isbn :978-602-5994-64-7

Padang- Sumatera Barat-Indonesia (IKAPI Member)

Email : [email protected]

Windows 10 Pro

Typewritten text

ISBN :978-602-5994-64-7

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)


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


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).


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.


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.


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.


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 :


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


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.


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


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


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


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)


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).


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 :

=


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.


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).


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


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.


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


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)


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)


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


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


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


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


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


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. 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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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.


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


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


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


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


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.


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.


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


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


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


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.


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


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


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


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.


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


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.


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.


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


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


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


Total: 0.0688

------------------------------------

------------MM2 Dynamics------------


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


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------------


Stretch: 1.4568

Bend: 4.3171


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


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)


The steric energy for this frame: 1190.384 kcal/mole

------------MM2 Minimization------------


Iteration 11: Minimization terminated normally because the gradient norm is

less than the minimum gradient norm

Stretch: 0.0000

Bend: 0.0289


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


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


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.


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.


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


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


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


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.


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.


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


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


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


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


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


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


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


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).


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).


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


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


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,


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).


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


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


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


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).


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


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


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.


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.


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.


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


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.


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


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,


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.


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),


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].


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.


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


[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


[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


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


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


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


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


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.


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


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.


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.


Gambar 3. Elektroda Trapping Model 3



(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


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.




(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


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


[6] Zainul R, Alif A, Aziz H, Arief S 2015 Disain Geometri Reaktor Fotosel

Cahaya Ruang, Jurnal Riset Kimia 8 131-142


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


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


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


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


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)


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)


Desain Penelitian

Pengujian Reaktor


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).


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


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


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).


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


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


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


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


Pada variasi plat 8 menggunakan CH3COONa

Volume H2 = 102 mL = 0.102 L

P x V = n x R x T


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


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


P x V = n x R x T


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


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


NO SEBELUM SESUDAH

1 12.749 12.702

2 12.723 12.698

3 12.520 12.501

4 12.640 12.623


5 12.522 12.498


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


1 12.522 12.512

2 12.572 12.563

3 12.577 12.566

4 12.553 12.547


Plat elektroda sebelum proses elektrolisis

Plat elektroda Al/ Cu setelah proses elektrolisis

129


Gelembung gas yang terbentuk pada sekitaran plat elektroda


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


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.


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


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.


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


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


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).


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


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


(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.


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.


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


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)


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).


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


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


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):


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


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


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.


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,


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.


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.


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


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


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


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).


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


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


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).


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


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.


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.


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


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



Kocok

Timbang 10,65 g

Dinatrium Sulfat

(Na2SO4)

Na2SO4 0,25 M

Dinatrium Sulfat

(Na2SO4)

Na2SO4 0,5 M

Dinatrium Sulfat

(Na2SO4)




Kocok

Timbang 14,2 g



Kocok

Lampiran 4 Bagan Alir Pembuatan larutan KI

Timbang 4,15 g


Na2SO4 0,75 M

Dinatrium Sulfat

(Na2SO4)

Na2SO4 1,0 M

Kalium iodide

(KI)



Kocok

Timbang 8,3 g



Kocok

Timbang 12,45 g



Kocok

KI 0,25 M

Kalium iodide (KI)

KI 0,5 M

Kalium iodide (KI)

)

Na2SO4 0,75 M

Kalium iodide (KI)


Timbang 16,6 g



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


massa = 35,5 g

Larutan Na2SO4 0, 5 M

M =


Volume larutan 1 L

massa = 71 g


M =


Volume larutan 1 L

massa = 106,5 g



M =


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


massa = 4,15 g

Larutan KI 0, 5 M

M =

Mr KI = 166 g/mol


massa = 8,3 g


M =

Mr KI = 166 g/mol



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


Lampiran 8. Menghitung massa Al yang teroksidasi

Diketahui: I = 0,6 amper


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


Q = I × t


= 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


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


Pembersihan elektroda

menggunakan aseton

Perakitan plat elektroda pada

generator

Perakitan komponen sensor


Uji konsentrasi gas dengan

menggunakan sensor mq-8

yang telah terhubung ke pc

Reaksi yang terjadi pada

katoda

Reaksi yang terjadi pada

anoda


Penimbangan katoda sebelum

dan sesudah elektrolisis

elektrolisis

Penimbangan anoda sebelum

dan sesudah elektrolisis

Kondisi elektroda Al setelah

elektrolisis


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.


