TUGAS TERSTRUKTUR KELOMPOK 3

ISOLASI HIDROGEN DAN LOGAM KALIUM

SERTA PEMANFAATAN HIDROGEN SEBAGAI SUMBER ENERGI

Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Kimia Unsur yang dibina oleh

Dra.Sri Wardhani, M.Si

Oleh :

Agung Suprapto Putro 0810920022

Aprilya Putri Aziztyana 0810920024

Dewinta Hapsari Maharani 0810920028

Enggar Pradini 0810920032

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2011

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. RINGKASAN MATERI

1.1.1 Hidrogen

Hidrogen merupakan unsur paling melimpah di alam semesta, dan nomor tiga

terbanyak di permukaan bumi., tetapi gas hidrogen murni hampir tidak ada di

permukaan bumi karena gas hidrogen bereaksi dengan unsur lain membentuk

persenyawaan yang lebih stabil (Setiawan, 2011).

Hidrogen membentuk lebih banyak senyawaan daripada unsur lainnya. Dikenal

tiga isotop hidrogen, yaitu 1H, 2H (deuterium atau D), dan 3H (tritium atau T). Sifat-

sifat kimia H, D, dan T pada hakikatnya serupa kecuali dalam hal-hal seperti laju dan

tetapan kesetimbangan reaksi. Bentuk normal unsur-unsurnya adalah molekul

diatomik; berbagai kemungkinannya ialah H2, D2, T2, HD, HT, DT (Setiawan, 2011).

Hidrogen yang terdapat di alam mengandung 0,0156 % deuterium, sedangkan

tritium (terbentuk secara terus-menerus di lapisan atas atmosfer pada reaksi inti yang

direduksi oleh sinar kosmik) terdapat di alam hanya dalam jumlah yang sangat kecil

kira-kira sebanyak 1 per 1017 dan bersifat radioaktif (β-, 12,4 tahun) (Setiawan, 2011).

Kelimpahan persenyawaan hidrogen dalam bentuk air dan bahan bakar fosil,

relatif tak terbatas jumlahnya. Karena hidrogen murni hampir tidak ada, maka

hidrogen tidak bisa disebut sebagai sumber energi, tetapi sebagai ‘energy carrier’

seperti halnya dengan listrik. ‘Energy carrier’ merupakan media yang praktis untuk

menyimpan, mentransfer, maupun menggunakan energi. Sebagai ‘energy carrier’,

hidrogen harus mudah disimpan, mudah digunakan, dan mudah dikonversi menjadi

berbagai bentuk energy (Arifin, 2011).

Dari struktur molekul yang ada, sangat mungkin hidrogen dijadikan sumber

energi masa depan. Hidrogen adalah zat yang paling banyak di alam semesta ini dari

segi jumlah atom. Hampir semua bintang dan planet gas tersusun dari hidrogen

maupun isotopnya. Hidrogen dianggap sebagai bahan bakar sumber energi yang sangat

ramah lingkungan dan hampir tanpa efek samping, mengingat hasil pembakarannya

adalah uap air (Prasetyo, 2011).

Penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar sudah sangat diketahui manusia, dan

bukanlah teknologi baru. Yang sampai saat ini belum ditemukan adalah produksi

hidrogen untuk bahan bakar dengan biaya yang relatif murah, dibandingkan harga

BBM saat ini. Maka dari itu penting bagi kita untuk mengetahui berbagai cara untuk

mengisolasi hidrogen.

1.1.2 Kalium

Kalium merupakan salah satu logam alkali yang berupa padatan putih

keperakan dalam kondisi alaminya. Kalium sangat reaktif terhadap air, dan memudar

dengan cepat ketika terkena udara. Sangat ringan, lunak, logam dengan massa atom

39,0983, titik leleh 146,08 0F, dan titik didih 1398 0F. Kalium terdapat di alam sekitar

1,5 % dari berat kerak bumi dan merupakan salah satu dari tujuh unsur dasar. Oleh

karena unsur ini bersifat sangat elektropositif, logam kalium sulit untuk diperoleh dari

mineralnya. Unsur ini tidak pernah ditemukan dalam keadaan bebas di alam.

Penggunaan umum dari kalium antara lain dalam produksi garam natrium

rendah, deterjen cair, pupuk , dan sebagai superoksida dalam alat pernapasan. Saat ini

kalium juga digunakan dalam produksi kaca, sabun, bahan peledak, obat-obatan, dan

kembang api. Kalium juga termasuk diantara mineral yang paling penting yang

diperlukan tubuh manusia secara berkala. Oleh karena kalium sangat penting bagi

kehidupan manusia maka diperlukan pengkajian mendalam mengenai teknik isolasi

kalium sehingga dapat memisahkan kalium murni dari senyawanya.

