anoda ke katoda semkain pendek sehingga pergerakan ion semakin
cepat. Cepatnya pergerakan ion menyebabkan gesekan antar elektron yang
terjadi semakin besar. Berdasarkan penelitian (Nugraha,2016) dapat disimpulkan
bahwa jarak celah yang rapat antar elektroda dapat menghasilkan gas hidrogen
yang maksimal.
Peningkatan produksi gas hidrogen dapat disebabkan oleh penambahan
elektrolit berupa garam sehingga laju elektrolisis sangat besar (Tamer M. 2018).
118 | R a h a d i a n Z a i n u l
Pada penelitian ini menggunakan garam CH3COONa dan NH4Cl. Pada gambar
dapat dilihat baha produksi gas hidrogen mengalami peingkatan yang cukup
drastis pada variasi plat 8. Selama proses elektrolis berlangsung, gelembung gas
terbentuk pada permukaan elektroda yang menganggu kontak antara elektrolit
dengan elektroda sehingga menghalangi tranfer elektron (Diago, 2013). Hal ini
juga menyebabkan penurunan produksi gas hidrogen. Pada penelitian ini
terdapat banyak gelembung gas yang terbentuk pada permukaan elektroda.
Hasil yang diperolah pada anoda
Berdasarkan pengamatan pada elektroda positif (anoda), terjadi oksidasi pada
logam Al menjadi Al3+ sesuai dengan reaksi berikut:
Al(s) → Al3+(aq)
+ 3e-
Hal ini disebabkan karena elektroda yang digunakan tidak inert maka
yang akan teroksidasi adalah elektroda yang digunakan. Perubahan berat Al
yang diamati menunjukkan bahwa telah terjadi oksidasi pada logam Al tersebut.
Dapat dilihat perubahan berat logam al sebelum dan sesudah pada lampiran 8.
Dapat dilihat sebelum dan sesudah reaksi berat berkurang dikarenakan Al
teroksidasi melapisi Cu dan mengurangi massanya.
D. Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan
sebagai berikut
119 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Penambahan lapisan plat elektroda memiliki kecendrungan penurunan
produksi gas hidrogen. Penambahan elektrolit berupa garam dapat meningkatkan
produksi gas hidrogen. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, disarankan
agar melakukan modifikasi terhadap plat elektroda dan elektrolit yang digunakan
sehingga dapat meningkatkan produksi gas hidrogen pada proses elektrolisis.
32
Preparasi Elektroda
Preparasi karet paking
Plat Aluminium (0.7 mm) dan
Tembaga (0.5 mm)
Lubangi masing masing plat sebagai
lubang baut dan lubang keluaran atau
aliran gas hidrogen yang terbentuk
Potong menjadi bentuk persegi dengan
ukuran (10x10)cm sebanyak masing
masing 15 plat
Lembaran karet paking
Potong dengan ukuran 10x10 cm,
kemudian gunting sisi bagian dalam
hingga setiap sisi mempunyai lebar 1 cm
sebanyak 36 lembar
121
121 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Preparasi akrilik
Perakitan generator
Akrilik Bening
Dipotong ukuran 15x32 cm sebanyak 2
buah dan ukuran 15x15 cm sebanyak 4
buah
Kaitakan anoda dan anoda ke power
supply
Rakit wadah elektrolit pada reaktor dan
tambahkan elektrolit yang telah disiapkan
Susun elektroda secara paralel dan beri
pembatas masing masingnya dengan karet
paking
122 | R a h a d i a n Z a i n u l
Pengujian reaktor
Perhitungan mencari mol gas H2
Pada variasi plat 8 menggunakan aquades
Volume H2 = 8 mL = 0.008 L
P x V = n x R x T
1 atm x 0.008 L = n x 0.082 L atm/ mol K x 298 K
0.008 L atm = n x 24.436 L atm/ mol
n H2 = 0.00032739 mol
8 plat 12 plat 10 plat
Variasi elektrolit
(aquadeas, ch3coona,
nh4cl)
Volume gas hidrogen
yang dihasilkan
123
123 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Pada variasi plat 8 menggunakan CH3COONa
Volume H2 = 102 mL = 0.102 L
P x V = n x R x T
1 atm x 0.102 L = n x 0.082 L atm/ mol K x 298 K
0.102 L atm = n x 24.436 L atm/ mol
n H2 = 0.00417417 mol
Pada variasi plat 8 menggunakan NH4Cl
Volume H2 = 74 mL = 0.074 L
P x V = n x R x T
1 atm x 0.074 L = n x 0.082 L atm/ mol K x 298 K
0.074 L atm = n x 24.436 L atm/ mol
n H2 = 0.00302832 mol
Pada variasi plat 10 menggunakan aquades
Volume H2 = 3 mL = 0.003 L
124 | R a h a d i a n Z a i n u l
P x V = n x R x T
1 atm x 0.003 L = n x 0.082 L atm/ mol K x 298 K
0.003 L atm = n x 24.436 L atm/ mol
n H2 = 0.00012277 mol
Menghitung massa Al yang teroksidasi
Diketahui :
I = 0.6 A
t = 1 jam = 3600 detik
Q = I x t
Q = 0.6 A x 3600 detik
Q = 2160 Coloumb
F = ( 2160 Coloumb)/ 96500
F = 0.022 F atau 0. 022 mol
Anoda : Al → Al 3= + 3e-
n Al = massa ekivalen / perubahan bilangn oksidasi
n Al = 0.022 mol/ 3
125
125 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
n Al = 0.0073
n = m/ Mr Al
0.0073 = m/ 27
m Al = 0.1979 gram
Perubahan berat Al sebelum dan sesudah dielektrolisis
Variasi plat 8 menggunakan aquades
NO SEBELUM SESUDAH
1 12.570 12.552
2 12.572 12.560
3 12.577 12.563
4 12.720 12.680
Variasi plat 10 menggunakan aquades
NO SEBELUM SESUDAH
1 12.749 12.702
2 12.723 12.698
3 12.520 12.501
4 12.640 12.623
126 | R a h a d i a n Z a i n u l
5 12.522 12.498
Variasi plat 12 menggunakan aquades
NO SEBELUM SESUDAH
1 12.708 12.670
2 12.679 12.580
3 12.729 12.702
4 12.680 12.630
5 12.530 12.510
6 12.607 12.588
Variasi plat 8 menggunakan CH3COONa
NO SEBELUM SESUDAH
1 12.478 12.459
2 12.548 12.525
3 12.570 12.549
4 12.734 12.723
Variasi plat 8 menggunakan NH4Cl
NO SEBELUM SESUDAH
127
127 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
1 12.522 12.512
2 12.572 12.563
3 12.577 12.566
4 12.553 12.547
128 | R a h a d i a n Z a i n u l
Plat elektroda sebelum proses elektrolisis
Plat elektroda Al/ Cu setelah proses elektrolisis
129
129 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Gelembung gas yang terbentuk pada sekitaran plat elektroda
130 | R a h a d i a n Z a i n u l
Rangkaian Reaktor
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai
berikut
Penambahan lapisan plat elektroda memiliki kecendrungan penurunan produksi
gas hidrogen.
Penambahan elektrolit berupa garam dapat meningkatkan produksi gas hidrogen.
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, disarankan agar melakukan
modifikasi terhadap plat elektroda dan elektrolit yang digunakan sehingga dapat
meningkatkan produksi gas hidrogen pada proses elektrolisis.
E. Referensi
131
131 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Acar, Canan, Ahmet Beskese, and Gül Tekin Temur. 2018. ―Sustainability
Analysis of Different Hydrogen Production Options Using Hesitant Fuzzy
AHP.‖ International Journal of Hydrogen Energy 1–18.
Arsyad, M. Natsir. 2001. Kamus Kimia Arti dan Penjelasan Istilah. Jakarta :
Gramedia.
Ayodele, Bamidele Victor, Alia Aqilah Ghazali, Mohamed Yazrul Mohd Yassin,
and Sureena Abdullah. 2018. ―Optimization of Hydrogen Production by
Photocatalytic Steam Methane Reforming over Lanthanum Modified Titanium
(IV) Oxide Using Response Surface Methodology.‖ International Journal of
Hydrogen Energy (Iv):1–11.
Barbir, Frano. 2005. ―PEM Electrolysis for Production of Hydrogen from
Renewable Energy Sources.‖ Solar Energy 78(5):661–69.
Brady, J. E. 1999. Kimia Universitas Asas dan Struktur. Binarupa Aksara.
Bandung
Brini, Emiliano, Christopher J. Fennell, Marivi Fernandez-Serra, Barbara Hribar-
Lee, Miha Lukšič, and Ken A. Dill. 2017. ―How Water’s Properties Are
Encoded in Its Molecular Structure and Energies.‖ Chemical Reviews
117(19):12385–414.
132 | R a h a d i a n Z a i n u l
Carmo, Marcelo, David L. Fritz, Jürgen Mergel, and Detlef Stolten. 2013. ―A
Comprehensive Review on PEM Water Electrolysis.‖ International Journal of
Hydrogen Energy 38(12):4901–34.
