NAMA : ADITYA RASDI M

NPM : 27 011 012 0049

JUDUL : PENGGUNAAN ELEKTROLISIS,MENUAI HIDROGEN DARI AIR

Usaha para ilmuwan dalam mencari energi alternatif pengganti bahan bakar fosil terus dilakukan, terutama sejak memasuki abad ke-21 ini. Hingga saat ini persentase penggunaan energi alternatif masih sangat sedikit dikarenakan efektivitas dan efisiensinya yang tergolong masih kecil. Hal seperti ini juga tampak pada penggunaan bahan bakar hidrogen. Meski beberapa perusahaan otomotif seperti Ford dan Honda telah merilis mobil berbahan bakar hidrogen, pada kenyataannya penggunaannya masih sedikit. Problema ini tak lepas dari mahalnya hidrogen cair karena biaya produksinya yang dapat dikatakan tidak murah.

I. LATAR BELAKANG

i. Perumusan Masalah (global)

Air adalah senyawa yang penting bagi semua bentuk kehidupan yang diketahui sampai saat ini di Bumi, tetapi tidak di planet lain. Air menutupi hampir 71% permukaan Bumi. Terdapat 1,4 triliun kilometer kubik (330 juta mil³) tersedia di Bumi. Air sebagian besar terdapat di laut (air asin) dan pada lapisan-lapisan es (di kutub dan puncak-puncak gunung), akan tetapi juga dapat hadir sebagai awan, hujan, sungai, muka air tawar, danau, uap air, dan lautan es. Air dalam obyek-obyek tersebut bergerak mengikuti suatu siklus air, yaitu: melalui penguapan, hujan, dan aliran air di atas permukaan tanah (runoff, meliputi mata air, sungai, muara) menuju laut. Air bersih penting bagi kehidupan manusia.

Di banyak tempat di dunia terjadi kekurangan persediaan air. Selain di Bumi, sejumlah besar air juga diperkirakan terdapat pada kutub utara dan selatan planet Mars, serta pada bulan-bulan Europa dan Enceladus. Air dapat berwujud padatan (es), cairan (air) dan gas (uap air). Air merupakan satu-satunya zat yang secara alami terdapat di permukaan Bumi dalam ketiga wujudnya tersebut. Pengelolaan sumber daya air yang kurang baik dapat menyebakan kekurangan air, monopolisasi serta privatisasi dan bahkan menyulut konflik. Indonesia telah memiliki undang-undang yang mengatur sumber daya air sejak tahun 2004, yakni Undang Undang nomor 7 tahun 2004 tentang Sumber Daya Air

Program ramah lingkungan (go green) untuk mengurangi dampak pemanasan global marak digalakkan oleh masyarakat. Salah satunya adalah upaya mengurangi penggunaan bahan bakar, yakni bensin. Kebutuhan energi di dunia semakin meningkat, sayangnya hal tersebut berbanding terbalik dengan sumber energi fosil yang jumlahnya semakin berkurang dan tidak dapat diperbaruihidrogen dapat menghasilkan listrik dan panas dengan efisiensi yang cukup tinggi.

Hidrogen juga merupakan energi yang ramah lingkungan karena hasil pembakaran hidrogen hanya menghasilkan air dan dalam proses pembakarannya pun tidak menimbulkan kebisingan

ii. Identifikasi Masalah

Pembakaran bahan-bahan bakar konvensional seperti bensin, kayu, dan batu bara mengubah bahan bakar yang dimaksud menjadi zat yang memiliki energi lebih sedikit (lihat entalpi pembentukan). Energi pun dilepaskan. Dalam kasus bahan-bahan bakar fosil, pembakaran bisa diwakili oleh reaksi kimia berikut:

CH4 + 2 O2 → 2 H2O + CO2

Air adalah "limbah"-nya.

Reaksi-reaksi kimia spontan tidak menciptakan energi, tetapi melepaskan energi dengan mengubah ikatan-ikatan yang tak stabil menjadi ikatan energi yang lebih stabil atau dengan meningkatkan entropi. Air adalah senyawa kimia yang terdapat di mana-mana sebagian karena air memiliki ikatan sangat stabil yang tahan terhadap hampir semua reaksi kimia. Agar air bisa ikut serta dalam reaksi yang menghasilkan energi, harus ditambahkan senyawa-senyawa berenergi tinggi. Sebagai contoh, bahan bakar asetilena yang mudah terbakar bisa dihasilkan dengan menambahkan karbit ke dalam air. Namun, jika demikian, karbitlah "bahan bakar"-nya, bukan air.

Secara teoritis, dimungkinkan untuk menghasilkan energi dari air melalui fusi nuklir, tetapi reaktor fusi nuklir sebesar apa pun bukanlah hal yang praktis, apa lagi di dalam mobil.