1.2. IDENTIFIKASI MASALAH

Permasalahan yang dibahas dalam makalah ini adalah :

a. Bagaimana cara mengisolasi hidrogen?

b. Mengapa isotop-isotop dari hidrogen berupa deuterium dan tritium dapat digunakan

sebagai bahan baku pada reaktor fusi nuklir?

c. Bagaimanakah pemanfaatan gas hidrogen sebagai sumber energi yang diterapkan dalam

kendaraan dan pembangkit listrik

d. Bagaimanakah cara untuk mengisolasi kalium?

e. Metode manakah yang paling efektif dan efisien untuk mengisolasi kalium?

1.3. TUJUAN

Tujuan dari permasalahan ini adalah :

a. Mengetahui dan memahami cara mengisolasi hidrogen

b. Mengetahui bagaimana isotop-isotop dari hidrogen berupa deuterium dan tritium dapat

digunakan sebagai bahan baku pada reaktor fusi nuklir

f. Mengetahui pemanfaatan gas hidrogen sebagai sumber energi yang diterapkan dalam

kendaraan dan pembangkit listrik

c. Mengetahui dan memahami cara mengisolasi kalium

d. Mengetahui metode yang paling efektif dan efisien untuk mengisolasi kalium

BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Cara Mengisolasi Hidrogen

Isolasi hidrogen merupakan proses pembuatan, pemisahan serta pemurnian gas hidrogen

dari campurannya. Hidrogen dapat diisolasi dengan beberapa proses diantaranya sebagai

berikut:

a. Proses kimia yang meliputi:

Isolasi hidrogen dari gas alam

Tidak ada proses kimia dalam teknik ini. Hidrogen diisolasi langsung dari campuran

gas alam. Namun cara ini tidak komersial, karena sulit untuk mengisolasi hidrogen

dari gas alam. Lagipula kandungan hidrogen dalam gas alam sangat kecil sehingga

tidak menguntungkan. Off gas dari pencairan gas alam yang mengandung oksigen

biasanya hanya digunakan sebagai fuel gas dalam proses industri, atau hanya dibakar

begitu saja di flare (Bell and Lott, 1967).

Prinsip pembuatan gas hidrogen ekstraksi gas alam :

Hidrogen tersebut didinginkan, kemudian dibersihkan dari berbagai bahan kimia

seperti CO2, CO, dan H2S. Setelah dikompres didapat gas H2 yang diperlukan, yang

mempunyai kemurnian yang tinggi dan siap untuk dipakai. Proses tersebut dapat

dilihat dalam gambar. Mengingat gas alam merupakan bahan yang sifatnya akan

habis, maka pembuatan hidrogen dariekstraksi gas alam dirasa kurang tepat.

Disamping itu mengingat gas alam merupakan hasil tambang, tentunya pembuatan

pabrik hidrogen tidak bisa dilakukan ada sembarang daerah, sehingga menjadi suatu

kendala pada pengiriman hasil hidrogen tersebut (Bell and Lott, 1967).

Metode Steam Reforming

Uap air dan metana direaksikan dengan bantuan katalis nikel, dalam kondisi

temperatur tinggi (kurang lebih 800oC) dan tekanan menengah (15-20 Bar).

Reaksinya :

CH4 + H2O CO + 3H2

Reaksi ini biasanya dilanjutkan dengan water gas shift reaction (WGSR) dengan

bantuan katalis oksida besi. Reaksinya:

            CO + H2O CO2 + H2

WGSR biasanya dilaksanakan dalam dua kondisi berurutan, yaitu temperatur tinggi

(300-500oC) dilanjutkan dengan temperatur rendah (200-250oC). Gabungan dari

steam reforming dan WGSR menghasilkan hirdogen dengan yield yang relatif tinggi.

Sampai saat ini, inilah cara komersial terbesar untuk memproduksi hidrogen bagi

keperluan industri petrokimia seperti pabrik amonia, metanol, dll.

Skema proses dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

Terdapat 2 reaksi utama yang terjadi pada proses steam reforming, yaitu (Mohsin,

2011):

Reaksi reforming merupakan reaksi endotermis yang terjadi pada suhu tinggi

menggunakan katalisator.

Shift reaction merupakan reaksi eksotermis yang bertujuan untuk mengontrol

kuantitas produk yang diinginkan. Kemudian dilanjutkan dengan proses penghilangan

CO2 dan pemurnian hidrogen.