Chi, Jun and Hongmei Yu. 2018. ―Water Electrolysis Based on Renewable
Energy for Hydrogen Production.‖ Chinese Journal of Catalysis 39(3):390–94.
de Fatima Palhares, Dayana D. Ar., Luiz Gustavo Martins Vieira, and Joao
Jorge Ribeiro Damasceno. 2018. "Hydrogen Production by a Low-Cost
Electrolyzer Developed through the Combination of Alkaline Water Electrolysis
and Solar Energy Use." International Journal od Hydrogen Energy 43(9):4746-53.
Dody Wiryawan; Denny Widhiyanuriyawan; Nurkholis Hamidi. 2013.
Pengaruh Variasi Arus Listrik Terhadap Produksi Brown’s Gas Pada
Elektroliser. Malang: Universitas BrawijayaFarsak, Murat and Gülfeza Kardaş.
2018. ―Effect of Current Change on Iron-Copper-Nickel Coating on Nickel Foam
for Hydrogen Production.‖ International Journal of Hydrogen Energy 6–11.
Gahleitner, Gerda. 2013. "Hydrogen from Renewable Electricity: An
Internationational Review of Power-to-Gas Pilot Plants for Stationary
Applications." International Journal of Hydrogen Energy 38(5):2039-61
Gonzales, Ralph Rolly, Jun Seok Kim, and Sang Hyoun Kim. 2018.
―Optimization of Dilute Acid and Enzymatic Hydrolysis for Dark Fermentative
133
133 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Hydrogen Production from the Empty Fruit Bunch of Oil Palm.‖ International
Journal of Hydrogen Energy 1–12.
Ismail, Tamer M., Khaled Ramzy, M. N. Abelwhab, Basem E. Elnaghi, and M.
Abd El-salam. 2018. ―Performance of Hybrid Compression Ignition Engine
Using Hydroxy ( HHO ) from Dry Cell.‖ Energy Conversion and Management
155(September 2017):287–300.
Keenan, Charles W.1984.Kimia untuk Universitas .Jakarta : Erlangga.
2Kova, Ankica, Doria Marciu, and Luka Budin. 2018. ―ScienceDirect Solar
Hydrogen Production via Alkaline Water Electrolysis.‖ (xxxx).
Li, Xin, Jiaguo Yu, Jingxiang Low, Yueping Fang, Jing Xiao, and Xiaobo Chen.
2015. ―Engineering Heterogeneous Semiconductors for Solar Water Splitting.‖
Journal of Materials Chemistry A 3(6):2485–2534.
Liao, Chi-Hung, Chao-Wei Huang, and Jeffrey C. S. Wu. 2012. ―Hydrogen
Production from Semiconductor-Based Photocatalysis via Water Splitting.‖
Catalysts 2(4):490–516.
Marini, Stefania, Paolo Salvi, Paolo Nelli, Rachele Pesenti, Marco Villa, Mario
Berrettoni, Giovanni Zangari, and Yohannes Kiros. 2012. ―Electrochimica Acta
Advanced Alkaline Water Electrolysis.‖ Electrochimica Acta 82:384–91.
134 | R a h a d i a n Z a i n u l
Mun, Leonardo De Silva, Alain Bergel, and Damien Fe. 2010. ―Hydrogen
Production by Electrolysis of a Phosphate Solution on a Stainless Steel
Cathode.‖ 5:2–9.
Nguyen, Van-Huy and Jeffrey C. S. Wu. 2018. ―Recent Developments in the
Design of Photoreactors for Solar Energy Conversion from Water Splitting and
CO 2 Reduction.‖ Applied Catalysis A: General 550(August 2017):122–41.
R. Zainul, A. Alif, H. Aziz, and S. Arief, "Journal of Chemical and Pharmatical
Research, 2015, 7 (11): 57-67 Research Article Photoelectrosplitting water for
hydrogen production using illumination of indoor lights," vol. 7, no. 11, pp. 57-
67, 2015
Rashid, Mamoon, Mohammed K. Al Mesfer, Hamid Naseem, and Mohd
Danish. 2015. ―Hydrogen Production by Water Electrolysis : A Review of
Alkaline Water Electrolysis , PEM Water Electrolysis and High Temperature
Water Electrolysis.‖ International Journal of Engineering and Advanced Technology
4(3):80–93.
Rivai Harrizul. 1995. Asas Pemeriksaan Kimia. Jakarta: Penerbit UI Press.
Roihatin, Anis. 2015. ―ANALISIS PRODUKTIVITAS GAS HHO
MENGGUNAKAN ELEKTROLISER TIPE WET CELL DENGAN
VARIASI LUAS PENAMPANG DAN KONSENTRASI KOH.‖ (1974):133–
38.
135
135 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Svehla,G. 1985. VOGEL I : Buku Teks Analisis Kualitatif Makro dan
Semimikro. Jakarta: P.T. Kalman Media Pustaka.
Tentu, Rama Devi and Suddhasatwa Basu. 2017. ―Photocatalytic Water Splitting
for Hydrogen Production.‖ Current Opinion in Electrochemistry 5(1):56–62.
Vincent, Immanuel, Bokkyu Choi, and Masateru Nakoji. 2018. ―ScienceDirect
Pulsed Current Water Splitting Electrochemical Cycle for Hydrogen
Production.‖ International Journal of Hydrogen Energy 1–9.
Vogel, 1990, Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro, Jakarta : PT.
Kalman Media Pustaka.
Yanur & Djoko. 2013. Studi Karakteristik Generator Gas HHO Tipe Dry Cell
dan Wet Cell berdimensi 80 х 80 mm dengan Penambahan PWME-3 FF
(1KHz). Surabaya: ITS.
Yuan, Yu-Peng., Lin-Wei Ruan., James Barber., Say Chye Joachim Loo., dan
Can Xue. 2014. ―Hetero-Nanostructured Suspended Photocatalysts for Solar-to-
Fuel Conversion‖. Energy Environ. Sci
136 | R a h a d i a n Z a i n u l
BAB VII. REKAYASA GENERATOR
HIDROGEN BERBASIS NATRIUM
SULFAT
A. Hidrogen
Hidrogen merupakan unsur pertama pada tabel periodik. Oleh sebab itu hidrogen
menjadi unsur paling ringan di bumi. Karena massa atomnya yang ringan yaitu 1,00794
amu menyebabkan hidrogen jarang ditemukan secara alami dibumi (Imperiyka, 2015).
Biasanya, hidrogen berada dalam bentuk molekul diatomik, tetapi jika cukup energi
akan mengalami disosiasi menjadi atom-atomnya, dengan reaksi sebagai berikut
(Sugiyarto, 2004):
H2(g) 2H(g)
Gas hidrogen tidak ada dalam keadaan alami, ia ditemukan dalam berbagai molekul:
air, gula, protein, hidrokarbon, dan sebagainya. Hidrogen adalah gas yang tidak
berwarna, tidak berbau, sangat mudah terbakar dan dapat bereaksi dengan senyawa
kimia lainnya (Naimi, 2018). Sifat-sifat gas ini dirangkum dalam Tabel 1.
Tabel 1. Sifat-sifat gas hidrogen (Naimi, 2018).
137 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Parameter Keterangan
Berat molekul 2016 g/mol
Titik leleh -259°C
Titik didih (1,013 bar) -252.8°C
Panas penguapan (1,013 bar pada titik didih) 454.3 kJ/mol
Kepadatan dalam fase gas (1,013 dan pada 21°C) 0,0696 kg / m3
Kelarutan dalam air (1.013 bar and 0°C) 0.0214 vol/vol
Hidrogen yang cenderung terikat dengan unsur-unsur lainnya, menyebabkan
hidrogen tidak tersedia di alam sebagai gas murni. Hal ini dikarenakan hidrogen
memiliki afinitas kimia yang tinggi (Giorgio, 2014). Karena hidrogen murni hampir
tidak ada, maka hidrogen tidak dapat disebut sebagai sumber energi, melainkan sebagai
energi carrier seperti halnya dengan listrik. Energi carrier merupakan media yang praktis
untuk menyimpan, mentransfer, maupun menggunakan energi. Hidrogen secara alami
tidak ada di permukaan bumi, sehingga hidrogen harus produksi. Pada prinsipnya,
hidrogen dapat diperoleh dengan memecah senyawa yang banyak mengandung unsur
hidrogen seperti yang terdapat dalam molekul air (Mardianysah, 2011).
Produksi hidrogen dapat diperoleh dengan berbagai metode, seperti elektrolisis
air, arang dan gasifikasi biomassa, photoelectrolysis, proses biologis dan reformasi. Energi
dalam H2 dapat disimpan untuk digunakan di masa depan dan dapat mengurangi
masalah yang timbul dari konsumsi sumber daya yang tidak terbarukan (Santos, 2017).
Menurut Dincer dan Acar (2014), hidrogen memiliki berbagai macam
keunggulan. Hidrogen bersifat sangat efisien dan dapat diproduksi menggunakan air
tanpa menghasilkan emisi. Hidrogen memiliki keunggulan dibidang transportasi dan
138 | R a h a d i a n Z a i n u l
mudah dikonversikan ke wujud energi lainnya. Dari penjelasan diatas terlihat bahwa
hidrogen banyak digunakan dalam meningkatkan kualitas kenyamanan dalam hal
transportasi.
