document12

11
Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir Yogyakarta, 01 Oktober 2011 219 ISSN: 0854 - 2910 PENGARUH VARIASI MASUKAN RAPAT ARUS LISTRIK MENGGUNAKAN MOLTEN SALT REACTOR (MSR) TERHADAP NILAI EFISIENSI PRODUKSI HIDROGEN DENGAN SISTEM ELEKTROLISIS AIR SUHU TINGGI Muhammad Aditya dan Andang Widi Harto Prodi Teknik Nuklir, Jurusan Teknik Fisika, Universitas Gadjah Mada, Jl.Grafika 2, Kampus UGM, Yogyakarta, 55281 Email : [email protected] ABSTRAK PENGARUH VARIASI MASUKAN RAPAT ARUS LISTRIK MENGGUNAKAN MOLTEN SALT REACTOR (MSR) TERHADAP NILAI EFISIENSI PRODUKSI HIDROGEN DENGAN SISTEM ELEKTROLISIS AIR SUHU TINGGI. Produksi hidrogen dengan sistem elektrolisis suhu tinggi mampu menghasilkan hidrogen dalam skala besar dengan tingkat kemurnian tinggi. Pada penelitian ini telah berhasil dirancang optimasi produksi hidrogen dengan sistem kopel reaktor generasi IV Molten Salt Reactor (MSR) dengan instalasi produksi hidrogen dengan laju produksi 5 kg/s. Penelitian ini difokuskan pada pengaruh densitas arus listrik yang disuplai ke dalam sel-sel electrolyzer, terhadap kinerja electrolyzer dalam produksi hidrogen. Variasi densitas arus listrik dilakukan pada rentang 4000 A/m 2 – 9000 A/m 2 pada tekanan operasional 10 atm dan nilai fraksi massa hidrogen 0,3. Hasil penelitian ini diketahui bahwa kenaikan densitas arus listrik akan mereduksi panjang sel electrolyzer namun mengurangi efisiensi total sistem kopel instalasi produksi hidrogen dengan MSR. Efisiensi total tertinggi adalah 54.19473 % pada suplai densitas arus listrik sebesar 4000 A/m 2 . Hubungan antara densitas arus listrik dengan efisiensi produksi hidrogen adalah y = -3E-10x 3 + 3E-06x2 – 0.011x + 71.96, dengan y adalah efisiensi total produksi hidrogen (%) dan x adalah densitas arus listrik (A/m 2 ). Kata Kunci: elektrolisis, MSR, densitas arus, electrolyzer, efisiensi ABSTRACT EFECT OF CURENT DENSITY VARIATION USING MOLTEN SALT REACTOR TO EFFICIENCY VALUE OF HIDROGEN PRODUCTION WITH HIGH TEMPERATURE STEAM ELECTROLYSIS SYSTEM. Hydrogen production with high temperature electrolysis can produce hydrogen on large scale and high purity level. In this research have been successfully designed optimization hydrogen production with system coupling reactor generation IV, Molten Salt Reactor (MSR) with hydrogen installation plant and with rate production at 5 kg/s. This research focused on effect of electrical current density that supplied to electrolyzer cell on the performance of electrolyzer to produce hydrogen. Electrical current density of this variation in this research in the range 4000 A/m 2 – 9000 A/m 2 at 10 atm operating pressure and hydrogen mass fraction value of 0.3. Result of this research discovered that electrical current density will reduce length of electrolyzer, but also will reduces the total efficiency of hydrogen production system coupling with MSR installation. The highest total efficiency is 54.19473 % on the supply of electric current density of 4000 A/m 2 . The relationship between electrical current density with hydrogen production efficiency is y = -3E-10x 3 + 3E-06x2 – 0.011x + 71.96, with y is the total efficiency of hydrogen production (%) and x is the electric current density (A/m 2 ). Keywords: electrolysis, MSR, current density, electrolyzer, efficiency 1. PENDAHULUAN Semakin menipisnya cadangan energi fosil membuat manusia berusaha mencari energi pengganti baru bersih yang aman dengan lingkungan. Hingga saat ini banyak dikembangkan energi baru dan ramah lingkungan, mulai dari pemanfaatan energi surya, energi angin, hingga pemanfaatan hidrogen untuk energi alternatif. Hidrogen menjadi fokus perhatian pengembang energi terbarukan