Proses konvensional steam reforming, terjadi pada reaktor kimia yang disebut

reformer pada suhu sekitar 800-900ºC. Untuk mengoperasikan proses endotermis

suhu tinggi, kebutuhan panas dipasok dengan membakar bahan bakar fosil sebagai

sumber energi panas. Efisiensi termal proses steam reforming bisa mencapai 85%. Ide

pemanfaatan panas nuklir adalah menggantikan bahan bakar fosil yang dibakar

sebagai sumber panas dengan memanfaatkan panas nuklir suhu tinggi. Penggantian

ini menguntungkan ditinjau dari sisi penghematan bahan bakar fosil, yang

berimplikasi langsung pada pengurangan laju emisi gas rumah kaca.

Pelarutan logam kedalam larutan asam yang menghasilkan garam dan gas hidrogen

Reaksi ini sangat mudah dan akan terjadi secara alami dalam kondisi ruangan. Hanya

saja, harga logam dan asam di pasaran jauh lebih mahal dari harga garam dan gas

hidrogen yang akan terbentuk. Seringkali hidrogen dibuat dalam laboratorium oleh

kerja larutan encer asam kuat dengan logam yang sedang-sedang kereaktifannya.

Persamaan yang mewakili:

Zn + 2HCl ZnCl2 + H2

2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2

Elektrolis air yang dicampur sedikit garam dengan elektroda platinum

Elektrolisis secara etimologi bahasa berarti memecah dengan bantuan listrik. Artinya

molekul air dipecah menjadi molekul hidrogen dan oksigen. Cara ini dilakukan

dengan mengalirkan listrik ke larutan elektrolit melalui perantaraan dua batang

elektrode. Reaksinya:

Katode (reduksi) : 2H2O + 2e- H2 + 2OH-

Anode (oksidasi) : 4OH- O2 + 2H2O +4e-

Total   : 2H2O O2 + 2H2

Skema prinsip elektrolisa :

 

Sebuah tangki diisi dengan air yang dicampur dengan asam, sehingga air tersebut

dapat berfungsi sebagai konduktor untuk menghantarkan arus listrik. Campuran asam

dan air dinamakan elektrolit. Dalam elektrolit dipasang dua elektroda, yaitu elektroda

positif/anoda dan elektroda negatif/katoda. Anoda dihubungkan dengan sisi positif

listrik arus searah dan katoda pada sisi negatif. Jika arus searah mengalir terjadilah

elektrolisa sehingga atom-atom hidrogen dari air kehilangan elektronnya, sedang

atom oksigen mendapat tambahan elektron.

Dengan demikian atom oksigen menjadi sebuah ion bermuatan negatif ( O2- ) dan

atom hidrogen menjadi sebuah ion bermuatan positif ( H+ ). Karena bermuatan positif,

ion-ion H+ akan tertarik pada katoda yang bermuatan negatif. Ion-ion H+ akan

berkumpul pada katoda. Pada saat menyentuh katoda, ion H+ akan menerima sebuah

elektron dan kembali sebuah atom H biasa, tanpa mempunyai muatan. Atom-atom

hidrogen ini bergabung menjadi gas H2 dalam bentuk gelembung-gelembung dan

melalui katoda mengambang ke atas untuk dikumpulkan melalui sebuah pipa dan

kemudian dikompres.

Hal serupa terjadi dengan ion O, yang berkumpul ke anoda, kemudian berubah

menjadi gas O2. Untuk mempercepat proses elektrolisa, maka harus dilakukan pada

suhu tinggi, yaitu antara 800 sampai 1000 oC. Dengan suhu yang tinggi ini maka

dapat mengurangi kerugian tegangan. Dengan cara elektrolisis ini, tampaknya

memberikan harapan baik untuk memproduksi hidrogen karena tidak memerlukan

bahan yang sifatnya tidak dapat diperbaharui. Di dalam elektrolisa, bahan yang

diperlukan adalah air dan energi listrik yang tidak begitu besar, sehingga

memungkinkan elektrolisa dapat diproduksi pada sembarang tempat.

Gasifikasi biomassa / batubara

Gasifikasi adalah mereaksikan suatu senyawa organik berantai karbon dengan

oksigen dalam jumlah terbatas pada temperatur tinggi. Yang dihasilkan pada akhirnya

adalah karbondioksida dan hidrogen.

Prinsip dari metode ini adalah memanaskan bahan baku biomassa dalam gasifier,

maka akan terurai menjadi gas hidrogen, metana, karbonmonoksida, karbondioksida,

nitrogen, polutan dan abu. Sedangkan yang dapat di manfaatkan sebagai sumber

energi adalah hidrogen, karbon dan monoksida. Sedangkan polutan dan sisa abu

diserap oleh gas claning dan cooling subsystem yang terdiri dari cyclon untuk

memfilter partikel padat yang terbawa gas dan web scruber untuk memfilter polutan

dan partikel padat yang masih terbawa oleh gas. Sedangkan gas cooling subsystem

untuk mendinginka gas dan meningkatkan densitasnya. Cara ini sudah mulai banyak

digunakan di daerah rural, mengingat disana banyak terdapat sumber biomassa.