Berdasarkan pernyataan Office for Official Publications of the European
Communities (OOPEC, 2003), terdapat beberapa manfaat hidrogen sebagai bahan bakar
transportasi. Menurutnya, pemanfaatan hidrogen di dalam bahan bakar transportasi
dinilai lebih efisien. Hasil gas buangan dari transportasi hidrogen dianggap lebih aman
dari pada bahan bakar lainnya, hal ini menyebabkan transportasi hidrogen dapat
digunakan dalam jangka waktu yang panjang.
Selain pada bidang transportasi, hidrogen diklaim memiliki manfaat yang besar
di dalam perkembangan perindustrian. Menurut Dincer dan Acar (2017), hidrogen dapat
mengurangi ketergantungan pada sumber energi impor yang memungkinkan hidrogen
menjadi lebih ekonomis dibandingkan sumber energi lainnya. Menurut Imperiyka
(2015), Hidrogen digunakan dalam sejumlah proses industri kimia untuk mensintesis
berbagai senyawa kimia (seperti amonia, metanol, dll). Biaya dan konsumsi energi yang
cukup besar dari produksi hidrogen sejauh ini telah menghambat penggunaan hidrogen
sebagai bahan bakar untuk aplikasi komersial skala besar (Giorgio, 2014).
B. Air
Air merupakan senyawa yang sangat penting didalam kehidupan. Keberadaan air sangat
melimpah dibumi yaitu mencapai 1,4 x 109 km3. Kelimpahannya dialam dimanfaatkan
dalam bidag industri sebagai pelarut dan reaktan untuk menghasilkan suatu produk
139 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
(Brini et al., 2017). Dalam penelitian ini, air digunakan sebagai sumber atom H yang
nantinya akan membentuk gas H2 melalui reaksi elektrolisis air.
Air merupakan senyawa bening, tidak berbau, tidak berasa. Pada suhu ruang berwujud
cair dengan titik didih 373,12 K dan titik leleh 273,15 K (Brini et al, 2017). Sifat sifat air
dapat dilihat pada tabel 2 berikut.
Tabel 2. Sifat-sifat air (Sharp, 2001).
Property Air
Formula H2O Nama lain Aqua, dihidrogen monoksida,
hidrogen hidroksida Massa molar 18,0153 g/mol Densitas 0,998 kg L-1 Titik didih 373 K Titik beku 273 K
Dalam sebuah molekul air, dua buah atom hidrogen yang bersifat
elektronpositif berikatan dengan sebuah atom oksigen yang bersifat elektronegatif
melalui dua ikatan kovalen. Daya tarik menarik diantara kutub positif sebuah
molekul air dengan kutub negatif molekul air lainnya menyebabkan terjadinya
ikatan ikatan hidrogen antara molekul-molekul air (Sharp et al, 2001). Adapun
struktur molekul air dapat dilihat pada gambar 1 yang terdiri dari dua atom
hidrogen dan satu atom oksigen.
140 | R a h a d i a n Z a i n u l
Gambar 1 Struktur molekul air (Sharp et al, 2001)
C. Elektrolisis
Proses pemecahan molekul air menjadi hidrogen dan oksigen melalui
energi listrik disebut elektrolisis. Sel elektrolisis terdiri dari anoda dan katoda
yang dipisahkan dengan elektrolit (Naimi, 2018). Elektrolisis air dianggap
sebagai teknologi yang menjanjikan karena kesederhanaannya, serta perawatan
dan penanganan yang mudah. Metode ini menggabungkan reaksi oksidasi dan
reduksi yang menghasilkan gas hidrogen yang terpisah dari gas oksigen. Adapun
prinsip sel elektrolisis dapat dilihat pada gambar 2.
141 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Gambar 2 Prinsip Sel Elektrolis Air (Naimi, 2018)
Proses elektrolisis dapat berlangsung ketika dua buah elektroda
ditempatkan dalam air dan sumber arus searah dilewatkan diantara dua
elektroda tersebut. Hidrogen terbentuk pada katoda sementara oksigen pada
anoda (Chakik, et all, 2017). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Katoda : 4H+ + 4e- 2H2
Anoda : 2H2O O2 + 4H+ + 4e-
Total reaksi : 2H2O 2H2 + O2
Elektrolisis air digunakan untuk menghasilkan hidrogen di mana arus
listrik melewati air yang mengakibatkan pemisahan H2O menjadi hidrogen dan
142 | R a h a d i a n Z a i n u l
oksigen. Hidrogen dapat menyimpan energi listrik, dimana hidrogen dapat
digunakan untuk menghasilkan listrik dalam sel bahan bakar dengan proses yang
kebalikan dari elektrolisis (Saleet, 2017).
Menurut Michael Faraday pada tahun 1833 terdapat hubungan kuantitatif
antara jumlah arus listrik yang dilewatkan pada sel elektrolisis dengan jumlah zat
yang dihasilkan pada elektroda. Hukum elektrolisis Faraday:
Jumlah zat yang dihasilkan di elektroda sebanding dengan jumlah arus listrik yang
melalui sel.
Bila sejumlah tertentu arus listrik melalui sel, jumlah mol zat yang
berubah di elektroda adalah konstan tidak bergantung pada jenis zat. Misalnya,
kuantitas listrik yang diperlukan untuk mengendapkan 1 mol logam monovalen
adalah 96485 C (Coulomb) tidak bergantung pada jenis logamnya.
Arus listrik satu Faraday (1F) didefenisikan sebagai jumlah arus listrik
yang terdiri dari 1 mol elektron. Untuk menghitung jumlah zat-zat yang
terbentuk di katoda dan anoda, hukum faraday dirumuskan sebagai berikut :
W = e x F
Dimana :
W = massa hasil elektrolisis (gram)
e = massa ekuivalen hasil elektrolisis
F = jumlah arus listrik (Faraday)
143 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Dengan 1 Faraday = 96500 Coulomb dan 1 Coulomb = 1 ampere x detik, maka rumus
diatas menjadi :
Dimana :
i = kuat arus (ampere)
t = waktu lamanya elektrolisis (detik)
Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi proses elektrolisis adalah
peningkatan luas permukaan elektroda dan konsentrasi elektrolit. Reaksi yang
menghasilkan energi kimia dalam proses yang terjadi disebabkan oleh adanya
elektroda yang terdiri dari anoda dan katoda. Anoda berfungsi untuk
menghantarkan elektron yang dilepaskan dari molekul hidrogen untuk
mengeluarkan secara proporsional pada katalis dan juga menyebabkan proton
yang terbentuk untuk katoda. Katoda bertanggung jawab untuk mengatur
oksigen pada permukaan katalis dan untuk mengarahkan elektron ke sirkuit
eksternal (Santos, 2017).
144 | R a h a d i a n Z a i n u l
Gambar 3 Reaksi anoda dan katoda
Faktor-faktor yang mempengaruhi elektrolisis :
Efek katalisator
Air murni merupakan konduktor listrik yang buruk dimana pemecahan
molekul air pada suhu ruang terjadi sangat lambat sehingga dibutuhkan
penambahan larutan elektrolit berupa asam, basa maupun garam. Penambahan
asam, basa dan garam digunakan untuk mengubah sifat tidak konduktif air
murni menjadi air konduktif. Penambahan senyawa asam, basa dan garam ini
dapat mempengaruhi nilai potensial elektroliser, karena senyawa tersebut dapat
meningkatkan konduktivitas ionik senyawa elektrolit (Imperiyka, 2015).
Luas Permukaan
Luas Permukaan berperan penting bagi elektrolit untuk mentransfer
elektron. Semakin kecil luas permukaan elektroda, maka sulit bagi elektrolit
145 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
untuk mentransfer elektronnya. Sehingga dalam proses elektrolisis transfer
elektron akan bekerja lebih lambat (Wahyono et al., 2017). Berdasarkan
penjelasan di atas, luas permukaan elektroda berperan penting untuk menjaga ke
efektifan dari elektrolit untuk mentransfer elektron.
Efek Konsentrasi Elektrolit
Dalam proses elektrolisis laju reaksi akan semakin besar apabila
konsentrasi yang digunakan besar. Tingginya konsentrasi suatu elektrolit
memiliki kemampuan untuk mempercepat pengurangan hambatan pada
elektrolit. Hal ini menyebabkan, transfer elektron dapat terjadi lebih cepat dalam
proses elektrolisis (Reza, 2015).
Besar Tegangan
Besar tegangan juga berperan untuk mempercepat laju reaksi. Semakin
besar tegangan yang di berikan, maka semakin cepat pula laju reaksi yang terjadi.
Dimana semakin cepat laju reaksi maka semakin banyak pula ion-ion yang
terlibat dalam menghantarkan arus listrik sehingga gas hidrogen yang dihasilkan
dalam proses elektrolisis akan semakin banyak pula (Wahyono et all., 2017).
D. Komponen Sel Elektrolisis
Elektrolit
Elektrolit adalah senyawa yang dapat menghantarkan listrik.