Upload: rohmat-sholeh

Post on 20-Nov-2014

494 views

Category:

Documents


4 download

DESCRIPTION

 

TRANSCRIPT

Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir Yogyakarta, 01 Oktober 2011

219

ISSN: 0854 - 2910

PENGARUH VARIASI MASUKAN RAPAT ARUS LISTRIK MENGGUNAKAN MOLTEN SALT REACTOR (MSR) TERHADAP

NILAI EFISIENSI PRODUKSI HIDROGEN DENGAN SISTEM ELEKTROLISIS AIR SUHU TINGGI

Muhammad Aditya dan Andang Widi Harto

Prodi Teknik Nuklir, Jurusan Teknik Fisika, Universitas Gadjah Mada, Jl.Grafika 2, Kampus UGM, Yogyakarta, 55281

Email : [email protected]

ABSTRAK PENGARUH VARIASI MASUKAN RAPAT ARUS LISTRIK MENGGUNAKAN MOLTEN SALT REACTOR (MSR) TERHADAP NILAI EFISIENSI PRODUKSI HIDROGEN DENGAN SISTEM ELEKTROLISIS AIR SUHU TINGGI. Produksi hidrogen dengan sistem elektrolisis suhu tinggi mampu menghasilkan hidrogen dalam skala besar dengan tingkat kemurnian tinggi. Pada penelitian ini telah berhasil dirancang optimasi produksi hidrogen dengan sistem kopel reaktor generasi IV Molten Salt Reactor (MSR) dengan instalasi produksi hidrogen dengan laju produksi 5 kg/s. Penelitian ini difokuskan pada pengaruh densitas arus listrik yang disuplai ke dalam sel-sel electrolyzer, terhadap kinerja electrolyzer dalam produksi hidrogen. Variasi densitas arus listrik dilakukan pada rentang 4000 A/m2 – 9000 A/m2 pada tekanan operasional 10 atm dan nilai fraksi massa hidrogen 0,3. Hasil penelitian ini diketahui bahwa kenaikan densitas arus listrik akan mereduksi panjang sel electrolyzer namun mengurangi efisiensi total sistem kopel instalasi produksi hidrogen dengan MSR. Efisiensi total tertinggi adalah 54.19473 % pada suplai densitas arus listrik sebesar 4000 A/m2. Hubungan antara densitas arus listrik dengan efisiensi produksi hidrogen adalah y = -3E-10x3 + 3E-06x2 – 0.011x + 71.96, dengan y adalah efisiensi total produksi hidrogen (%) dan x adalah densitas arus listrik (A/m2). Kata Kunci: elektrolisis, MSR, densitas arus, electrolyzer, efisiensi ABSTRACT EFECT OF CURENT DENSITY VARIATION USING MOLTEN SALT REACTOR TO EFFICIENCY VALUE OF HIDROGEN PRODUCTION WITH HIGH TEMPERATURE STEAM ELECTROLYSIS SYSTEM. Hydrogen production with high temperature electrolysis can produce hydrogen on large scale and high purity level. In this research have been successfully designed optimization hydrogen production with system coupling reactor generation IV, Molten Salt Reactor (MSR) with hydrogen installation plant and with rate production at 5 kg/s. This research focused on effect of electrical current density that supplied to electrolyzer cell on the performance of electrolyzer to produce hydrogen. Electrical current density of this variation in this research in the range 4000 A/m2 – 9000 A/m2 at 10 atm operating pressure and hydrogen mass fraction value of 0.3. Result of this research discovered that electrical current density will reduce length of electrolyzer, but also will reduces the total efficiency of hydrogen production system coupling with MSR installation. The highest total efficiency is 54.19473 % on the supply of electric current density of 4000 A/m2. The relationship between electrical current density with hydrogen production efficiency is y = -3E-10x3 + 3E-06x2 – 0.011x + 71.96, with y is the total efficiency of hydrogen production (%) and x is the electric current density (A/m2). Keywords: electrolysis, MSR, current density, electrolyzer, efficiency 1. PENDAHULUAN