Namun cara ini sulit untuk diaplikasikan secara massal, mengingat ketersediaan

biomassa yang tersebar. Penggunaan batubara masih memiliki efek samping NOx dan

SOx.

Synfuel dari Coal Gasification:

Gasification 2C + ½O2 + H2O → 2CO + H2

Water gas shift CO + H2O → H2 + CO2

F-T reaction CO + 2H2 → CH2 + H2O

Net reaction 2C + H2O+ ½O2 → CH2 + CO2

Proses ini memerlukan 2C dan setengah O2 dan menghasilkan satu CO2 untuk setiap

CH2 yang diproduksi. Artinya menggantikan minyak dengan bahan bakar sintetik dari

batubara (coal synfuel) akan melipatgandakan hingga 3 kali lipat penggunaan

batubara dan menghasilkan dua kali lipat CO2.

(F-T atau Fischer- Tropsch reaction adalah reaksi (2n+1)H2 + nCO → CnH(2n+2) +

nH2O

Synfuel dari Coal Gasification + H2 dari pemisahan air:

Gasification C + 1/4O2 + 1/2H2O → CO + 1/2H2

Water-splitting 3/2H2O + Energy → 3/2H2 + 3/4O2

F-T reaction CO + 2H2 → CH2 + H2O

Net reaction C + H2O + Energy → CH2 + 1/2O2

Reaksi logam Natrium dengan air

Natrium banyak tersedia dan melimpah jumlahnya di lautan sebagai NaCl (garam).

Natrium adalah elemen yang sangat reaktif. Pada kondisi standar, logam natrium jika

direaksikan dengan air akan menghasilkan gas hidrogen dengan reaksi sebagai

berikut:

2Na + 2H2O 2NaOH + H2..............(1) eksotermal

2H2 + O2 2H2O..........................(2) autoignition

Reaksi tersebut bersifat eksotermal yang menghasilkan panas, sehingga gas hidrogen

secara otomatis terbakar, ini disebabkan karena gas hidrogen mengalami proses

autoignition akibat perpindahan panas dari reaksi ke lingkungan. Gas Hidrogen

memiliki Flammability Limit dengan kisaran volume 4 – 75 % di udara, dan memiliki

Autoignition Point pada suhu 585 0C. Reaksi pembakaran selalu membutuhkan

oksigen, begitu juga dengan Hidrogen, dengan reaksi sebagai berikut:

2H2 + O2 2H2O..........................(3)

Proses Autoignition Hidrogen pada reaksi natrium dengan air dapat dicegah dengan

cara menyingkirkan oksigen pada sistem tertutup sehingga Flammability Limit dan

Autoignition tidak berlaku, yaitu dengan metode hampa dan gas inert (Nitrogen).

Nitrogen memiliki titik didih pada -195.79 0C, pada kondisi cair nitrogen memilki

suhu dibawah – 195.79 0C. Pelepasan gas nitrogen secara cepat ke dalam sistem

tertutup dapat menggantikan posisi oksigen. Pada kondisi standar, suhu kamar 25 0C,

Nitrogen cair akan mendidih dengan sangat cepat, tuangkan nitrogen cair (suhu < -

196 0C) dari tabungnya kedalam wadah logam (yang bersuhu + 25 0C), maka nitrogen

cair akan mendidih dengan sangat cepat namun tidak lama, bisa ditambahkan air agar

lebih lama mendidihnya, gas inilah yang akan dimanfaatkan untuk menyingkirkan

oksigen.

Pada saat kondisi sistem (tertutup) telah dihampakan (vacum), segera isi dengan gas

nitrogen, kemudian reaksikan natrium dengan air, akan menghasilkan gas hidrogen

dan natrium hidroksida (produk samping), karena berada pada kondisi inert, reaksi

autoignition hidrogen bisa dicegah, sekalipun efek eksotermal terus terjadi. Karena

berat atom hidrogen = 1, maka hidrogen akan selalu mengisi ruang yang paling atas,

difusifitasnya pun sangat cepat, tidak lupa juga hidrogen harus melewati kondensor

agar suhunya turun (akibat proses eksotermal), setelah dingin bisa dikumpulkan dan

dikompresi lalu hidrogen siap dipanen, sehingga proses ini memungkinkan untuk

dilakukan.