Mesin-mesin berbahan bakar air yang diklaim seringkali mendapatkan hidrogen dengan cara mengelektrolisa air. Sel elektrolisis butuh tenaga listrik. Hidrogen dan oksigen yang diperoleh melalui elektrolisa ini dapat dibakar, tetapi untuk mengaktifkan sel elektrolisa saja butuh energi lebih banyak daripada yang bisa didapat dari hasil yang berupa campuran hidrogen-oksigen. Jika tidak, system seperti itu akan serupa dengan mesin yang berputar terus menerus, yang sebenarnya mustahil itu.

iii. Tujuan Makalah

Dengan pembuatan makalah ini penulis berharap dapat menginspirasi para peneliti untuk dapat mengembangkan hidrogen sebagai sumber energi alternatif yang tentu saja energi yang ramah lingkungan. Sebagaimana yang kita ketahui bahwa sekarang pemanasan global (global warming) sedang mengancam bumi kita,akibat dari pembakaran bahan bakar fosil yang menghasilkan polusi,dengan mengganti bahan bakar fosil dengan bahan bakar hidrogen,setidaknya kita sudah melakukan upaya penyelamatan bumi tempat tinggal kita.

II. TINJAUAN PUSTAKA

i. Empiris

Manusia dalam kehidupan sehari-hari memerlukan air untuk berbagai keperluan mulai dari air minum, mencuci, mandi dan lain-lain. Sumber-sumber air tersebut antara lain air permukaan, air angkasa (air hujan) dan air tanah (air sumur). Air tanah lebih banyak dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan tersebut karena secara kualitas lebih baik dibanding sumber air yang lain (Kusnaedi, 2002).

Berdasarkan data statistik 1995 (SUPAS 1995), prosentase banyaknya rumah tangga dan sumber air yang digunakan di berbagai daerah di Indonesia sangat bervariasi tergantung dari kondisi geografisnya. Rinciannya adalah sebagai berikut : pengguna air ledeng (PAM) 16,08%, air tanah dengan menggunakan pompa 11,61%, air sumur (perigi)49,92%, mata air (air sumber) 13,92%, air sungai 4,91%, air hujan 2,62% dan lainnya 0,08% (Said dan Yudo, 2008). Dari data tersebut dapat dilihat bahwa sebagian besar masyarakat Indonesia memanfaatkan air sumur untuk memenuhi kebutuhan air dalamrumah tangga.

ii. Internet

Molekul air dapat diuraikan menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengalirinya arus listrik. Proses ini disebut elektrolisis air. Pada katode, dua molekul air bereaksi dengan menangkap dua elektron, tereduksi menjadi gas H2 dan ion hidrokida (OH-). Sementara itu pada anode, 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. Reaksi keseluruhan yang setara dari elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut.

Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk gelembung pada elektrode dan dapat dikumpulkan. Prinsip ini kemudian dimanfaatkan untuk menghasilkan hidrogen dan hidrogen peroksida (H2O2) yang dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan hidrogen

Sel Elektrolisis adalah sel yang menggunakan arus listrik untuk menghasilkan reaksi redoks yang diinginkan dan digunakan secara luas di dalam masyarakat kita. Baterai aki yang dapat diisi ulang merupakan salah satu contoh aplikasi sel elektrolisis dalam kehidupan sehari-hari (lihat Elektrokimia I : Penyetaraan Reaksi Redoks dan Sel Volta). Baterai aki yang sedang diisi kembali (recharge) mengubah energi listrik yang diberikan menjadi produk berupa bahan kimia yang diinginkan.

Rangkaian sel elektrolisis hampir menyerupai sel volta. Yang membedakan sel elektrolisis dari sel volta adalah, pada sel elektrolisis, komponen voltmeter diganti dengan sumber arus (umumnya baterai). Larutan atau lelehan yang ingin dielektrolisis, ditempatkan dalam suatu wadah. Selanjutnya, elektroda dicelupkan ke dalam larutan maupun lelehan elektrolit yang ingin dielektrolisis. Elektroda yang digunakan umumnya merupakan elektroda inert, seperti Grafit (C), Platina (Pt), dan Emas (Au). Elektroda berperan sebagai tempat berlangsungnya reaksi. Reaksi reduksi berlangsung di katoda, sedangkan reaksi oksidasi berlangsung di anoda. Kutub negatif sumber arus mengarah pada katoda (sebab memerlukan elektron) dan kutub positif sumber arus tentunya mengarah pada anoda. Akibatnya, katoda bermuatan negatif dan menarik kation-kation yang akan tereduksi menjadi endapan logam. Sebaliknya, anoda bermuatan positif dan menarik anion-anion yang akan teroksidasi menjadi gas. Terlihat jelas bahwa tujuan elektrolisis adalah untuk mendapatkan endapan logam di katoda dan gas di anoda.