Penambahan larutan elektrolit pada proses elektrolisis akan menurunkan energi
yang dibutuhkan, dikarenakan larutan elektrolit terurai menjadi ion positif dan
146 | R a h a d i a n Z a i n u l
ion negatif sehingga laju reaksi pemecahan molekul air menjadi cepat (Rashid et
al., 2015). Elektrolit dapat berupa asam, basa maupun garam. Pada penelitian ini
larutan elektrolit yang digunakan adalah Na2SO4 dan KI.
Elektroda
Elektroda merupakan susunan katoda dan anoda yang berperan dalam
pemisahan hidrogen dan oksigen. Katoda merupakan elektroda dalam sel
elektrokimia sebagai tempat terjadinya reaksi reduksi, dimana muatan positif
bergerak kearah katoda. Sementara anoda merupakan elektroda dalam sel
elektrokimia sebagai tempat terjadinya reaksi oksidasi, dimana muatan negatif
bergerak kearah anoda. Pada anoda terjadi reaksi oksidasi yaitu anion (ion
negatif) ditarik oleh anoda sehingga jumlah elektronnya berkurang atau bilangan
oksidasinya bertambah. Pada katoda terjadi reaksi reduksi, yaitu kation (ion
positif) ditarik oleh katoda dan menerima tambahan elektron sehingga bilangan
oksidasinya berkurang (Rashid et al, 2015).
Natrium Sulfat (Na2SO4)
Natrium sulfat di alam sebagai garam rangkap atau berupa hidratnya.
Untuk garam tunggalnya yaitu Na2SO4 anhidrat dikenal sebagai thenardite.
Sedangkan garam rangkapnya adalah gabungan antara natrium sulfat dengan
kalsium sulfat (Na2SO4.CaSO4) serta bentuk hidratnya adalah natrium sulfat
dekahidrat yang dikenal sebagai mirabilite (Na2SO4.10H2O). Berikut ini tabel
sifat fisika dan kimia natrium sulfat anhidrat (Budiman, 2017):
147 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Tabel 3. sifat fisika dan kimia natrium sulfat anhidrat (Budiman, 2017).
Sifat Keterangan
Bentuk Kristal Rombik Ukuran Kristal Kristal/ serbuk halus Warna Tak bewarna Berat molekul (g/mol) 142,05 Berat jenis (g/mL) 2,671 Titik leleh (°C) 888
Logam Aluminium (Al)
Aluminium adalah unsur paling melimpah ketiga dalam kerak bumi
sekitar 7,4% (Roesky, 2005). Aluminium merupakan logam yang ringan,
konduktif, tahan korosi dengan afinitas yang kuat untuk oksigen. Aluminium
adalah logam kedua yang paling banyak digunakan di dunia. Karena bobotnya
yang ringan dan konduktivitas listriknya yang baik, kawat aluminium banyak
digunakan untuk transmisi listrik jarak jauh. Selain itu, aluminium memiliki sifat
termal yang sangat baik serta tahan terhadap korosi. Korosi dapat terjadi pada
permukaan aluminium yang akan bereaksi secara spontan dengan udara atau air
untuk membentuk aluminiumoksida. Oksida ini membangun lapisan pelindung
alami pada permukaan aluminium. Lapisan oksida secara kimiawi sangat stabil,
memiliki adhesi yang baik pada permukaan logam, memperbaiki dirinya sendiri
dan melindungi aluminium dari korosi lebih lanjut (Gandara, 2013).
Generator Dry Cell
148 | R a h a d i a n Z a i n u l
Di dalam penggunaan generator dry cell, elektroda dan elektrolit dibuat secara
terpisah. Dapat di artikan bahwa, elektrolit tidak sepenuhnya memenuhi plat
elektroda. Elektrolit hanya mengisi celah diantara elektroda tersebut seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4 Generator Dry cell
Kecilnya panas yang dihasilkan antara plat menjadi salah satu keuntungan generator dry
cell. Hal ini dikarenakan arus listrik yang digunakan relatif lebih kecil, sehingga daya
yang diubah menjadi lebih sedikit (Sudarmanta et all, 2016).
Sensor Gas Hidrogen MQ-8
149 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Sensor Gas Hidrogen (MQ-8) merupakan salah satu sensor gas yang memiliki sensivitas
tinggi terhadap gas hidrogen, namun kecil kepekaannya terhadap alkohol, gas LPG
maupun asap masakan. Sensor ini bekerja dengan stabil dan mempunyai umur yang
panjang dalam pemakaiannya. Sensor ini dapat digunakan untuk mendeteksi kebocoran
gas pada peralatan rumah tangga maupun industri. Jika molekul gas H2 mengenai
permukaan sensor maka satuan resistansinya akan mengecil sesuai dengan konsentrasi
gas dan sebaliknya. Pengaruh perubahan konsentrasi gas dapat mengubah nilai resistansi
sensor dan juga akan mempengaruhi tegangan keluarannya, sehingga perbedaan inilah
yang dijadikan acuan bagi pendeteksi gas ini (Ambarwati, 2017). Spesifikasi dari sensor
MQ-8 ini dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 4. Spesifikasi sensor MQ-8 (Ambarwati, 2017).
Spesifikasi Keterangan
Target Gas Gas Hidrogen (H2)
Range pendeteksian 100 - 10000 ppm
Pemanasan tegangan 5V±0.1 (DC/AC)
Tegangan Rangkaian 5V±0.1 (DC/AC)
Sensor MQ-8 disusun oleh tabung keramik mikro Al2O3, Dioksida Tin (SnO2) untuk
lapisan sensitif, pengukur elektroda dan pemanas yang mejadi lapisan kulit yang dibuat
oleh jaring plastik dan stainless steel. Pemanas menyediakan kondisi kerja yang
diperlukan untuk pekerjaan sensitif komponen. Sensor MQ-8 memiliki 6 pin, 4 pin
digunakan untuk mengambil sinyal, dan 2 pin lainnya digunakan untuk menyediakan
pemanasan (Ambarwati,2017). Adapun sensor MQ-8 dapat dilihat pada gambar berikut.
150 | R a h a d i a n Z a i n u l
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian Jurusan Kimia, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Padang dimulai bulan
Desember 2019 – Februari 2020.
Objek Penelitian
Objek penelitian ini adalah air (H2O), Na2SO4 dan KI dengan konsentrasi 0,25 M, 0,5
M, 0,75 M, 1,0 M, plat Al (0,7 mm) dan plat Cu (0,4 mm).
Jenis Penelitian
Jenis penelitian ini adalah penelitian eksperimen.
Variabel penelitian
Variabel bebas yang digunakan dalam penelitian ini adalah variasi konsentrasi elektrolit
dan waktu.Varibel terikat pada penelitian ini yaitu volume gas. Variabel kontrol pada
penelitian ini adalah generator, power supply, arus, tegangan, paking, arduino uno, dan
sensor MQ-8.
Alat dan Bahan
Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian untuk preparasi pembuatan larutan elektrolit
yaitu : Gelas kimia 500 mL, gelas kimia 50 mL, gelas ukur 100 mL, batang pengaduk,
151 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
corong, labu ukur 1 L dan spatula. Adapun alat yang digunakan untuk merakit wadah
elektrolit pada reaktor yaitu : plat aluminium (0,7 mm), plat tembaga (0,4 mm) dengan
ukuran kedua plat 10 cm x 10 cm, akrilik ukuran 14 cm x 14, kunci 13, baut 13 beserta
ring, gunting, paking tebal 2 mm, selang, dan gelas ukur sebagai penampung gas
hidrogen yang dihasilkan. Alat yang digunakan untuk merangkai komponen sensor
yaitu : solder, timah, papan pcb, kabel jumper jantan, pin hider, trimpot 10k, LCD
ukuran 2x16, arduino uno, software arduino uno, dan kabel usb.
Bahan
Na2SO4, KI, aseton dan aquades.
E. Prosedur Kerja Penelitian
Prosedur penelitian yang dilakukan merujuk kepada penelitian Wardani (2018) yang
dimodifikasi sesuai dengan kebutuhan penelitian.
Preparasi elektroda dan paking
Plat logam aluminium (0,7 mm) dan plat Cu (0,4mm) berbentuk lembaran dipotong
dengan ukuran lebar 10 cm dan panjang 10 cm sebanyak 32 lembar. Kemudian plat
dilubangi sebagai tempat pemasangan baut dan tempat saluran gas, serta semua plat
dicuci menggunakan aseton dari pelarut anorganik lainnya. Selanjutnya desain paking
dengan ukuran 10 cm x 10 cm, dimana gunting setiap sisinya menjadi 1 cm sebanyak
32 paking. Susunan plat elektroda Al dan Cu dengan paking secara selang seling seperti
yang terlihat pada gambar.