Bisa juga untuk menurunkan efek eksotermalnya, sebelum direaksikan natrium

dicelupkan dulu ke nitrogen cair ( < - 195.79 0C), baru kemudian direaksikan dengan

air, diharapkan efek eksotermalnya sedikit berkurang karena suhu natrium yang

berada pada kisaran – 195 0C. Selain itu produk sampingnya yang berupa NaOH

memiliki nilai jual juga, sehingga proses ini sangat menguntungkan.

b. Proses biologi yang meliputi (Setiawan dan Ahmadi, 2008):

Pendekatan yang ideal untuk mendapatkan gas hidrogen tentunya harus mendapatkan

sumber material yang kaya akan hidrogen seperti air (H2O) dan ketersediaan energi yang

berlimpah untuk prosesnya seperti energi matahari. Beberapa hasil penelitian yang telah

dilakukan menunjukkan bahwa mikroalga,cyanobakteria,dan Escherichia coli merupakan

salah satu mikroorganisme yang memiliki potensi untuk menghasilkan gas hydrogen.

Escherichia Coli

Dengan memodifikasi sifat genetis bakteri Escherichia coli, sel yang telah dimodifikasi

gennya itu memproduksi hidrogen 140 kali lebih banyak dibanding proses normal.

Bakteri ini bisa diolah menjadi sumber energi yang kelak dapat menghidupkan kendaraan

bermotor dan penerangan di rumah-rumah.

Cyanobakteria

Cyanobakteria mampu menghasilkan gas hidrogen dengan memanfaatkan enzim

nitrogenase dan hidrogenase. Teknik skrining untuk karakterisasi cyanobakteria yang

memiliki potensi sebagai penghasil gas hidrogen telah dilakukan dengan cara mengukur

pembentukan hidrogen dari cyanobakteria menggunakan metoda pengukuran seperti (a)

elektroda jenis Clark; (b) kromatografi gas; (c) skrining kemokromik. Ketiga cara

tersebut memiliki beberapa kekurangan seperti waktu pengukuran yang relatif lama (30-

60 menit) untuk teknik elektroda, biaya yang cukup mahal untuk menggunakan

kromatografi gas dan ketidak stabilan pembentukan film pada skrining kemokromik.

Pengukuran gas hidrogen dilakukan berdasarkan reaksi redoks menggunakan pereaksi

resazuri dengan katalis PdCl2.

Secara sederhana reaksi pembentukan hidrogen ataupun peruraian hidrogen pada

cyanobakteria dapat dituliskan sebagai berikut:

2. 2 Penggunaan Isotop-Isotop Hidrogen, yaitu Deuterium dan Tritium sebagai Bahan Baku pada

Reaktor Fusi Nuklir2H, isotop hidrogen lainnya yang stabil, juga dikenal sebagai deuterium dan

mengandung satu proton dan satu neutron pada intinya. Deuterium tidak bersifat radioaktif,

dan tidak memberikan bahaya keracunan yang signifikan. Air yang atom hidrogennya

merupakan isotop deuterium dinamakan air berat. Deuterium dan senyawanya digunakan

sebagai penanda non-radioaktif pada percobaan kimia dan untuk pelarut 1H-spektroskopi

NMR. Air berat digunakan sebagai moderator neutron dan pendingin pada reaktor nuklir.

Deuterium juga berpotensi sebagai bahan bakar fusi nuklir komersial.

3H dikenal dengan nama tritium dan mengandung satu proton dan dua neutron pada

intinya. Ia memiliki sifat radioaktif, dan mereras menjadi Helium-3 melalui pererasan beta

dengan umur paruh 12,32 tahun. Sejumlah kecil tritium dapat dijumpai di alam oleh karena

interaksi sinar kosmos dengan atmosfer bumi; tritium juga dilepaskan selama uji coba

nuklir. Ia juga digunakan dalam reaksi fusi nuklir sebagai penanda dalam geokimia isotop

dan terspesialisasi pada peralatan self-powered lighting Tritium juga digunakan dalam

penandaan percobaan kimia dan biologi sebagai radiolabel.

Berbeda dengan reaksi fusi nuklir, pada reaksi fusi nuklir dua atom ringan

bergabung untuk membentuk satu inti atom dengan massa atom yang lebih besar. Hasil

akhir reaksi fusi nuklir akan memiliki massa total yang lebih kecil dibandingkan dengan

massa total atom-atom pada awal reaksi. Selisih massa inilah yang diubah menjadi energi.

Jumlah energi yang dihasilkan dari reaksi ini akan sesuai dengan persamaan yang

dikemukakan oleh Albert Einstein yang menunjukkan adanya hubungan antara massa

dengan energi.

