Populasi meningkat

Kebutuhan Energi Meningkat

Keterbatasan persediaan Energi

(Bahan Bakar Fossil)

Alternative Renewable Energy

H2 Penelitian Tentang Teknologi Energi H2

Hydrogen Storage

Mg

Ni

Ni

Mg 23.5 wt % Ni

Mg 23.5 wt % Ni

+ Y

Katalis Y

Mechanical Milling

Temp. Ab/Desorbsi

Weight % H2

Mg-23.5 wt% Ni

Yttrium

Mechanical Milling

Sifat Absorbsi & Desorbsi

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan katalis yttrium pada proses mechanical milling terhadap sifat penyerapan dan pelepasan hidrogen paduan Mg-23.5 wt% Ni.

d Penelitian

Ukuran serbuk homogen

Tidak ada oksidasi

Pencampuran Serbuk homogen Tidak ada unsur pengotor

Kecepatan Milling Konstan

Mg 23.5 wt % Ni

+ Y

Temperatur Absorbsi dan

Desorbsi

Penelitian Lanjut

H2 Storage

Manfaat penelitian ini diharapkan dapat terbentuk metal hydride Mg-23.5 wt% Ni-Y dengan temperatur absorpsi dan desorpsi yang rendah sehingga dapat di jadikan referensi penelitian lebih lanjut untuk kemudian di aplikasikan pada sebuah device dan vehicle.

Mg 23.5 wt % Ni

lee et al., Mensintesa

Paduan Mg 23.5 wt % Ni

2010

Mg 23.5 wt % Ni dapat mengikat : • 5.63 wt % H2 at 242°C • 5.18 wt % H2 at 174°C

2006

Zhinian li et al., Mensintesa

paduan Mg-20 wt % Ni-Y

Mg-20 wt % Ni-Y

Mg-20 wt % Ni-Y • Dapat mengikat 5.59 wt

% H2

• Temp. Absorpsi 200 °C • Temp. Desorpsi 300 °C

Gambar 1.1 Diagram Fasa Mg-Ni (ASM Metal Handbook vol.3)

Sintesa dengan metode konvensional melting dilakukan sesuai dengan diagram fasa paduan Mg-Ni gambar 1.1.

Gambar 1.2 Skema penyerapan hidrogen (H2) dalam logam. (Zuttel A. et al., 2001)

H2 Mg-23.5 wt % Ni + Y

Gambar 1.2 Skema penyerapan hidrogen (H2) dalam logam. (Zuttel A. et al., 2001)

H2 Mg-23.5 wt % Ni + Y

Absorbsi dan

Desorbsi

Luas Permukaan Katalis

Komposisi kimia unsur paduan

Luas Permukaan mempengaruhi

penetrasi hidrogen ke dalam logam yang

mengaktifkan disosiasi molekul hidrogen. Semakin besar luas permukaan unsur

logam, semakin cepat hidrogen berdifusi

dengan logam (Sakintuna et al.,

2007)

Mempengaruhi laju penyerapan hidrogen yang lebih cepat dan efektif dala disosiasi

dari molekul hidrogen untuk berdifusi ke

dalam logam (Sakintuna et al.,2007)

Menurunkan energi aktivasi dan mempengaruhi homogenitas paduan yang

terbentuk dalam bereaksi dengan hidrogen. Semakin homogen, semakin mudah dalam meningkatkan laju absorpsi dan desorpsi

(Sakintuna et al., 2007)

Gambar 1.5 Diagram proses melting paduan 23.5 wt % Ni

Gambar 1.4 Skema proses konvensional melting.

Horizontal Modification

Ball mill

Mekanisme pergerakan

Ball Mill

Mekanisme gerakan

bola

Mekanisme terjadinya tumbukan

Karakteristik deformasi pada partikel serbuk

Vial

Arah putaran

MM

Mechanical Milling dapat meningkatkan luas

permukaan, formasi struktur mikro/makro dan penyusunan defect pada permukaan dan di dalam struktur kristal material.

Induksi pada defect difusi hidrogen dalam material

dengan menyediakan banyak ruang pada

struktur kristal sehingga energi aktivasi difusi

rendah (Sakintuna et al., 2007).