152 | R a h a d i a n Z a i n u l
Gambar 6 Susunan Plat Elektroda yang dibatasi oleh paking (Wardani, 2019)
Preparasi bahan
Pembuatan larutan elektrolit Na2SO4
Menimbang Na2SO4 dengan konsentrasi 0,25 M, 0,5 M, 0,75 M, dan 1,0 M sebanyak
3,55 gr, 7,1 gr, 10,65 gr, dan 14,2 gr dilarutkan dalam gelas kimia dengan aquades aduk
hingga homogen. Masukkan larutan kedalam labu takar 100 mL, dan paskan volume
sampai tanda batas menggunakan aquades.
Pembuatan larutan elektrolit KI
Menimbang KI dengan konsentrasi 0,25 M, 0,5 M, 0,75 M, dan 1,0 M sebanyak 4,15 gr,
8,3 gr, 12,45 gr, dan 16,6 gr dilarutkan dalam gelas kimia dengan aquades aduk hingga
homogen. Masukkan larutan kedalam labu takar 100 mL, dan paskan volume sampai
tanda batas menggunakan aquades.
Merangkai komponen sensor
Colokkan solder pada stop kontak, kemudian menyolder lcd ukuran 2x16 dan trimpot
10k pada papan pcb. Selanjutnya menyambungkan trimpot 10k pada pin hider lcd.
153 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Kemudian menyolder kembali kabel jumper jantan pada papan pcb. Dengan cara yang
sama menyolder sensor MQ-8 pada papan pcb serta menyambungkan pin hider lcd ke
sensor dengan cara menyolder. Colokkan kabel jumper yang terdapat pada lcd dengan
arduino. Setelah semua komponen saling terhubung sambungkan usb dari arduino ke pc
yang telah terinstal software arduino. Sensor MQ-8 siap untuk digunakan seperti yang
terlihat pada gambar.
Gambar 7. Rangkaian sensor MQ-8
F. Uji gas Hidrogen
Uji Konsentrasi gas hidrogen dengan Sensor
Siapkan alat dan bahan berupa reaktor dan plat elektroda yang disusun berbentuk
sandwich. Kemudian, power supply yang sudah dipasangkan kabel colokan dan kabel
dengan penjepit. Selanjutnya, persiapkan larutan elektrolit untuk dimasukkan kedalam
tabung penampung elektrolit sebagai bahan yang akan dielektrolisis. Kemudian siapkan
154 | R a h a d i a n Z a i n u l
sensor yang telah terhubung kedalam pc untuk mengukur gas hidrogen yang dihasilkan.
Masukkan selang dari reaktor menuju sensor yang telah tersedia. Selanjutnya tabung
yang sudah berisi larutan elektrolit diberi arus listrik DC untuk mereaksikan larutan
agar terjadi pemecahan molekul air menjadi gas hidrogen dan oksigen. Ketika arus
listrik diberikan, maka gas hidrogen akan mengalir melalui selang keluaran gas menuju
sensor. Kemudian sensor akan mendeteksi gas hidrogen, gas hidrogen yang dihasilkan
akan muncul pada layar pc. Catat data yang ditampilkan tersebut.
Desain Penelitian
155 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Preparasi
Elektroda
Preparasi Bahan
Cuci plat Al (0,7 mm) dan
plat Cu (0,4 mm) dengan
ukuran 10 cm x 10 cm
dengan aseton
Susun plat elektroda
secara paralel dan beri
batas elektroda dengan
paking
Larutan elektrolit
Na2SO4 & KI 0,25 M
Na2SO4 & KI 0,5 M
Na2SO4 & KI 0,75 M
Na2SO4 & KI 1,0 M
Rakit
wadah
elektrolit
Tambahkan
larutan
Elektrolit
Kaitkan dengan kabel
dan sambungkan ke
power supply
Uji gas hidrogen
menggunakan
sensor MQ-8 yang
telah dirangkai
Catat konsentrasi gas
hidrogen yang dihasilkan
Ulangi prosedur
dengan konsentrasi
larutan yang berbeda
156 | R a h a d i a n Z a i n u l
Fokus dari penelitian ini adalah memvariasikan konsentrasi elektrolit
yang akan digunakan dalam proses elektrolisis air. Variasi konsentrasi elekrolit
bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi elektrolit terhadap jumlah
volume gas hidrogen yang dihasilkan. Pemecahan molekul air pada elektrolisis
terjadi sangat lambat, oleh sebab itu dibutuhkan penambahan larutan elektrolit
berupa asam, basa maupun garam yang bertujuan untuk meningkatkan
konduktivitas ionik senyawa elektrolit (Imperiyka, 2015).
Preparasi plat elektroda
Pada penelitian ini plat elektroda yang digunakan yaitu Cu dan Al dengan
ketebalan plat 0,4 mm pada plat Cu dan 0,7 mm pada plat Al. Berdasarkan deret
volta Al lebih mudah mengalami oksidasi dibandingkan dengan Cu karena Al
memiliki potensial elektroda yang lebih negatif sedangkan Cu memiliki potensial
elektroda positif (Yulianti, 2016), Oleh sebab itu plat Al dibuat lebih tebal
dibandingkan plat Cu. Ukuran plat elektroda yang digunakan yaitu berukuran 10
cm x 10 cm dengan bentuk lempeng. Plat elektroda yang berbentuk lempeng ini
memiliki permukaan yang lebih luas dibandingkan dengan bentuk spiral dan pipa
silender. Karena luas permukaan elektroda berperan penting untuk menjaga ke
efektifan dari elektrolit untuk mentransfer elektron. Dimana semakin kecil luas
permukaan elektroda, maka sulit bagi elektrolit untuk mentransfer elektronnya
sehingga gas hidrogen yang dihasilkan menjadi sedikit (Wahyono et al., 2017).
157 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Hasil pengukuran konsentrasi produksi gas hidrogen terhadap variasi konsentrasi
elektrolit
Gambar 8 konsentrasi produksi gas hidrogen terhadap variasi konsentrasi
elektrolit yang digunakan
Gambar diatas merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas hidrogen
yang dihasilkan terhadap konsentrasi elektrolit. Adapun elektrolit yang
digunakan yaitu aquades, natriumsulfat dan kalium iodide. Elektrolit yang
digunakan berfungsi sebagai penghantar listrik. Data yang diperoleh dari gambar
8 menunjukkan hasil pengukuran konsentrasi gas hidrogen menggunakan
elektrolit Na2SO4 dengan konsentrasi 0,25 M, 0,5 M, 0,75 M, dan 1 M berturut
turut yaitu 19 ppm, 31 ppm, 37 ppm, 34 ppm, pada elektrolit KI konsentrasi gas
hidrogen yang dihasilkan berturut-turut yaitu 13 ppm, 22 ppm, 28 ppm, 27 ppm
Ko
nse
ntr
asi
H2
(p
pm
)
Konsentrasi (M)
Na2SO4
KI
aquades
158 | R a h a d i a n Z a i n u l
dan konsentrasi gas hidrogen yang dihasilkan dengan menggunakan aquades
sebesar 5 ppm. Berdasarkan data tersebut konsentrasi gas hidrogen yang
maksimal terjadi pada penggunaan elektrolit Na2SO4 dengan konsentrasi 0,75
M.
Berdasarkan ketiga data yang didapatkan variasi konsentrasi elektrolit
mempengaruhi produksi gas hidrogen, yang mana penambahan jumlah
konsentrasi elektrolit menyebabkan kenaikan konsentrasi gas hidrogen.
Pentingnya penambahan elektrolit dalam elektrolisis bertujuan untuk
meningkatkan konsentrasi gas hidrogen. Menurut penelitian yang dilakukan oleh
Chakik (2017) dengan menambahkan elektrolit selama proses elektrolisis dapat
mempengaruhi produksi gas hidrogen. Terlihat pada gambar 8 bahwasanya gas
hidrogen yang dihasilkan mengalami kenaikan dengan meningkatnya konsentrasi
elektrolit yang digunakan. Hal ini disebabkan karena larutan elektrolit yang
berperan sebagai penghantar listrik terurai menjadi ion positif dan ion negatif
menjadi lebih banyak sehingga jarak antar ion akan semakin pendek yang
berdampak pada besarnya arus listrik yang mengalir dan reaksi pemecahan
molekul air menjadi cepat dan semakin banyak pula gas hidrogen yang terbentuk
(Rashid et al., 2015). Namun pada saat penambahann konsentrasi yang tinggi
yaitu 1 M elektrolit Na2SO4 dan KI mengalami penurunan konsentrasi gas. Hal
ini disebabkan karena elektrolit yang digunakan terlalu jenuh sehingga gerakan
anion dan kation menjadi terbatas. Keterbatasan pergerakan anion dan kation ini
159 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
mengakibatkan daya hantar listrik elektrolit semakin berkurang sehingga
konsentrasi gas hidrogen yang dihasilkan akan menjadi sedikit (Efendi et all,
2019).
Berdasarkan penelitian Chakik (2017), Selain konsentrasi elektrolit
penggunaan arus dan tegangan juga mempengaruhi terhadap gas hidrogen yang
dihasilkan. Dapat dilihat pada gambar 7 konsentrasi gas hidrogen yang
dihasilkan tidak terlalu banyak hal ini disebabkan oleh penggunaan arus dan
tegangan yang kecil yaitu sebesar 0,6 amper dan 2 volt, karena arus yang
digunakan kecil maka proses elektrolisis membutuhkan waktu yang cukup lama
dalam menghasilkan gas hidrogen. Namun penggunaan arus dan tegangan yang
tinggi juga memiliki dampak negatif seperti elektroda yang digunakan akan
rentan rusak serta dapat menurunkan efisiensi dari generator yang digunakan
(Efendi et all, 2019).