Reaksi fusi nuklir pertama kali diamati lewat penembakan atom deutorium dengan partikel

deutron yang berkecepatan tinggi. Partikel deutron ini dipercepat di dalam suatu cyclotron

hingga energinya menjadi cukup besar untuk memicu terjadinya fusi nuklir. Reaksi fusi

nuklir hanya akan berlangsung pada temperatur dan tekanan yang sangat tinggi. Reaksi yang

sama terjadi di matahari dimana dua atom hidrogen bergabung untuk membentuk atom

helium yang lebih berat dengan disertai energi yang sangat besar. Dalam fusi nuklir, energi

yang dibutuhkan akan semakin besar jika inti atom yang bergabung memiliki jumlah proton

yang besar. Hal ini diakibatkan oleh adanya gaya coulumb yang saling tolak-menolak antara

muatan positif dari dua inti atom yang akan bergabung. Dari percobaan-percobaan yang

telah dilakukan, diperoleh bahwa kombinasi dari deutorium-tritium merupakan kombinasi

inti atom yang mengalami fusi nuklir lebih cepat dibandingkan kombinasi atom lainnya

seperti hidrogen-hidrogen maupun deutorium-deutorium.

Deutorium merupakan bahan baku fusi nuklir yang tersedia banyak di alam, terutama di

lautan. Tritium merupakan isotop yang relatif tidak stabil sehingga hanya dapat disintesis di

laboratorium. Tritium dihasilkan lewat tumbukan neutron dengan inti litium.3 Neutron yang

digunakan berasal dari hasil reaksi fusi nuklir deutorium-tritium sehingga proses ini menjadi

proses pendukung dalam suatu reaksi fusi untuk menjaga ketersediaan inti tritium.

Proses fusi nuklir deutorium-tritium yang dijelaskan sebelumnya merupakan proses yang

efisien, namun hal ini belum dianggap menguntungkan karena proses tersebut akan

bergantung pada ketersediaan inti litium yang digunakan untuk mensintesis tritium. Oleh

karena itu, reaksi fusi yang ideal adalah yang melibatkan deutorium-deutorium dengan

alasan ketersediaan deutorium di alam yang relatif besar. Permasalahannya adalah reaksi

fusi deutorium-deutorium lebih sulit untuk dilakukan, diperlukan energi yang sangat besar

untuk menginisiasi reaksi, sehingga total energi yang dihasilkan dan yang dibutuhkan akan

saling meniadakan.

5 reaksi fusi yang mungkin terjadi, antara lain :

Reaksi fusi terjadi dimana dua inti atom atau lebih saling bergabung membentuk inti

yang lebih berat. Proses ini juga dapat melepaskan energi dan juga bisa menyerap energi,

bergantung pada berat inti yang terbentuk. Awalnya dibutuhkan energi yang besar untuk

menggabungkan dua inti atom,meskipun atom itu adalah hidrogen. Tetapi hasil dari reaksi

fusi ini selain menghasilkan atom produk yang lebih berat, juga menghasilkan partikel

neutron. Partikel ini kemudian melepaskan energi yang cukup besar untuk membuat kedua

inti atom itu untuk bergabung. Kemudian akan diproduksi lebih banyak neutron sehingga

akan terjadi reaksi fusi yang berlangsung dengan sendirinya. Energi yang dihasilkan dari

reaksi fusi ini sangat besar jika dibandingkan dengan reaksi kimia. Ini dikarenakan energi

ikatan yang membuat inti atom saling bergabung lebih besar dari energi ikat antara elektron

dengan inti atom. Sebagai contoh, energi ionisasi dari hidrogen adalah 13,6 ev. Bandingkan

dengan energi yang dilepaskan dari reaksi fusi deuterium dan tritium yaitu sebesar 17MeV.

2.3 Pemanfaatan Gas Hidrogen sebagai Sumber Energi yang Diterapkan dalam Kendaraan dan

Pembangkit Listrik (Prasetyo, 2011):

Sebagai bahan bakar kendaraan

Dalam hal ini, bahan bakar hydrogen telah diaplikasikan pada kendaraan BMW

melalui model yang dinamai BMW Hydrogen 7. Hidrogen yang digunakan adalah

hidrogen cair sebagai sumber energi yang paling tepat bagi aplikasi otomotif.

Dibandingkan dengan gas hidrogen yang bertekanan sangat tinggi, hidrogen cair yang

bersifat cryogenic menawarkan kepadatan energi yang jauh lebih tinggi karena dapat

membakar 10 kali lebih cepat dari pada bahan bakar konvensional.

Keuntungan bahan bakar hidrogen :

- efisiensinya cukup tinggi

- tidak menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan

- relatif cukup aman mengingat hasil pembakarannya adalah uap air

- pengurangan emisi karbon dan sebagainya.

Kerugian :

- tingginya biaya manufaktur

- sulitnya penyimpanan gas hydrogen dimana gas hydrogen sangat reaktif

- dan sulitnya untuk memindahkan hydrogen dari satu tempat ke tempat

yang lain.