Semakin menipisnya cadangan energi fosil membuat manusia berusaha mencari energi

pengganti baru bersih yang aman dengan lingkungan. Hingga saat ini banyak dikembangkan energi

baru dan ramah lingkungan, mulai dari pemanfaatan energi surya, energi angin, hingga pemanfaatan

hidrogen untuk energi alternatif. Hidrogen menjadi fokus perhatian pengembang energi terbarukan

Pengaruh Variasi Masukan Rapat Arus Listrik Menggunakan Molten Salt … M. Aditya dan Andang Widi Harto

220

ISSN: 0854 - 2910

karena lebih bersih (ramah lingkungan karena penggunaanya hanya menghasilkan uap air yang aman

terhadap lingkungan) dan unggul dari segi efisiensi dan sifatnya yang portable. Energi hidrogen

mempunyai peran menggantikan energi fosil dimasa depan khususnya sebagai sumber energi untuk

sarana transportasi[1].

Hidrogen merupakan unsur teringan dan yang paling melimpah di dunia (75% dari total

massa unsur alam semesta). Untuk memperoleh hidrogen, maka energi hidrogen harus diproduksi.

Produksi hidrogen dapat dilakukan dengan cara elektrolisa, termolisa, termokimia dan fotolisa.

Diantara berbagai cara metode menghasilkan energi hidrogen, metode yang paling mudah untuk

mendapatkan energi hidrogen ialah dengan cara elektrolisis air, dimana mampu memproduksi energi

hidrogen tanpa menghasilkan gas buang karbon jika dikopel dengan reaktor nuklir[3]. Akan tetapi

penggunaan elektrolisis air untuk menghasilkan energi hidrogen belum banyak digunakan secara

komersial, akibat dari konsumsi listrik yang banyak dan biaya operasiaonal yang tinggi.

Memiliki banyak beberapa keuunggulan, energi hidrogen secara komersial belum mampu

bersaing dengan energi fosil. Efisiensi yang kecil dalam proses produksi, penyimpanan dan

pendistribusian energi hidrogen membutuhkan biaya yang tinggi, harga material untuk elektrolisis

suhu tinggi masih mahal serta operasi electrolyzer yang masih tergolong pendek. Untuk skala

industri, proses elektrolisis dilakukan pada temperatur tinggi. Reaktor nuklir digunakan sebagai

sumber kalor untuk proses elektrolisis dengan menggunakan kalor buangan pada reaktor. Dengan

sistem kopel kedua instalasi tersebut dapat mengoptimalkan produksi hidrogen.

2. DASAR TEORI

2.1. Molten Salt Reactor (MSR)

Molten Salt Reactor (MSR) merupakan salah satu reaktor nuklir fisi generasi IV dengan

pendingin primer leburan garam. MSR menggunakan leburan garam FLIBE (75% LiF - 25%BeF2)

dengan bahan bakar berupa campuran 233UF4 dam 232ThF4 yang terlarut didalamnya, sehingga

penggantian dan pengsisian bahan bakar dapat dilakukan tanpa mematikan reaktor (online

refueling)[13].