Pada saat elektrolisis terjadi terbentuk gelembung gas pada permukaan
elektroda. Hal ini menandakan terjadinya reaksi elektrolisis. Sel elektrolisis
terdiri dari elektroda dan elektrolit. Elektroda merupakan sususan katoda dan
anoda untuk memisahkan hidrogen dan oksigen. Elektroda yang digunakan
dalam penelitian ini yaitu Cu dan Al berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi
redoks. Cu merupakan katoda sebagai tempat terjadinya reaksi reduksi,
sementara Al merupakan anoda sebagai tempat terjadinya reaksi oksidasi
(Rashid et al, 2015).
160 | R a h a d i a n Z a i n u l
Tabel 5. Perbandingan elektroda Cu-Al sebelum dan sesudah elektrolisis
Material
Elektroda
Sebelum digunakan elektrolisis Setelah digunakan Elektrolisis
Katoda Anoda Katoda Anoda
Tembaga
Aluminium
Tabel diatas menujukkan fenomena yang dialami oleh masing masing
elektroda. Dapat terlihat bahwasanya terjadi perubahan fisik dari elektroda
tersebut. Berdasarkan pengamatan pada elektroda positif (anoda), terjadi oksidasi
pada logam Al menjadi Al3+. Sementara elektroda Cu terjadi reaksi reduksi.
Reaksi yang terjadi yaitu :
Anoda : Al(s) → Al3+(aq) + 3e-
Katoda : Cu2+ (aq) + 2e- → Cu(s)
Elektroda Al dan Cu merupakan elektroda yang tidak inert sehingga
elektroda tersebut akan bereaksi sebagai anoda dan katoda serta terjadi reaksi
161 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
oksidasi-reduksi (Yulianti,2016). Adapun berat Al yang hilang saat terjadi prpses
elektrolisis sebanyak 0,1979 gram. Sementara berat elektroda Cu bertambah
sebanyak 1,143 gram. Perubahan berat elektroda yang digunakan menunjukkan
bahwa kedua elektroda tersebut mengalami reaksi oksidasi pada Al dan reaksi
reduksi pada Cu.
162 | R a h a d i a n Z a i n u l
G. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
Penambahan konsentrasi elektrolit dapat meningkatkan produksi gas
hidrogen yang dihasilkan. Dimana pada penelitian saya, dari variasi yg ada
semakin tinggi konsentrasi semakin banyak produksi gas hidrogen. Konsentrasi
maksimum dihasilkan pada penggunaan larutan elektrolit Na2SO4 0,75 M
dengan gas hidrogen yang dihasilkan sebesar 37 ppm. Berdasarkan penelitian
yang telah dilakukan disarankan :Perlunya melakukan modifikasi terhadap alat
yang digunakan seperti generator dan sensor untuk memperbaiki kinerja alat
serta keakuratan dalam membaca konsentrasi gas.
163 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Lampiran 1 Preparasi Elektroda
Lampiran 2 Persiapan Paking
Siapkan Plat Cu (0,4 mm)
dan Al (0,77)
Dipotong dengan ukuran 10
cm x 10 cm sebanyak 32
plat
Dilubangi untuk tempat
peletakan baut dan
keluaran gas
Lembaran paking
Desain paking dengan
ukuran 10 cm x 10 cm,
kemudaian gunting setiap
sisinya menjadi 1 cm
sebanyak 32 paking
164 | R a h a d i a n Z a i n u l
Lampiran 3 Bagan Alir Pembuatan larutan Na2SO4
Timbang 3,55 g
Dimasukkan kedalam labu ukur 100 mL
Ditambahkan aquades hingga garis batas
Kocok
Timbang 7,1 g
Dimasukkan kedalam labu ukur 100 mL
Ditambahkan aquades hingga garis batas
Kocok
Timbang 10,65 g
Dinatrium Sulfat
(Na2SO4)
Na2SO4 0,25 M
Dinatrium Sulfat
(Na2SO4)
Na2SO4 0,5 M
Dinatrium Sulfat
(Na2SO4)
165 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Dimasukkan kedalam labu ukur 100 mL
Ditambahkan aquades hingga garis batas
Kocok
Timbang 14,2 g
Dimasukkan kedalam labu ukur 100 mL
Ditambahkan aquades hingga garis batas
Kocok
Lampiran 4 Bagan Alir Pembuatan larutan KI
Timbang 4,15 g
Dimasukkan kedalam labu ukur 100 mL
Na2SO4 0,75 M
Dinatrium Sulfat
(Na2SO4)
Na2SO4 1,0 M
Kalium iodide
(KI)
166 | R a h a d i a n Z a i n u l
Ditambahkan aquades hingga garis batas
Kocok
Timbang 8,3 g
Dimasukkan kedalam labu ukur 100 mL
Ditambahkan aquades hingga garis batas
Kocok
Timbang 12,45 g
Dimasukkan kedalam labu ukur 100 mL
Ditambahkan aquades hingga garis batas
Kocok
KI 0,25 M
Kalium iodide (KI)
KI 0,5 M
Kalium iodide (KI)
)
Na2SO4 0,75 M
Kalium iodide (KI)
167 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Timbang 16,6 g
Dimasukkan kedalam labu ukur 100 mL
Ditambahkan aquades hingga garis batas
Kocok
Lampiran 5 Perhitungan larutan Na2SO4
Larutan Na2SO4 0,25 M
M =
Mr Na2SO4 = 142 g/mol
Volume larutan 1 L
Na2SO4 1,0 M
168 | R a h a d i a n Z a i n u l
massa = 35,5 g
Larutan Na2SO4 0, 5 M
M =
Mr Na2SO4 = 142 g/mol
Volume larutan 1 L
massa = 71 g
Larutan Na2SO4 0,75 M
M =
Mr Na2SO4 = 142 g/mol
Volume larutan 1 L
massa = 106,5 g
169 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Larutan Na2SO4 1,0 M
M =
Mr Na2SO4 = 142 g/mol
Volume larutan 1 L
massa = 142 g
Lampiran 6 Perhitungan larutan KI
Larutan KI 0,25 M
M =
Mr KI = 166 g/mol
Volume larutan 100 mL
170 | R a h a d i a n Z a i n u l
massa = 4,15 g
Larutan KI 0, 5 M
M =
Mr KI = 166 g/mol
Volume larutan 100 mL
massa = 8,3 g
Larutan Na2SO4 0,75 M
M =
Mr KI = 166 g/mol
Volume larutan 100 mL
171 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
massa = 106,5 g
Larutan KI 1,0 M
M =
Mr KI = 166 g/mol
Volume larutan 1 L
massa = 142 g
Lampiran 7 Perakitan Generator
Rakit wadah elektrolit pada
reactor dan tambahkan
elektrolit yang telah
disiapkan
Jepit elektroda dengan
kabel dan sambungkan ke
Sambungkan sensor pada
pc kemudian selang
diarahkan pada sensor
Susun elektroda secara
parallel dan beri pembatas
berupa paking
172 | R a h a d i a n Z a i n u l
Lampiran 8. Menghitung massa Al yang teroksidasi
Diketahui: I = 0,6 amper
t = 1 jam = 3600 detik
Q = I × t
= 0,6 amper × 3600 detik
Q = 2160 coloumb
F = (2160 coloumb)/96500
F = 0,022 F atau 0,022 mol
Anoda : Al(s) Al3+(aq) + 3e-
0,0073 mol 0,022 mol
n = m/mr
0,0073 = m/27
Massa Al = 0,1979 gram
Lampiran 9. Menghitung massa Cu yang tereduksi
Diketahui: I = 0,6 amper
t = 1 jam = 3600 detik
Q = I × t
173 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
= 0,6 amper × 3600 detik
Q = 2160 coloumb
F = (2160 coloumb)/96500
F = 0,022 F atau 0,022 mol
Katoda : Cu2+ (aq) + 2e- → Cu(s)
0,022 mol 0,011 mol
n = m/mr
0,011= m/63,5
Massa Al = 0,6985 gram
Lampiran 10. Data perubahan massa Al-Cu sebelum dan setelah dielektrolisis
Penggunaaan 8 plat Al-Cu sebagai anoda-katoda dengan elektrolit aquades
Penggunaaan plat Al-Cu sebagai anoda-katoda dengan elektrolit Na2SO4
Berat Al sebelum Dielektrolisis
Berat Al setelah dielektrolisis
Berat Cu sebelum dielektrolisis
Berat Cu setelah Dielektrolisis
12,608 12,561 36,442 36,776 12,656 12,618 35,971 36,363 12,885 12,842 36,385 36,639 12,729 12,696 35,644 35,944
Kosentrasi Na2SO4
Berat Al sebelum dielektrolisis
Berat Al setelah Dielektrolisis
Berat Cu sebelum dielektrolisis
Berat Cu setelah dielektrolisis
0,25 M 12,561 12,492 34,538 34,992 0,50 M 12,756 12,683 35,461 36,037 0,75 M 12,531 12,454 35,589 36,339
174 | R a h a d i a n Z a i n u l
Penggunaaan plat Al-Cu sebagai anoda-katoda dengan elektrolit KI
Lampiran 11. Hasil pengukuran konsentrasi gas hidrogen dengan sensor MQ-8
Konsentrasi (M) Konsentrasi Gas Hidrogen (ppm)
Na2SO4 KI Aquades
0 0 0 5
0,25 19 13
0,5 31 22
0,75 37 28
1 34 27
Lampiran 12. Dokumentasi Penelitian
Gambar Keterangan
Plat Cu dan Al yang telah
dipotong dengan ukuran 10
cm x 10 cm
1,0 M 12,744 12,679 34,682 35,048
Konsentrasi KI
Berat Al sebelum dielektrolisis
Berat Al setelah dielektrolisis
Berat Cu sebelum Dielektrolisis
Berat Cu setelah dielektrolisis
0,25 M 12,658 12,603 36,557 36,889 0,50 M 12,336 12,268 34,742 35,163 0,75 M 12,832 12,761 35,737 36,292 1,0 M 12,439 12,387 34,668 35,084
175 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Pembersihan elektroda
menggunakan aseton
Perakitan plat elektroda pada
generator
Perakitan komponen sensor
176 | R a h a d i a n Z a i n u l
Uji konsentrasi gas dengan
menggunakan sensor mq-8
yang telah terhubung ke pc
Reaksi yang terjadi pada
katoda
Reaksi yang terjadi pada
anoda
177 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Penimbangan katoda sebelum
dan sesudah elektrolisis
elektrolisis
Penimbangan anoda sebelum
dan sesudah elektrolisis
Kondisi elektroda Al setelah
elektrolisis
178 | R a h a d i a n Z a i n u l
Kondisi elektroda Cu setelah
elektrolisis
H. Rujukan
Ambarwati Anisa. (2017). Rancang Bangun Proses Produksi Gas Hidrogen H2 Melalui
Elektrolisis Air dan Sistem Monitoring Berbasis HUMAN MACHINE INTERFACE
(HMI). Skripsi. Surabaya : ITS.