• Luas Permukaan partikel

• Formasi struktur mikro/makro

• Defect pada struktut kristal

Mg 23.5 wt% Ni + X wt % Y ( x = 1, 3, 5)

Start

Studi Literatur

Preparasi Sampel

Mg 76.5 wt % + Ni 23.5 wt %

Konvensional Melting

Melting, Thold= 800°C at 1 h

Terbentuk

Mg23.5Ni

Ya

Tidak

Uji struktur mikro (SEM)

A

Uji Fasa

(XRD)

Penggilingan Mekanik

1. Milling 800 rev/min

2. Time 5 h,20 h

Uji struktur

mikro (SEM)

DSC

Analisa data dan

pembahasan

Kesimpulan

End

A

Uji Absorpsi

Gambar 3.1 Skema Diagram Alir Penelitian

Material Mechanical Milling Pengujian

Raw Material Sampel wt % Y

Kecepatan

Milling

Waktu

Milling

(h)

XRD SEM Uji Hidrogenisasi

(absorpsi, xrd, dsc) Mixing Melting

Mg 76.5

wt %

800°C

thold = 1

h

Mg 23.5

wt% Ni

1

300

rev/min

5 √ √ √

20 √ √ √

3

5 √ √ √

Ni 23.5

wt %

20 √ √ √

5

5 √ √ √

20 √ √ √

Tabel 1.1 Rancangan penelitian

∑material Mg 23.5 wt % Ni + Y = 5.83 gr 1 % Y = 0.0583 3% Y = 0.1749 5% Y = 0.2915

Raw materials Berat (gr) Wt Y Berat Total per

batch (gr) % gr

Mg 23.5 wt % Ni

5.7717 1 0.0583

5.83 5.6551 3 0.1749

5.5385 5 0.2915

Tabel 1.2 Komposisi bahan pada saat proses melting (1 batch)

Tabel 1.3 Komposisi bahan pada saat proses mechanical millng (12 batch)

Raw materials wt% Berat per elemen (gr) Berat total (gr)

Magnesium 76.5 53.55

70

Nikel 23.5 16.45

Struktur Mikro (SEM)

Fasa (XRD)

Uji Ab/Desorpsi (DSC)

Mg 23.5 wt % Ni + Y

Pengujian SEM dilakukan terhadap semua benda uji. Pengujian SEM dilakukan untuk mengamati mikrostruktur pembentukan Mg 23.5 wt % Ni dan Mg 23.5 wt % Ni +Y hasil dari proses melting dan mehanical milling. Pengujian SEM dilakukan dalam 2 tahap: • Tahap preparasi Sampel berupa serbuk diletakkan pada holder yang telah diberikan carbon tape • Tahap pengujian Serbuk yang telah diletakkan pada holder dimasukkan ke dalam mesin uji.

Gambar 1.5 SEM

Analisa difraksi sinar X dilakukan dengan tujuan untuk mengidentifikasi transformasi fasa yang terbentuk pada serbuk yang telah dilakukan proses mechanical milling. Pengujian ini dilakukan pada semua benda uji. Langkah – langkah pengujian XRD adalah sebagai berikut: • Sampel serbuk diletakkan

pada holder, agar penembakan dengan XRD sesuai dengan yang diinginkan, maka pengaturan spesimen harus merata pada holder.

• Holder diletakkan ke dalam mesin XRD

• Data akan tampil pada layar komputer

Gambar 1.6 XRD

Uji absorpsi dan desorpsi berfungsi untuk mengetahui temperatur absorpsi dari material tersebut. Sampel uji di dalam tabung yang sudah terisi hidrogen dengan tekanan +-2.5 bar dipanaskan dengan temperatur yang diinginkan, kemudian dilakukan pengujian XRD untuk mengetahui unsur dan senyawa yang terbentuk dan dilakukan pengujian DSC untuk mengetahui temperatur dam persentase pelepasan hidrogen.