Gambar 1. Disain Konsep MSR[4]

Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir Yogyakarta, 01 Oktober 2011

221

ISSN: 0854 - 2910

Tabel 1. Karakteristik Disain MSR[4]

Garam bahan bakar pada MSR mengalir melalui dasar teras menuju atas teras. Reaksi fisi

yang terjadi pada teras akan menghasilkan kalor yang selanjutnya dialirkan menuju sistem penukar

panas utama (heat exchanger), yang kmudian ditransferkan ke sistem sekunder yang berupa garam

yang tidak mengandung bahan bakar ke sistem penukar panas sekunder. Panas dari garam sekunder

akan digunakan untuk membnagkitkan uap pada sistem pembangkit uap untuk memutar turbin yang

selanjutnya menghasilkan listrik. Material penyusun struktur leburan garam harus memiliki sifat

tahan korosif yang tinggi dan tahan pada suhu tinggi. Hasstelloy-N digunakan pada material reaktor

MSR dikarenkan laju korosi yang kurang dari 0,1 mm per tahun pada temperatur sekitar 650°C.

Hastelloy-N adalah alloy berbasis nikel dengan komposisi alloy terdiri dari Inconelm INOR-8 dan

Hastelloy-B[13]. Disain MSR seperti pada Gambar 1.

2.2. Elektrolisis Air

Teknologi produksi hidrogen dapat dilakukan dengan 4 metode, yaitu teknologi berbasis

hidrokarbon (menggunakan bahan bakar fosil dan biomasa), daur termokimia, daur biologi dan

elektrolisis air[8]. Metode elektrolisis air sangat tepat digunakan untuk industri yang membutuhkan

hidrogen dengan tingkat kemurnian yang tinggi seperti industri metalurgi, elektronik dan farmasi[8].

Prinsip dasar elektrolisis air ditunjukkan pada Gambar 2[5].

Gambar 2. Diagram Skematik Proses Elektrolisis Air pada Sel Electrolyzer[5]

Parameter Reaktor Nilai Referensi

Daya 1000 MWe

Densitas daya 22 MWth/m3

Efisiensi termal 44-50%

Bahan bakar garam - suhu masukan 565οC

- suhu keluaran 700οC (untuk produksi hidrogen 9500C)

- tekanan uap <0,1 psi

Moderator Grafit

Siklus Daya Multi-reheat recuperative helium Bryton Cycle

Pengaruh Variasi Masukan Rapat Arus Listrik Menggunakan Molten Salt … M. Aditya dan Andang Widi Harto

222

ISSN: 0854 - 2910

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 dan menghasilkan molekul ion O2.

Secara kimia reaksi pemecahan molekul air menjadi hidrogen dan oksigen mengikuti

persamaan reaksi berikut.

Katoda : H20(g) + 2e- → H2(g) + O2- (1)

Anoda : O2- → ½ O2(g) + 2e-

Total : H2O(l) → H2(g) + ½ O2(g)

2.3. High Temperature Electrolysis (HTE)

High Temperature Electrolysis ialah proses produksi hidrogen yang dilakukan pada

temperature yang tinggi (T≥800οC). Sumber energi panas dapat diperoleh dari energi fosil dan energi

terbarukan lainya, dimana dalam penelitian ini digunakan energi fisi nuklir. Semakin tinggi

temperatur operasi maka kebutuhan energi listrik akan semakin minimal[8]. Proses sederhana

elektrolisis pada temperatur tinggi dapat dilihat pada Gambar 3. Umpan yang digunakan adalah uap

air dan gas H2. Energi masukan merupakan energi kalor dan energi listrik. Hasil produksi berupa

hidrogen, steam, dan oksigen dengan temperatur yang tinggi.

Pada proses elektrolisis suhu tinggi umpan H2O akan dipecah menjadi H2 dan O2 pada site-

site Sel Oxide Electrolysis Cell (SOEC), yaitu pada triple phase boundary (TPB). Site-site pada TPB

terdiri dari conducting phase, steam conducting phase, dan ionic conducting phase yang merupakan

katalis dan bersifat porous yang memingkinkan ion oksigen bermigrasi dari katoda ke anoda

Gambar 3. Diagram Skematik Proses Elektrolisis Air pada Temperatur Tinggi[8]