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.


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.


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


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.


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

https://id.wikipedia.org/wiki/Fisika

https://id.wikipedia.org/wiki/Properti_fisika

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Objek_fisik&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Perpindahan_energi&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Perpindahan_energi&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/wiki/Interaksi_fundamental

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Transformasi_energi&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Bentuk-bentuk_energi&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/wiki/Konservasi_energi

https://id.wikipedia.org/wiki/Konservasi_energi

https://id.wikipedia.org/wiki/Joule

https://id.wikipedia.org/wiki/SI

https://id.wikipedia.org/wiki/Kerja_mekanik

https://id.wikipedia.org/wiki/Meter

https://id.wikipedia.org/wiki/Newton_(satuan)

https://id.wikipedia.org/wiki/Energi#cite_note-1

https://id.wikipedia.org/wiki/Bahasa_Latin

https://id.wikipedia.org/wiki/Bahasa_Yunani

https://id.wikipedia.org/wiki/Bahasa_Yunani

https://id.wikipedia.org/wiki/Unsur_kimia


https://id.wikipedia.org/wiki/Tabel_periodik

https://id.wikipedia.org/wiki/Nomor_atom


https://id.wikipedia.org/wiki/Suhu_dan_tekanan_standar

https://id.wikipedia.org/wiki/Non-logam

https://id.wikipedia.org/wiki/Valensi

https://id.wikipedia.org/wiki/Gas

https://id.wikipedia.org/wiki/Diatomik

https://id.wikipedia.org/wiki/Pembakaran

https://id.wikipedia.org/wiki/Massa_atom

https://id.wikipedia.org/wiki/Hidrogen#cite_note-9

https://id.wikipedia.org/wiki/Kelimpahan_alami_unsur



https://id.wikipedia.org/wiki/Bintang

https://id.wikipedia.org/wiki/Plasma

https://id.wikipedia.org/wiki/Bumi

https://id.wikipedia.org/wiki/Hidrokarbon

https://id.wikipedia.org/wiki/Metana

https://id.wikipedia.org/wiki/Elektrolisis


https://id.wikipedia.org/wiki/Energi

https://id.wikipedia.org/wiki/Listrik

https://id.wikipedia.org/wiki/Induksi_elektromagnetik

https://id.wikipedia.org/wiki/Induksi_elektromagnetik

https://id.wikipedia.org/wiki/Pembangkit_listrik

https://id.wikipedia.org/wiki/Motor

https://id.wikipedia.org/wiki/Muatan_listrik

https://id.wikipedia.org/wiki/Sirkuit_listrik


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.

https://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_uap

https://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_pembakaran_dalam

https://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin

https://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Engkol&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/wiki/Energi_surya

https://id.wikipedia.org/wiki/Matahari



https://id.wikipedia.org/wiki/Tabel_periodik

https://id.wikipedia.org/wiki/Nonlogam

https://id.wikipedia.org/wiki/Kalkogen

https://id.wikipedia.org/wiki/Oksida

https://id.wikipedia.org/wiki/Temperatur_dan_tekanan_standar

https://id.wikipedia.org/wiki/Temperatur_dan_tekanan_standar

https://id.wikipedia.org/wiki/Ikatan_kimia

https://id.wikipedia.org/wiki/Kelimpahan_unsur_kimia

https://id.wikipedia.org/wiki/Oksigen#cite_note-NBB297-1

https://id.wikipedia.org/wiki/Kerak_Bumi

https://id.wikipedia.org/wiki/Oksigen#cite_note-lanl-2

https://id.wikipedia.org/wiki/Oksigen#cite_note-ECE500-3

https://id.wikipedia.org/wiki/Produksi#cite_note-1

https://id.wikipedia.org/wiki/Bahasa_Melayu

https://id.wikipedia.org/wiki/Bahasa_Inggris

https://id.wikipedia.org/wiki/Bahasa_Inggris

https://id.wikipedia.org/wiki/Ilmu

https://id.wikipedia.org/wiki/Teknologi

https://id.wikipedia.org/wiki/Pengetahuan

https://id.wikipedia.org/wiki/Matematika

https://id.wikipedia.org/wiki/Pengalaman

https://id.wikipedia.org/wiki/Desain

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Objek_(filsafat)&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/wiki/Proses

https://id.wikipedia.org/wiki/Insinyur


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


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


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


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.

isbn :978-602-5994-64-7

Documents