Ada dua tipe elektrolisis, yaitu elektrolisis lelehan (leburan) dan elektrolisis larutan. Pada proses elektrolisis lelehan, kation pasti tereduksi di katoda dan anion pasti teroksidasi di anoda.

Baik elektrolisis lelehan maupun larutan, elektroda inert tidak akan bereaksi; elektroda tidak inert hanya dapat bereaksi di anoda

Pada elektrolisis lelehan, kation pasti bereaksi di katoda dan anion pasti bereaksi di anoda. Pada elektrolisis larutan, bila larutan mengandung ion alkali, alkali tanah, ion aluminium, maupun ion mangan (II), maka air yang mengalami reduksi di katoda. Pada elektrolisis larutan, bila larutan mengandung ion sulfat, nitrat, dan ion sisa asam oksi, maka air yang mengalami oksidasi di anoda.

iii. Teksbook,Jurnal,Majalah

Sumber : Republika (11 Juli 2007)Masa Depan Milik Hidrogen

Dunia bergerak memasuki era hidrogen. Peta jalan (road map) yang disusun negara-negara maju menargetkan penggunaan secara massif bahan bakar berbasis hidrogen mulai 2015. Di Kanada dan AS, tabung hidrogen sebagai sumber energi listrik malah sudah mulai diperjualbelikan.

Harga per unit tabung ini memang masih mahal, yakni 3.000 dolar AS. Namun, tabung ini bisa menjadi sumber listrik yang berkesinambungan lantaran dapat diisi ulang, Selain bisa dibawa ke mana-mana (portable), tabung ini efektif untuk menyalakan pelbagai peralatan listrik. ''Contoh kecilnya men-charge laptop atau ponsel,'' kata koordinator Program Fuel Cell Puslit Fisika Terapan LIPI, Dr Achiar Oemri, kepada Republika.

Inilah tabung fuel-cell. Sebagai pembangkit listrik, fuel-cell menghasilkan energi yang diperoleh dari reaksi kimia antara gas hidrogen dari air dan oksigen dari udara. Bahan baku utama fuel-cell adalah gas hidrogen yang dapat digangsir, antara lain, dari sinar matahari, sampah organik (biomass), hingga angin. Jelas, kata Achiar, ini adalah sumber energi terbarukan yang jumlahnya berlimpah di negeri ini.

Indonesia bukannya tak berkecimpung di jagat teknologi fuel-cell. Puslit Fisika Terapan LIPI telah menciptakan prototipe sepeda motor berbahan bakar hidrogen, Versa, tiga tahun lalu. Namun, Versa belum bisa ngebut di jalanan seperti halnya sepeda motor konvensional. Sel tunamnya masih sering ngedrop, sehingga perlu dibuat sirkuit yang lebih konsisten.

Ada tiga perangkat utama yang menjadi komponen vital Versa, yakni kotak sel tunam (fuel-cell stack), tangki hidrogen mini (hydrogen storage) bertekanan 30-50 bar, serta motor listrik berkekuatan 400 watt. Hydrogen storage berfungsi menampung bahan bakar hidrogen, seperti halnya tangki bensin pada motor konvensional. Sayangnya, tempo pembangkitan listrik dari tangki hidrogen Versa cuma dua jam.

Andai kendaraan hidrogen bisa diproduksi secara massal, maka konsumsi bahan bakar minyak (BBM) di Indonesia berpotensi dipangkas secara signifikan. Sektor transportasi tercatat sebagai pengonsumsi minyak terbesar yakni 47 persen BBM negeri ini (data tahun 2003) dan tetap akan menjadi pengonsumsi minyak paling serakah di masa depan.

Lebih jauh, pemanfaatan energi terbarukan untuk mengatasi kelangkaan minyak memang sudah menjadi keniscayaan. Pasca-booming minyak pada dekade 1970, cadangan minyak Indonesia terus susut dari 15 ribu metrik barel (MB) pada 1974 menjadi hanya 4.301 MB pada 2004.

Sementara produksi minyak Indonesia kian merosot dari 1.686,2 ribu barel per hari pada 1977, menjadi 1.094,4 ribu barel per hari pada 2004. Negeri pendiri OPEC inipun tekor 49,3 ribu barel minyak per hari. Kabar buruknya, status Indonesia turun derajat menjadi pengimpor minyak (net oil importer) sejak 2002.

Masih menjadi perdebatan kapan kelangkaan minyak akan mencapai puncaknya. Kubu yang pesimistis menengarai tahun 2010, sementara pihak yang optimistis meramalkan adanya kemungkinan memanfaatkan sumber minyak nonkonvensional seperti heavy oil, tarsands, dan cell oil, sehingga puncak kelangkaan minyak akan terjadi 20-30 tahun mendatang. Para saintis Indonesia mencoba mengantisipasinya. Salah satunya menciptakan kendaraan fuel-cell.