Bidin, N., Azni, S. R., Abu Bakar, M. A., Johari, A. R., Abdul Munap, D. H. F., Salebi,
M. F., Sulaiman, S. N. A. (2017). The effect of sunlight in hidrogen production from
water electrolysis. International Journal of Hidrogen Energi, 42(1), 133–142.
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.11.203.
Brini, Emiliano, Christopher J. Fennell, Marivi Fernandez-Serra, Barbara Hribar-Lee,
Miha Luksic, and Ken A. Dill. (2017). "How Water's Properties Are Enconded in its
Molecular Structure and Energies." Chemical Riviews 117(19):12385-414.
Budiman, S. (2017). Pembuatan natrium sulfat anhidrat (Na2SO4). (October 2006), 33–40.
179 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Chakik, F. ezzahra, Kaddami, M., & Mikou, M. (2017). Effect of operating parameters
on hidrogen production by electrolysis of water. International Journal of Hidrogen Energi,
42(40), 25550–25557. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.07.015.
Dincer, I., & Acar, C. (2017). Innovation in hidrogen production. International Journal of
Hidrogen Energi, 42(22), 14843–14864. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.04.107.
Dincer, I., & Acar, C. (2014). Review and evaluation of hidrogen production methods
for better sustainability . International Journal of Hidrogen Energi.
http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.12.035.
dos Santos, K. G., Eckert, C. T., De Rossi, E., Bariccatti, R. A., Frigo, E. P., Lindino,
C. A., & Alves, H. J. (2017). Hidrogen production in the electrolysis of water in Brazil, a
review. Renewable and Sustainable Energi Reviews, 68(May 2015), 563–571.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.09.128.
Essuman, S. P. K., Nyamful, A., Agbodemegbe, V., & Debrah, S. K. (2019).
Experimental Studies of the Effect of Electrolyte Strength, Voltage and Time on the
Production of Brown’s (HHO) Gas Using Oxyhidrogen Generator. Open Journal of Energi
Efficiency, 08(02), 64–80. https://doi.org/10.4236/ojee.2019.82005
Efendi Sulkan, Amalia Rif'ah Dan Radina Anggun Nurisma. (2019). Karakteristik
Performa Generator Oxyhydrogen Tipe Dry Cell Dengan Penambahan Katalis Kalium
Hidroksida. Prosiding Seminar Nasional Teknologi Industri, Lingkungan Dan
Infrastruktur (SENTIKUIN) Volume 2 Tahun 2019, Page A.31-A.37. Fakultas Teknik
Universitas Tribhuwana Tunggadewi, Malang, Indonesia, 24 Agustus 2019.
180 | R a h a d i a n Z a i n u l
Gahleitner, G. (2013). Hidrogen from renewable electricity: An international review of
power-to-gas pilot plants for stationary applications. International Journal of Hidrogen
Energi, 38(5), 2039–2061. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.12.010
Gándara, M. J. F. (2013). Aluminium: The metal of choice. Materiali in Tehnologije,
47(3), 261–265.
Giorgio. (2014). IEA-ETSAP© Technology Brief P12-February 2014-www.etsap.org ENERGI
TECHNOLOGY SYSTEM ANALYSIS PROGRAMME Hidrogen Production &
Distribution. (February). Retrieved from www.etsap.org
Imperiyka, M. H., & Eman, B. A. (2017). An Overview of Hidrogen Production
Technologies of Water Electrolysis. International Journal of Science and Research (IJSR),
6(7), 206–217. https://doi.org/10.21275/art20173986
Lei, Q., Wang, B., Wang, P., & Liu, S. (2019). Hidrogen generation with acid/alkaline
amphoteric water electrolysis. Journal of Energi Chemistry, 38(xxxx), 162–169.
https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.12.022
Liao, C. H., Huang, C. W., & Wu, J. C. S. (2012). Hidrogen production from
semiconductor-based photocatalysis via water splitting. Catalysts, 2(4), 490–516.
https://doi.org/10.3390/catal2040490
Mardiansyah. (2011). Sistem produksi Hidrogen Melalui Proses ElektrolisisPlasma Non-
Termal Dalam Larutan elektrolit KOH Dengan Penambahan Metanol Dan Etanol.
Skripsi. Depok : FT U.
181 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
Naimi Youseff and Antar Amal. (2018). Hidrogen Generation by Water Electrolysis.
Licensee IntechOpen. http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.768-
14.
Nikolaidis, P., & Poullikkas, A. (2017). A comparative overview of hidrogen production
processes. Renewable and Sustainable Energi Reviews, 67, 597–611.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.09.044
Rashid, M. M., Mesfer, M. K. Al, Naseem, H., & Danish, M. (2015). Hidrogen
Production by Water Electrolysis: A Review of Alkaline Water Electrolysis, PEM Water
Electrolysis and High Temperature Water Electrolysis. International Journal of Engineering
and Advanced Technology, (3), 2249–8958.
Reza Grace. (2015). ―PROTOTYPE HIDROGEN FUEL GENERATOR (Produksi
Gas Hidrogen Ditinjau dari Reaktor Jenis Plat Alumunium dan Stainless Steel serta
Variasi Konsentrasi Elektrolit NaCl)‖. Skripsi : Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang.
Saleet, H., Abdallah, S., & Yousef, E. (2017). Effect of electrodes’ geometry on hidrogen
and oxygen production using pv powered water electrolyzing system. International
Journal of Applied Engineering Research, 12(16), 6002–6011.
Sharp, K. A. (2001). Water : Structure and Properties. Johnson Research Foundation,
University of Pennsylvania, Philadelphia, Pennsylvania, USA
Sudarmanta Bambang, Sudjud Darsopuspito, D. S. (2016). Application of Dry Cell Hho
Gas Generator With Pulse Width Modulation on Sinjai Spark Ignition Engine
182 | R a h a d i a n Z a i n u l
Performance. International Journal of Research in Engineering and Technology, 05(02), 105–
112. https://doi.org/10.15623/ijret
2016.0502019.
Wahyono, Y., Sutanto, H., & Hidayanto, E. (2017). Produksi Gas Hidrogen
Menggunakan Metode Elektrolisis dari Elektrolit Air dan Air Laut dengan Penambahan
Katalis NaOH. Youngster Physics Journal, 6(4), 353–359.
Wardani, S. W & Zainul, R. (2019). The Performance of Hidrogen Generator based on a 4 / 4
Al-Cu Plates Designed. 20(1), 100–104.
Widyatama, A. . (2017). Rancang Bangun Proses Produksi Gas Hidrogen ( H 2 ) Melalui
Elektrolisis Air Menggunakan Buck Converter Berbasis.
Yulianti Devi. (2016). Analisis Kelistrikan Sel Volta Memanfaatkan Logam Bekas.
Skripsi. Lampung :FMIPA Lampung.