Bolt

Gas Inlet

Shield

Nut

Powder vial

Main vial

Gambar 1.7 Tabung uji absorpsi

Pengujian DSC ini juga digunakan dalam perhitungan weight % dari hidrida metal yang terbentuk. Dalam pengukuran DSC, persen berat dari fase dihitung menggunakan area puncak kurva DSC dan pembentukan panas. Sebagai contoh, persen berat dari β-2 pada serbuk MgH hasil milling dapat diperkirakan dengan menggunakan area puncak kurva DSC dan ditunjukkan dengan pembentukan panas dari β-MgH (-74 kJ mol -1 [175] atau dengan (-2.811 J g -1). Kurva DSC dianalisis dengan perangkat lunak analisis NETZSCH termal. Pertama, temperatur awal dan akhir puncak ditentukan. Kemudian, daerah puncak dihitung dengan menggunakan pendekatan linier dari temperatur awal ke temperatur akhir akhir (Gambar 1.7) oleh alat uji DSC. Gambar 1.7 Skema perhitungan wt % hidrida

metal menggunakan analisa DSC

Persen berat dari β-MgH2 :

𝑤𝑡%𝑀𝑔𝐻2 =𝐿𝑢𝑎𝑠 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑃𝑢𝑛𝑐𝑎𝑘 (𝐽𝑔−1)

𝐻𝑒𝑎𝑡 𝑜𝑓 𝐷𝑒𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛 (𝐽𝑔−1)di

mana panas dekomposisi = - (panas pembentukan) Dari dekomposisi β-MgH2 (MgH2 → Mg + H2), Persentase berat pelepasan hidrogen dapat dihitung dengan:

𝑤𝑡%𝐻2 = 𝑤𝑡%𝑀𝑔𝐻2𝑥 𝑀𝑟𝐻2

𝑀𝑟𝑀𝑔𝐻2

(a) (b)

Gambar 1.8 Gambar struktur mikro hasil melting Mg23.5Ni (Mg-Ni eutectic) hasil uji (a)mikroskop optik (b)SEM

Gambar 1.9 Hasil Uji XRD pada serbuk Mg23.5Ni (a)non-milling (b)1%Y, (c)3%Y, (d)5%Y hasil Mechanical Milling dengan variabel persentase penambahan katalis menggunakan Conventional Ball Mill dengan kecepatan 800 rpm dan Milling Time 5 jam

Gambar 1.10 Hasil Uji XRD pada serbuk Mg23.5Ni (a)non-milling (b)1%Y, (c)3%Y, (d)5%Y hasil mechanical milling dengan variabel persentase penambahan katalis munggunakan conventional ball mill dengan kecepatan 800 rpm dan milling time 20 jam

Gambar 1.11 Hasil uji SEM pada serbuk Mg23.5Ni dengan perbesaran (a)250x dan (b)10000x. Rata-rata ukuran serbuk 235 µm

Gambar 1.12 Hasil uji SEM pada serbuk Mg23.5Ni (a)+1%Y (b)+3%(Y (c)+5%Y menggunakan Conventional Ball Mill

dengan kecepatan 800 rpm dan Milling Time 5 jam perbesaran 250x. Rata-rata ukuran serbuk 115 µm

Gambar 1.13 Hasil uji SEM pada serbuk Mg23.5Ni (a)+1%Y (b)+3%(Y (c)+5%Y menggunakan Conventional Ball Mill

dengan kecepatan 800 rpm dan Milling Time 5 jam perbesaran 250x. Rata-rata ukuran serbuk 110 µm

Dalam uji absorpsi, serbuk di dalam tabung uji dipanaskan di dalam furnace dengan temperatur 250°C, kemudian di tahan selama 1 jam dan didinginkan di dalam furnace. Dalam pengujian ini, semua sampel dapat mengikat H2 dalam temperatur 250°C. Hal ini diperkuat dengan pengujian XRD pada serbuk yang telah di uji pada tabung absorpsi. Kemudian dilakukan pengujian DSC untuk mengetahui temperatur desorpsi serta persentase jumlah minimal hidrogen yang diikat oleh metal hidrida.