Reaksi Pembakaran :

Sebagai sumber energi listrik

Dengan memanfaatkan teknologi gasifikasi biomassa secara intensif untuk aplikasi

pembangkit listrik dan thermal akan lebih menguntungkan. Gasifikasi

biomassa/batubara dapat digunakan dan sangat cocok untuk melistriki daerah daerah

terpencil yang belum terjangkau sarana jaringan listrik karena biomassa berasal dari

sampah padat perkotaan; limbah pertanian, perkebunan dan kehutanan; dan batubara.

Dengan pemanasan dalam gasifier, bahan baku biomassa/batubara akan terurai menjadi

gas hidrogen, methana, karbonmonoksida, karbon dioksida, nitrogen, polutan dan abu.

Keuntungan :

- sumber energi yang harganya jauh lebih murah dibandingkan dengan bahan bakar

minyak atau gas, terbarukan dan ramah lingkungan

- mampu menurunkan tingginya biaya produksi ke tingkat yang lebih kompetitif

- bahan bakarnya sangat fleksibel, mulai dari biomassa (sekam padi, serbuk gergajian

kayu, tongkol jagung, cangkang sawit dan limbah lainnya yang mudah didapat

dilokasi instalasi sistem) hingga batubara kualitas rendah

- gas yang dihasilkan dari gasifikasi lebih efisien energi dibandingkan dengan

pembakaran langsung biomassa.

Kerugian :

- sulit untuk diaplikasikan secara massal, mengingat ketersediaan biomassa yang

tersebar.

- saat biomassa dipanaskan, dihasilkan hidrokarbon akibat proses pirolisis dan

penguraian bahan yang berimbas sebagai polutan

Reaksi Gasifikasi :

Gasification 2C + ½O2 + H2O → 2CO + H2

2.4 Cara Mengisolasi Kalium

Secara umum, metode yang digunakan untuk memperoleh logam dari suatu senyawa terbagi

menjadi 4 kategori utama, yaitu (Sneed and Brasted,1970) :

1. Elektrolisis

Proses elektrolisis terbagi menjadi lelehan gabungan dan tipe larutan tidak encer.

Reaktivitas ekstrim antara logam alkali dengan air membuat banyak proses yang

melibatkan media air menjadi rumit. Akan tetapi, natrium amalgam dapat diperoleh dari

elektrolisis larutan natrium karbonat jenuh atau larutan natrium klorida. Prosesnya

menggunakan lelehan natrium hidroksida yang dilebur atau campuran halida yang

dilebur. Sel Castner, yang menggunakan lelehan natrium hidroksida, merupakan salah

satu metode komersial yang penting untuk memperoleh natrium. Penggunaan leburan

halida memiliki beberapa kelemahan yang tidak ada pada elektrolisis hidroksida, yaitu

(Sneed and Brasted,1970) :

a. Temperatur sel yang diperlukan lebih tinggi karena titik leleh klorida lebih tinggi.

b. Korosi pada sel, dan

c. Klorin yang dihasilkan membutuhkan penanganan peralatan yang khusus

Penggunaan campuran halida yang membentuk suatu eutektik dengan pertimbangan di

bawah titik leleh halida murni merupakan prosedur yang umum untuk lelehan gabungan.

Untuk mengatasi permasalahan yang ditemukan pada elektrolisis lelehan garam, sejumlah

larutan organik telah disiapkan, dimana alkali halida akan terlarut dan dielektrolisis.

Sebagai contoh, alkali klorida atau bromida dilebur dengan aluminium klorida atau

bromida dan massa leburan dilarutkan pada nitrobenzena dan dielektrolisis. Melalui

metode ini, Litium, Natrium, Kalium, dan Rubidium dapat diendapkan pada katoda. Ion

alkali berperan sebagai kation dan aluminium berperan sebagai anion kompleks (Sneed

and Brasted,1970).

2. Metode Reduksi Termal

Metode reduksi termal secara umum menggunakan karbon atau karbida sebagai agen

pereduksi (Sneed and Brasted,1970):

6NaOH + 2C 2Na2CO3 + 2Na + 3H2

Campuran rubidium klorida/cessium klorida dengan kalsium karbida dipanaskan sampai

suhu 700-900 0C dalam kondisi vakum menghasilkan 75% logam alkali. Dengan

menggunakan natrium klorida pada suhu 9500C. Produksi kalium menggunakan silikon

atau kalsium karbida sebagai agen pereduksi pada suhu 1000-11500C (Sneed and

Brasted,1970):

2KF + CaC2 2K + CaF2 + 2C

Senyawa KF dapat digantikan dengan K2CO3 atau K2SiO3 tanpa banyak kehilangan hasil

akhir (Sneed and Brasted,1970):

2K2CO3 + 3Si + 6CaO 4K + 2C + 3(2CaO.SiO2)

Metode ini biasanya membutuhkan peralatan vakum yang baik pada temperatur tinggi.