Selama proses elektrolisis berlangsung sel SOEC akan akan terdegradasi akibat suhu tinggi

dan juga pengaruh impurity umpan, sehingga mengakibatkan terganggungya tekanan parsial oksigen

pada sisi anoda dan memperkecil area TPB yang berujung minimnya proses elektrolisis. Pemberian

umpan gas H2 pada electrolyzer agar dapat menghilangkan pengaruh buruk impurity umpan pada

electrolyzer yang tidak diinginkan (contohnya gas O2), sehingga O2 akan bereaksi dengan H2 untuk

membentuk H20 yang lebih netral. Pemberian umpan gas H2 berfungsi sebagai reductor untuk

menjaga katalis SOEC (ionic conducting phase) tidak teroksidasi selama proses elektrolisis. Selain

Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir Yogyakarta, 01 Oktober 2011

223

ISSN: 0854 - 2910

itu beberapa peneliti juga menggunakan pemberian gas H2 untuk mengevaluasi equilibrium reaction

selama proses elektrolisis[5].

2.4. Kebutuhan Energi Reaksi Elektrolisis

Besarnya energi yang dibutuhkan untuk proses elektrolisis dirumuskan dengan persamaan

berikut.

(2)

dengan T adalah temperatur reaksi. ΔH, ΔG dan ΔS berturut-turut ialah entalpi (J/kg), energi bebas

Gibbs (J/kg) dan entropi reaksi (J/kg.K) pada kondisi T. Kebutuhan energi reaksi sebagai fungsi

suhu tersajikan pada Gambar 4. Energi minimum untuk menguraikan molekul air menjadi unsur-

unsur penyusunya adalah sebesar ΔH (J/kg). Untuk elektrolisis yang dilakukan pada temperatur

rendah, kebutuhan energi tersebut disuplai sepenuhnya dari energi listrik sebesar ΔG (J/kg), ΔH ≈

ΔG. Sedangkan pada proses temperatur tinggi, energi reaksi disuplai dari energi kalor dan energi

listrik, ΔH ≈ ΔG + TΔS. Semakin besar energi kalor yang diberikan maka energi listrik yang

dibutuhkan semakin berkurang.

Gambar 4. Energi yang Dibutuhkan untk Proses Elektrolisis Suhu Tinggi

3. TATA KERJA

Pada penelitian ini telah berhasil mendisain konsep sistem kopel sebuah instalasi produksi

hidrogen dengan reaktor nuklir MSR seperti pada Gambar 5. Instalasi produksi hidrogen didesain

dengan laju roduksi hidrogen sebesar 5 kg/s menggunakan 1000 Solid Oxide Electrlolysis Cell

(SOEC) berbentuk planar. Hasil dari penelitian ini akan dihitung nilai efisiensi (%) produksi

hidrogen sistem kopel instalasi produksi hidrogen dengan reactor MSR dengan variasi densitas arus

4000 – 9000 A/m2 pada tekanan operasi 10 atm dan nilai frak massa hidrogen 0.3.

Kondisi heat exchanger, hydrogen cooler dan oxygen cooler pada penelitian ini didisain

isolasi sempurna sehingga tidak terjadi rugi-rugi kalor (panas yang terbuang ke lingkungan).

Perhitungan proses elektrolisis pada electrolyzer, daya listrik dan daya termal pada elektrolizer dapat

dilakukan dengan menggunakan rumus :

Pengaruh Variasi Masukan Rapat Arus Listrik Menggunakan Molten Salt … M. Aditya dan Andang Widi Harto

224

ISSN: 0854 - 2910

(3)

(4)

(5) Perhitungan nilai efisiensi total sistem kopel instalasi produksi hidrogen dan reaktor dihitung dengan

rumus :

(6)

dengan QR adalah daya termal yang dihasilkan reaktor nuklir. Sebagian daya tersebut digunakan

secara langsung untuk instalasi produksi hidrogen (QT) dan sebagian lagi digunakan pada sistem

turbo generator untuk proses pembangkitan listrik (QL).