Sayangnya, dibanding negara-negara lain, perkembangan teknologi fuel-cell di Indonesia masih tertinggal. Ketika Indonesia baru menciptakan prototipe sepeda hidrogen, pabrikan Jepang, Toyota, telah merilis mobil hidrogen komersial seharga Rp 1 miliar. Negara kota Singapura, kata Achiar, juga sudah mendirikan dua unit SPBU berbahan bakar hidrogen. Padahal, baru enam unit mobil hidrogen saja yang berseliweran di jalanan kota Singapura. Mereka berancang-ancang memasuki era hidrogen.

III. PEMBAHASAN

Baru-baru ini, tim peneliti dari School of Chemistry Monash University Australia telah menemukan inovasi baru dalam mengubah air menjadi hidrogen lewat proses elektrofotokatalisis yang terinspirasi dari cara tumbuhan mengubah air menjadi oksigen.

Para ilmuwan di dunia mengakui bahwa bagian tersulit dari mengubah air menjadi bahan bakar adalah mengonversi air menjadi hidrogen dan oksigen. Tim peneliti yang telah mempublikasikan hasil penelitian mereka di jurnal Nature Chemistry ini berhasil membuat sistem sel konversi air menjadi hidrogen menggunakan katalis berbasis logam mangan (Mn). Katalis ini sendiri memiliki struktur molekul yang menyerupai mineral mangan birnessite [(Na0.3Ca0.1K0.1)(Mn4+,Mn3+)2O4 · 1.5 H2O].

Tim peneliti tersebut memanfaatkan tingkat oksidasi dari ion mangan, terutama mangan (II) dan mangan (IV) untuk mengoksidasi air menjadi oksigen dan hidrogen. Pemberian tegangan listrik akan mengubah mangan (II) pada birnessite teroksidasi menjadi mangan (IV). Selanjutnya pemaparan dengan cahaya matahari akan mengembalikan bentuk mangan (IV) menjadi mangan (II) sekaligus mengubah dua molekul air (H2O) menjadi satu molekul gas oksigen (O2), empat proton (H+), dan empat elektron. Selanjutnya keempat proton dan elektron tersebut bergabung menjadi dua molekul gas hidrogen (H2). Siklus katalis mangan berlangsung cepat dan voltase listrik yang dibutuhkan tidak terlalu besar jika dibandingkan dengan elektrolisis langsung air menggunakan elektroda inert. Inovasi ini terbukti menghasilkan gas hidrogen dari air secara lebih mudah dan murah

IV. KESIMPULAN

Hidrogen memiliki banyak kelebihan, antara lain memiliki energi pembakaran yang besar per satuan massa hidrogen dan merupakan bahan bakar yang sangat bersih karena emisi pembakarannya berupa air (H2O). Karena sumber air di dunia sangat banyak,pemanfaatan air sebagai sumber energi sangat cocok dan bahkan dapat menangkal terjadinya pemanasan global.Kesimpulan yang didapat dari pembahasan di atas adalah bahwa untuk memproduksi gas hidrogen dari air tidaklah mudah, usaha untuk memproduksinya lebih besar dari hasil yang didapat sehingga penggunaan hidrogen sebagai sumber energi masih belum efisien,tetapi dengan bantuan katalis, produksi gas hidrogen terbukti lebih mudah dan murah. Penemuan ini diharapkan akan menginspirasi

produsen bahan bakar hidrogen di dunia untuk mengaplikasikannya sehingga akan terwujud penggunaan bahan bakar hidrogen yang mengglobal.

DAFTAR PUSTAKA

Referensi Jurnal :

Yanzhen Fan, Sun-Kee Han, Hong Liu. Improved performance of CEA microbial fuel cells with increased reactor size. Energy & Environmental Science, 2012; 5 (8): 8273

Sumber : Republika (11 Juli 2007)Masa Depan Milik Hidrogen

http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/teknologi_tepat_guna/inovasi-terbaru-menuai-hidrogen-dari-air/

http://waterforgeo.blogspot.com/2011/01/elektrolisis-air.html

http://artikelteknikkimia.blogspot.com/2011/12/menuai-hidrogen-dari-air.html

http://id.wikipedia.org/wiki/Air

http://energibarudanterbarukan.blogspot.com/2011/02/fissi-dingin-gas-hidrogen-dari-air-laut.html

http://id.wikipedia.org/wiki/Mobil_berbahan_bakar_air

http://www.scribd.com/doc/85565595/46/Elektrolisis-air

http://andykimia03.wordpress.com/2009/09/10/elektrokimia-ii-sel-elektrolisis/