3. Penggantian logam

Penggantian logam aktif dari garamnya oleh logam yang kurang aktif dapat terjadi

sebaliknya pada potensial oksidasi 2 logam tetapi dapat diselesaikan dengan baik pada

banyak kasus karena perbedaan volatilitas dari 2 logam pada temperatur yang ditinggikan

akan menggeser kesetimbangan. Rubidium dan Cessium dapat digantikan dari garamnya

dengan Besi, temperatur yang diperlukan untuk mencapai kondisi ini bergantung pada

garam-garam. Sebagai contoh, besi menggantikan logam alkali dari sulfat dan arsenat

pada titik lelehnya, dari tiosianat pada temperatur 650 0C, dari borat dan fosfat pada

temperatur 1300-1400 0C. Alloy kalium dan natrium-kalium disiapkan melalui reduksi

pada lelehan KCl dengan natrium. Cessium diperoleh dari pollucite melalui reduksi

dengan kalsium (Sneed and Brasted,1970).

4. Dekomposisi

Komponen logam alkali, seperti heksasianoferrat (II), sianida, dan azida, dapat diuraikan

menjadi logam alkali melalui pemanasan (Sneed and Brasted,1970) :

4KCN 4K + 4C + 2N2

2.2. Metode yang paling efektif dan efisien untuk mengisolasi kalium

Adapun metode yang paling tepat untuk mengisolasi kalium adalah elektrolisis. Logam

kalium disiapkan dengan elektrolisis leburan kalium hidroksida atau campuran dari kalium

klorida dan kalium florida.

Langkah-langkah untuk metode ini meliputi (Anonymous, 2011):

1. Kalium klorida dilelehkan dalam bejana pembakar gas (gas fired pot) dan dimasukkan

dalam kolom pertukaran pada pabrik logam kalium dengan cara termokimia.

2. Lelehan kalium klorida mengalir turun melalui cincin baja dalam kolom. Kemudian

direaksikan dengan uap natrium yang naik dari gas fired reboil.

3. Kesetimbangan diatur antara kalium klorida dan uap natrium, sehingga menghasilkan

natrium klorida dan logam kalium sebagai produknya.

Melalui proses ini, kalium dengan 99,5% dapat diproduksi secara kontinyu, dimana reaksi

keseluruhannya adalah (Anonymous, 2011):

Na(g) + KCl(l) NaCl(s) + K(s)

Elektrolisis merupakan teknik yang paling efektif dan efisien digunakan untuk mengisolasi

kalium murni dari garam abu atau kalium karbonat karena hasil yang diperoleh dari teknik

ini cukup optimal.

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous, 2011, ISOLATION OF POTASSIUM,

http://www.bishops.k12.nf.ca/science/chem/potass/Untitled3.html, diakses pada

tanggal 22 Februari 2011

Sneed, M.C. and Brasted, R.C., 1970, COMPREHENSIVE INORGANIC CHEMISTRY

VOLUME VI THE ALKALI METALS, Van Nostrand Company, Inc., New York

Mohsin, 2011, HIDROGEN, http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&=90, diakses tanggal

22 Februari 2011

Setiawan A. dan Ahmadi P., 2008, ISOLASI DAN KARAKTERISASI

CYANOBAKTERIA SEBAGAI SUMBER PENGHASIL BIOHIDROGEN,

lemlit.unila.ac.id/file/arsip%202009/SATEK%202008/VERSI%20PDF/bidang

%203/40.pdf -, diakses tanggal 22 Februari 2011

Bell, C. F. and Lott K. A. K., 1967, MODERN APPROACH TO INORGANIC

CHEMISTRY SECOND EDITION, Butterwoths Inc., USA

Arifin, samsul, 2011, HIDROGEN BANTU PENCEGAHAN KRISIS ENERGI,

http://samsul-arifin.math.web.id/2008/02/11/hidrogen-bantu-pencegahan-krisis-

energi/, diakses tanggal 22 Februari 2011

Setiawan, jonathan, 2011, ALL ABOUT HIDROGEN, http://bbbmair.blogspot.com

/2009/01/all-about-hidrogen.html, diakses tanggal 22 Februari 2011

Prasetyo, sulung, 2011, MENCARI ALTERNATIF ENERGI DARI HIDROGEN,

http://www.sinarharapan.co.id/berita/0702/08/ipt03.html, diakses tanggal 22 Februari

2011

JOB DESCRIPTION

1. Agung : Pencari referensi, penyusun makalah, pembuat slide presentasi

2. Aprilya : Pencari referensi, penyusun makalah, pembuat pertanyaan dan jawaban

3. Dewinta : Pencari referensi, penyusun makalah, pembuat pertanyaan dan jawaban

4. Enggar : Pencari referensi, pembuat pertanyaan dan jawaban, penyunting makalah