Gambar 5. Skema Instalasi Produksi Hidrogen yang dikopel dengan MSR

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Kondisi Operasi Electrolyzer

Pada penelitian ini, kondisi operasi dirancang sedemikian rupa agar electrolyzer mampu

memproduksi hidrogen dengan laju produksi 5 kg/s. Kondisi operasi electrolyzer agar mampu

memproduksi hidrogen dengan laju produksi 5 kg/s diperlihatkan pada Tabel 2.

Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir Yogyakarta, 01 Oktober 2011

225

ISSN: 0854 - 2910

Tabel 2. Kondisi Operasi Electrolyzer

4.2. Pengaruh Densitas Arus Listrik terhadap Perubahan Panjang Sel Electrolyzer

Perubahan geometri panjang electrolyzer berbanding terbalik dengan kenaikan densitas arus

listrik, seperti ditampilkan pada Gambar 6.

Gambar 6. Pengaruh Densitas Arus Terhadap Geometri Electrolyzer

Nilai panjang geometri electrolyzer terbesar pada densitas arus 4000 A/m2, yaitu sebesar

24,1236 m. Geometri panjang terkecil pada densitas arus 9000 A/m2, yaitu sebesar 10,7216 m.

Walaupun ditinjau secara ekonomi densitas arus 4000 A/m2 dianggap tidak menguntungkan karena

harga sel electrolyzer masih tergolong mahal, tetapi memiliki pemanfaatan energi yang cukup baik,

karena densitas arus listrik yang diberikan cukup rendah. Begitu pula halnya pada densitas arus

listrik sebesar 9000 A/m2, walaupun material panjang sel terkecil sehingga secara ekonomi

menguntungkan tetapi memiliki penggunaan energi listrik yang cukup besar.

4.3. Pengaruh Densitas Arus Terhadap Tegangan Reversible dan Irreversible

Tegangan irreversible ialah tegangan listrik yang dibutuhkan untuk mengetasi rugi-rugi

irreversible yang terjadi pada proses elektrolisis. Rugi-rugi tersebut berupa rugi-rugi ohmic yang

muncul akibat adanya hambatan listrik pada elektroda, hambatan ionik pada elektrolit dan hambatan

listrik pada bagian interkonek, rugi-rugi akibat adanya gradien konsentrasi pada permukaan

elektroda dan rugi-rugi akibat aktivitas molekular pada permukaan anoda. Pada proses elektroisis

Pengaruh Variasi Masukan Rapat Arus Listrik Menggunakan Molten Salt … M. Aditya dan Andang Widi Harto

226

ISSN: 0854 - 2910

suhu tinggi, tegangan sel total yang disuplai kedalam electrolyzer harus lebih besar dari pada

tegangan reversible, seperti tampak pada Gambar 7.

Gambar 7. Pengaruh Tegangan Reversible dan Irreversible terhadap Densitas Arus

4.4. engaruh Densitas Arus Listrik terhadap Suplai Daya Termal Electrolyzer

Proses elektrolisis pada suhu tinggi menggunakan daya listrik dan daya termal dari reaktor

nuklir. Daya termal untuk reaksi elektrolisis diperoleh dari heat exchanger dan daya listrik dari rugi-

rugi irreversible yang berubah menjadi daya termal. Pada Gambar 8. menunjukkan besarnya daya

termal yang harus disuplai dari heat exchanger ke electrolyzer agar proses elektrolisis suhu tinggi

dapat berlangsung.

Gambar 8. Pengaruh Densitas Arus Listrik terhadap Suplai Daya Termal oleh Heat

Exchanger

Pada Gambar 8 tampak bahwa suplai daya listik ke electrolyzer semakin meningkat seiring

dengan peningkatan densitas arus listrik dan suplai daya kalor ke electrolyzer cenderung konstan.

Pada prakteknya kapasitas daya termal yang disuplai ke electrolyzer menurun sesuai dengan

kenaikan densitas arus listrik, hal ini diakibatkan karena peningkatan rugi-rugi irreversible, yaitu

daya listik yang berubah menjadi daya termal sehingga penggunaan kalor dari reaktor MSR

berkurang.

Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir Yogyakarta, 01 Oktober 2011

227

ISSN: 0854 - 2910

4.5. Pengaruh Densitas Arus terhadap Efisiensi Sistem Kopel Produksi Hidrogen dengan Reaktor MSR

Gambar 9. Pengaruh Densitas Arus terhadap nilai efisiensi Total Sistem Kopel Produksi

Hidrogen

Efisiensi total, yaitu efisiensi antara instalasi produksi hidrogen dengan reaktor nuklir

(sistem kopel) memiliki tendensi yang sama dengan efisiensi pada electrolyzer. Grafik penurunan

efisiensi total produksi hidrogen seiring dengan kenaikan densitas arus listrik (Gambar 9) dengan

titik maksimum efisiensi pada suplai densitas arus listrik 4000 A/m2. Tendensi penurunan total

sejalan dengan penelitian sebelumnya tentang pengaruh efisiensi total produksi hidrogen dengan

variasi suplai energi kalor masukan pada electrolyzer[4]. Pada penelitian tersebut diketahui bahwa

semakin besar jumlah energi termal yang berasal dari heat exchanger maka akan semakin

mengurangi penggunaan energi listrik, ataupun dengan keadaan sebaliknya. Efisiensi total produksi

hidrogen juga tidak terlepas dari pengearuh nilai recycling hidrogen. Pada penelitian yang telah

dilakukan sebelumnya, efisiensi total produksi hidrogen cenderung meningkat pada nilai recycling

hidrogen sebesar 0,05-0,3[6]. Peningkatan nilai efisiensi total produksi hidrogen akan cenderung

menurun, seiring dengan peningkatan nilai recycling hidrogen.

Pada penelitian ini dicapai efisiensi optimal sistem kopel produksi hidrogen dengan nilai

efisiensi 54.1947 % pada suplai densitas arus listrik 4000 A/m2. Sebuah regresi pada Gambar 9

menghasilkan sebuah persamaan efisiensi total sebagai fungsi densitas arus listrik, yaitu y = -3E-

10x3 + 3E-06x2 – 0.011x + 71.96 , dengan y adalah efisiensi total produksi hidrogen (%) dan x

adalah densitas arus listrik (A/m2).

5. KESIMPULAN

1. Efisiensi total keseluruhan tertinggi yang berhasil didapatkan dari penelitian ini sebesar

54.1947 % pada suplai densitas arus listrik 4000 A/m2,tekanan operasi 10 atm dan recycling

hidrogen sebesar 0,3.

Pengaruh Variasi Masukan Rapat Arus Listrik Menggunakan Molten Salt … M. Aditya dan Andang Widi Harto

228

ISSN: 0854 - 2910

2. Dihasilkan sebuah persamaan regresi efisiensi total produksi hidrogen sebagai fungsi

densitas arus listrik yaitu y = -3E-10x3 + 3E-06x2 – 0.011x + 71.96dengan nilai y adalah

efisiensi total produksi hidrogen dan x adalah densitas arus listrik (A/m2).

3. Peningkatan nilai densitas arus yang lebih tinggi akan mengakibatkan penurunan efisiensi

total sistem kopel instalasi produksi hidrogen dengan MSR.

4. Peningkatan nilai densitas arus akan menyebabkan kenaikan daya termal yang berasal dari

rugi-rugi irreversible.

6. UCAPAN TERIMAKASIH

Peneliti mengucapkan terima kasih kepada Reynold Dipu, asisten peneliti Tokyo Tech G-

COE Energy at Tokyo Institute Technology, atas bantuan journal dan ilmunya. Teman-teman

seperjuangan peneliti untuk penelitian tugas akhir, terima kasih banyak atas semangat dan

motivasinya

7. DAFTAR PUSTAKA

[1]. Ryutaro Hino. “R&D on Hydrogen Production High-Temperature Electrolysis of Steam”.

Nuclear Engineering and Design, 233:363_375, 2008.