183 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
GLOSSARIUM
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). Terdapat tiga ciri utama suatu proses elektrolisis, yaitu sebagai berikut. Adanya ion bebas dalam suatu larutan elektrolit.
Energi :Dalam fisika, energi adalah properti fisika dari suatu objek, dapat berpindah melalui interaksi fundamental, yang dapat diubah bentuknya namun tak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Joule adalah satuan SI untuk energi, diambil dari jumlah yang diberikan pada suatu objek (melalui kerja mekanik) dengan memindahkannya sejauh 1 meter dengan gaya 1 newton.[1]
Hidrogen : 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 berwarna, tidak berbau, bersifat non-logam, bervalensi tunggal, dan merupakan gas diatomik yang sangat mudah terbakar. Dengan massa atom 1,00794 amu,[a] hidrogen adalah unsur teringan di dunia. Hidrogen juga adalah unsur paling melimpah dengan persentase kira-kira 75% dari total massa unsur alam semesta.[9][b] Kebanyakan bintang dibentuk oleh hidrogen dalam keadaan plasma. Senyawa hidrogen relatif langka dan jarang dijumpai secara alami di Bumi, dan biasanya dihasilkan secara industri dari berbagai senyawa hidrokarbon seperti metana. Hidrogen juga dapat dihasilkan dari air melalui proses elektrolisis, namun proses ini secara komersial lebih mahal daripada produksi hidrogen dari gas alam.[10]
Generator : Generator listrik memproduksi energi listrik dari sumber energi
mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tetapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tetapi generator
184 | R a h a d i a n Z a i n u l
tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tetapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melalui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, engkol tangan, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanik yang lalu lalang.
Oksigen : Oksigen atau zat asam adalah unsur kimia yang mempunyai
lambang O dan nomor atom 8. Dalam tabel periodik, oksigen merupakan unsur nonlogam golongan VIA (kalkogen) dan dapat dengan mudah bereaksi dengan hampir semua unsur lainnya (utamanya menjadi oksida). Pada temperatur dan tekanan standar, dua atom oksigen berikatan menjadi O2 (dioksigen), gas yang tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau. Oksigen merupakan unsur paling melimpah ketiga di alam semesta berdasarkan massa (setelah hidrogen dan helium)[1] dan unsur paling melimpah di kerak Bumi.[2] Berdasarkan volume, 20,9% atmosfer bumi adalah oksigen.[3]
Produksi : adalah suatu kegiatan yang dikerjakan untuk menambah nilai
guna suatu benda atau menciptakan benda baru sehingga lebih bermanfaat dalam memenuhi kebutuhan. Kegiatan menambah daya guna suatu benda tanpa mengubah bentuknya dinamakan produksi jasa.[1] Sedangkan kegiatan menambah daya guna suatu benda dengan mengubah sifat dan bentuknya dinamakan produksi barang.
Rekayasa : Teknik (bahasa Melayu: kejuruteraan) atau rekayasa (bahasa
Inggris: engineering) adalah penerapan ilmu dan teknologi untuk menyelesaikan permasalahan manusia. Hal ini diselesaikan lewat pengetahuan, matematika dan pengalaman praktis yang diterapkan untuk mendesain objek atau proses yang berguna. Para praktisi teknik profesional disebut insinyur (sarjana teknik).
Sensor : adalah sesuatu lalu digunakan untuk mendeteksi adanya
perubahan lingkungan fisik atau kimia. Variabel keluaran dari sensor yang diubah menjadi besaran listrik disebut Transduser.
185 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
INDEX
Eelektrolisis, 189
Energi, 1, 3, 6, 9, 47, 54, 61, 62, 63, 64,
66, 69, 70, 101, 139, 180, 181, 182,
183, 186, 189
Generator, i, iv, vi, vii, 83, 91, 137, 149,
150, 173, 181, 184, 186, 189
Hidrogen, i, iv, vi, vii, viii, ix, 3, 4, 5, 49,
50, 82, 83, 84, 101, 116, 118, 138, 139,
140, 143, 144, 150, 151, 155, 176, 180,
181, 182, 183, 184, 186, 189
Oksigen, vi, 49, 50, 54, 84, 114, 187, 189
Produksi, iv, viii, 5, 14, 82, 88, 118, 119,
134, 139, 180, 183, 184, 187, 189
Rekayasa, i, iv, 9, 187, 189
Sensor, 150, 151, 155, 187, 189
186 | R a h a d i a n Z a i n u l
PROFIL PENULIS
Dr. Rahadian Zainul, S.Pd., M.Si.,
lahir di Sungai Penuh, 21 Januari 1974. Alamat
Komplek Prima Regency Blok I No 10 Kel.
Koto Lalang Kec. Lubuk Kilangan Padang.
Menyelesaikan pendidikan S1 di IKIP Padang
jurusan Pendidikan Kimia pada tahun 1997, S2
di UNAND Jurusan Kimia pada tahun 1999, S3
di UNAND Jurusan Kimia pada tahun 2015.
Penulis adalah dosen di jurusan Kimia
Universitas Negeri Padang sejak tahun 1998. Sejak menjadi mahasiswa
di IKIP padang telah hobi menulis artikel di berbagai surat kabar , baik
daerah (Singgalang, Mimbar Minang, Padang Ekspres, Tabloid Publik,
Zaman, Bukittinggi Post, Haluan, Dll) maupun nasional ( Harian
Republika). Beberapa buku sudah di terbitkan antara lain Teknik
Karekterisasi Kimia Fisika (2011), Desain dan Rekayasa Fotoreaktor
(2017). Desain dan Rekayasa Generaor Hidrogen (2019), Blanded
Learning NKDK di LPTK : Suatu pendekatan riset dan aplikatif (2020).
Penulis memiliki hobi dalam bidang riset dan publikasi serta
pengelolaan jurnal. Saat ini sebagai Editor in Chief pada jurnal
EKSAKTA (Berkala Ilmiah bidang MIPA, jurnal nasional terakreditasi
SINTA 4), editor dan reviewer di jurnal-jurnal nasional antara lain : UI,
UNPAD, UNDIP, UNSYIAH, UNRI, UNJA, dll. Menjadi reviewer di
jurnal internasional bereputasi (terindeks SCOPUS dan THOMSON
REUTERS) serta menulis aktif di jurnal-jurnal bereputasi Q1, Q2, Q3,
Q4. Seperti SENSORS (Q1), RASAYAN (Q2), dll. Memiliki H-indeks
187 | G e n e r a t o r H i d r o g e n
SCOPUS 6, H-indeks GS 23, serta score SINTA 18,6 serta mendapatkan
riset grant dari pemerintah baik untuk riset dalam negeri maupun riset
kolaborasi internasional.
Penulis telah menghasilkan 1 paten grandted dari pemerintah
Indonesia yang berjudul FOTOREAKTOR HEXAGONAL PELAT
TIPIS OKSIDA TEMBAGA UNTUK MENGHASILKAN ENERGI
LISTRIK DARI CAHAYA RUANG DAN PROSES PEMBUATAN
PELAT TIPIS OKSIDA TEMBAGA dengan nomor pendaftaran paten
: P00201709463 (tahun 2019).
Penulis memiliki komptensi dalam riset kependidikan secara
nasional dengan menjadi Ketua Tim Penelititi KRUPT 2019-2022
(Konsorsium Riset Unggulan Perguruan Tinggi). Riset KRUPT ini
melibatkan 6perguruan tinggi LPTK di indonesia antara lain : UNP,
UNIMED, UNJ, UNESA, UM MALANG, dan Univeritas terbuka.
Penulis mengembangkan model pembelajaran Blended Learning pada 4
mata kuliah dasar kependidikan (MKDK). Yang dikembangkan itu
antara lan : Landasan Pendidikan (LP), Profesi Kependidikan (PK),
Pengantar Peserta Didik (PPD), dan Belajar Pembelajaran (BP).
Saat ini penulis juga menjadi dosen program megister
pendidikan kimia di FMIPA UNP dan dosen program doktoral pada S3
pendidikan IPA FMIPA UNP. Penulis juga menjadi narasumber di
berbagai kegiatan pada beberapa universitas di Sumatera Barat dan Riau
seperti UBH, STIKES ALIFAH, STIKES YARSI, POLTEKES
PADANG, STIKES SYEDZA SAINTIKA, AKBP Padang, UNITAS,
UNES, STIKES Awal Bros dll, dalam bidang IT dan publikasi serta
Pembelajaran berbasis IT.
Mata kuliah yang diampu antara lain : KimiaFisika, Kimia
Komputasi, Media dan IT, Publikasi dan Etika Ilmiah. Saat ini penulis
188 | R a h a d i a n Z a i n u l
menduduki jabatan sebagai lektor kepala dalam dalam bidang kimia
fisika di jurusan kimia FMIPA UNP dan koordinator Hak Kekayaan
Intelektual(HKI) pada Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat (
LP2M) Universitas Negeri Padang periode 2019-2022. Di samping itu,
penulis adalah reviewer nasional dalam bidang penelitian dan reviewer
internal penelitian di Universitas Negeri Padang sejak tahun 2018 sampai
sekarang.
Recommended