Sampel uji Vial Vial

Furnace T 250°C

Thold = 1 jam

XRD

DSC

Hasil XRD sampel hidrogenisasi

Gambar 1.14 Hasil uji XRD (a) serbuk Mg23.5Ni + x % Y dengan

milling time 5 jam sebelum absorpsi dan (b) serbuk setelah

dilakukan uji absorpsi pada temperatur 250°C

1%Y 5 jam

Hasil XRD sampel hidrogenisasi

Gambar 1.14 Hasil uji XRD (a) serbuk Mg23.5Ni + x % Y dengan

milling time 5 jam sebelum absorpsi dan (b) serbuk setelah

dilakukan uji absorpsi pada temperatur 250°C

3%Y 5 jam

Hasil XRD sampel hidrogenisasi

Gambar 1.14 Hasil uji XRD Pada serbuk (a) serbuk Mg23.5Ni + x %

Y dengan milling time 5 jam sebelum absorpsi dan (b) serbuk

setelah dilakukan uji absorpsi pada temperatur 250°C

5%Y 5 jam

Hasil XRD sampel hidrogenisasi

Gambar 1.15 Hasil uji XRD (a) serbuk Mg23.5Ni + x % Y dengan

milling time 20 jam sebelum absorpsi dan (b) serbuk setelah

dilakukan uji absorpsi pada temperatur 250°C

1%Y 20 jam

Hasil XRD sampel hidrogenisasi

Gambar 1.15 Hasil uji (a) serbuk Mg23.5Ni + x % Y dengan milling

time 20 jam sebelum absorpsi dan (b) serbuk setelah dilakukan

uji absorpsi pada temperatur 250°C

3%Y 20 jam

Hasil XRD sampel hidrogenisasi

Gambar 1.15 Hasil uji XRD (a) serbuk Mg23.5Ni + x % Y dengan

milling time 20 jam sebelum absorpsi dan (b) serbuk setelah

dilakukan uji absorpsi pada temperatur 250°C

5%Y 20 jam

Hasil DSC sampel hidrogenisasi

Desorption peak

Desorption peak

(a) (b) Gambar 1.16 Hasil uji DSC Pada serbuk serbuk Mg23.5Ni + x wt% Y dengan milling time

(a)5 jam dan (b) 20 jam

Dari data DSC, dapat dihitung persentase pelepasan wt% H2

dan temperatur pelepasan H2.

(a) (b) Gambar 1.17 Grafik persentase pelepasan hidrogen pada serbuk Mg23.5 Ni + x % Y (a)

milling time 5 dan 20 jam, (b) Grafik temperatur pelepasan hidrogen pada serbuk Mg23.5 Ni + x % Y milling time 5 dan 20 jam

Dari data hidrogenisasi, serbuk Mg23.5Ni + 1%Y milling time 5 jam memiliki persentase pelepasan hidrogen terndah dari kelima sampel lainnya dan memiliki temperatur pelepasan yang relatif rendah dalam 1X Hidrogenisasi. Kemudian dilakukan 4x hidrogenisasi pada serbuk Mg23.5Ni + 1%Y. Dari 4x hidrogenisasi, serbuk Mg23.5Ni dapat menghasilkan hidrida metal Mg2NiH4 (1x hidrogenisasi hanya menghasilkan MgH2).

Gambar 1.18 Hasil uji XRD Mg23.5Ni + 1%Y milling time 5 jam (a)sebelum hidrogenisasi (b)1x siklus

hidrogenisasi (c)4x siklus hidrogenisasi

Position [°2Theta] (Copper (Cu))

20 30 40 50 60 70

Counts

0

1000

2000

4X hidrogenisasi

Magnesium Nickel Hydride

Magnesium

Magnesium Hydride

Gambar 1.18 Persentase hidrida metal yang terbentuk pada sampel uji Mg23.5Ni + 1%Y milling time 5 jam setelah 4x hidrogenisasi.

Kesimpulan • Penambahan ytrrium dapat mengurangi ukuran partikel serbuk pada milling time yang

sama. • Serbuk Mg23.5Ni + 1% Y milling time 5 jam dapat membentuk MgH2 dan Mg2NiH4 pada

temperatur 250°C. Temperatur pelepasan hidrogen serbuk Mg23.5Ni + 1% Y milling time 5 jam yaitu 273°C.

Saran • Disarankan untuk menggunakan ball mill yang memiliki energi milling yang lebih tinggi

seperti Planetary Ball Mill dan High Energy Ball Mill. Hal ini dikarenakan ukuran serbuk yang dihasilkan tidak tereduksi secara signifikan.sehingga persentase berat H2 yang diikat juga rendah.

• Dari penelitian yang dilakukan, disarankan untuk mengaktifasi terlebih dahulu sampel uji untuk mendapatkan hasil yang lebih maksimal sehingga persentase H2 yang di ikat semakin banyak.

• Untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat dalam pengukuran hidrogenisasi, disarankan untuk menggunakan alat pengukur yang standar seperti PCI /PCT.