[2]. Steve Hearing. “High Temperature Solid Oxide Electrolyzer System”. Idaho National

Engineering and Enviromental Laboratory, Gaithersburg, 2004.

[3]. Jun Udagawa. “Hydrogen Production Through Steam Electrolysis: Model-based Dynamic

Behaivor of a Cathode-Supported Intermediate Temperature Solid Oxide Electrolysis Cell”,

2007.

[4]. Elsa Melfiana. Pengaruh Variasi Temperatur Keluaran Molten Salt Reactor Terhadap

Efisiensi Produksi Hidrogen dengan High Temperature Electrolysis (HTE). Skripsi, Jurusan

Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 2007.

[5]. Arnoldus Lambertus Dipu. Pengaruh Variasi Densitas Arus Listrik Terhadap Kinerja

Electrolyzer pada Proses Elektrolisis Suhu Tinggi Menggunakan Molten Salt Reactor.

Skripsi, Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 2008.

[6]. Thomas Ari Negara. Efek Recycling Hidrogen pada Electrolyzer Terhadap Kinerja

Elektrolisis Suhu Tinggi. Skripsi, Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah

Mada, Yogyakarta, 2007.

[7]. Andang Widi Harto. Desain Reaktor Nuklir Maju Bersuhu Tinggi PCMSR dengan Sifat

Selamat Melekat, Seminar, Yogyakarta, 2007.

[8]. Sebastian Pronce Richard. A Techno-Economic Analysis of Decentralized Electrolytic

Hydrogen Production for Fuel Cell Vehicles. Disertasi, University of Victoria, Victoria,

2004.

[9]. Akhmad Khoirul Anam. Optimasi Penggunaan Energi dalam Sistem Kogenerasi Pembangkit

Listrik dan Produksi Hidrogen dengan GT-MHR. Skripsi, Jurusan Teknik Fisika,Fakultas

Teknik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 2005.

Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir Yogyakarta, 01 Oktober 2011

229

ISSN: 0854 - 2910

[10]. Bilge Yildiz dan Mujid S. Kazimi. “Efficiency of Hydrogen Production System Using

Alternative Nuclear energy Technologies”. International Journal of Hydrogen Energy. 31:77-

92, 2006.

[11]. Yukitaka Kato.”Hydrogen Career System for Fuel Cell Vehicles”. Prociding of VI Minsk

International Seminar Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, pp. 30, Sep. 2005.

[12]. Andang Widi Harto. Sistem Turbin PCMSR JurusanTeknik Fisika, Fakultas Teknik,

Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 2011.

[13]. Mac.Pherson. Molten Salt Reactor-Part II-Introduction, Chapter 11, Oak Ridge National

Laboratory (ORNL), 1958.

DISKUSI/TANYA JAWAB:

1. PERTANYAAN: (Wiwik Diah Ratnasari, UNY)

Untuk kedepannya, apa harapan pemakalah tentang penelitian H2 yang dilakukan dan bagaimana

penerapannya agar bisa bermanfaat bagi masyarakat?

JAWABAN: (Muhammad Aditya, Teknik Fisika-UGM)

Energi hidrogen kedepannya akan digunakan untuk sarana transportasi sebagai fuel cell car

untuk meminimalisasi penggunaan bahan bakar minyak.

2. PERTANYAAN: (R. Yosi A., UNY)

Efisiensi pada kondisi ideal sistem adiabatik, bagaimana untuk kondisi yang lebih realitas?

JAWABAN: (Muhammad Aditya, Teknik Fisika-UGM)

Pada penelitian ini memang sistem dibuat sempurna karena penelitian ini berskala S1

(Sarjana). Terlalu sulit untuk menghitung sistem yang lebih kompleks, perhitungan sistem yang

kompleks ditujukan untuk penelitian selanjutnya (S2, S3 atau Post Doctoral). Diharapkan

penelitian selanjutnya dapat menghitung yang lebih detail terutama tentang sistem dan

komponen-komponen pada instalasi.