Hidrogen Fuel Cell

Pengertian Hidrogen

Hidrogen sangatlah mudah terbakar di udara bebas. Peristiwa meledaknya pesawat Hindenburg pada tanggal 6 Mei 1937. Gas hidrogen sangat mudah terbakar dan akan terbakar pada konsentrasi serendah 4% H₂ di udara bebas. Entalpi pembakaran hidrogen adalah -286 kJ/mol. Hidrogen terbakar menurut persamaan kimia:

2 H₂(g) + O₂(g) → 2 H₂O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

Ketika dicampur dengan oksigen dalam berbagai perbandingan, hidrogen meledak seketika disulut dengan api dan akan meledak sendiri pada temperatur 560 °C. Lidah api hasil pembakaran hidrogen-oksigen murni memancarkan gelombang ultraviolet dan hampir tidak terlihat dengan mata telanjang. Oleh karena itu, sangatlah sulit mendeteksi terjadinya kebocoran hidrogen secara visual. Kasus meledaknya pesawat Hindenburg adalah salah satu contoh terkenal dari pembakaran hidrogen. Karakteristik lainnya dari api hidrogen adalah nyala api cenderung menghilang dengan cepat di udara, sehingga kerusakan akibat ledakan hidrogen lebih ringan dari ledakan hidrokarbon. Dalam kasus kecelakaan Hidenburg, dua pertiga dari penumpang pesawat selamat dan kebanyakan kasus meninggal disebabkan oleh terbakarnya bahan bakar diesel yang bocor. Hidrogen membentuk senyawa yang sangat banyak dengan karbon. Oleh karena asosiasi senyawa itu dengan kebanyakan zat hidup, senyawa ini disebut sebagai senyawa organik. Studi sifat-sifat senyawa tersebut disebut kimia organik dan studi dalam konteks kehidupan organisme dinamakan biokimia. Pada beberapa definisi, senyawa "organik" hanya memerlukan atom karbon untuk disebut sebagai organik. Namun kebanyakan senyawa organik mengandung atom hidrogen. Dan oleh karena ikatan ikatan hidrogen-karbon inilah yang memberikan karakteristik sifat-sifat hidrokarbon, ikatan hidrogen-karbon diperlukan untuk beberapa definisi dari kata "organik" di kimia. Dalam kimia anorganik, hidrida dapat berperan sebagai ligan penghubung yang menghubungkan dua pusat logam dalam kompleks berkoordinasi. Fungsi ini umum ditemukan pada unsur golongan 13, terutama pada kompleks borana (hidrida boron) dan aluminium serta karborana yang bergerombol.

Pengembangan Fuel Cell

Para peneliti secara terus menerus mengembangkan teknologi terbaru yang bernama fuel cell agar lebih efisien, tidak mahal, dan mudah digunakan. Sistem fuel cell banyak mengalami pengembangan pada jenis elektrolitnya. Adanya perubahan jenis elektrolit juga merekayasa jenis material dan sistem elektrodanya. Beberapa jenis elektrolit yang telah dikembangkan para penemu antara lain cairan alkali (alkali fuel cell/AFC), cairan karbonat (molten carbonate fuel cells/MCFC), asam fosfat (phosphoric acid fuel cells/PAFC), membran pertukaran proton (proton exchange membrane fuel cells/PEMFC), serta oksida padat (solid oxide fuel cells/SOFC). Kebutuhan bahan bakar fuel cell juga bergantung pada jenis elektrolit tersebut, beberapa membutuhkan gas hidrogen murni. Sehingga dibutuhkan suatu alat yang disebut reformer untuk memurnikan bahan bakar hidrogen. Sedangkan pada elektrolit yang tidak membutuhkan gas hidrogen murni, dapat bekerja efisien pada temperatur tinggi. Dan pada beberapa elektrolit cair, membutuhkan tekanan tertentu untuk mendorong gas hidrogen. Bahan bakar yang biasanya menggunakan gas hidrogen bertekanan tinggi atau hidrogen cair bagi fuel cell, mulai mengalami perubahan seiring berkembangnya teknologi reformer. Sehingga tak perlu membawa tabung gas hidrogen atau hidrogen cair yang mudah meledak serta mahal. Salah satu jenis bahan bakar yang digunakan adalah metanol yang diubah reformer menjadi gas hidrogen. Natrium borohidrida cair untuk menghasilkan gas hidrogen murni. Teknologi perusahaan ini menunjukkan beberapa potensi kelebihan antara lain, natrium borohidrida (sodium borohydride/SBH) adalah material tidak mudah terbakar pada suhu dan tekanan ruang, dan tidak perlu murni dan dapat dilarutkan dengan air, sehingga mudah dibawa, dapat mengontrol produksi hidrogen, waktu beroperasi lebih lama. Katalis itu juga tidak menunjukkan kerusakan selama lebih dari 600 jam operasi reformer sehingga lebih tahan lama, gas hidrogen bebas dari produksi sulfur atau karbon, serta natrium borat yang dihasilkan dapat digunakan kembali untuk membentuk natrium borohidrida pada energi tertentu.

Jika elektrolisa dapat menguraikan air menjadi gas hidrogen dan oksigen dengan bantuan trik dan elektroda. Pada fuell cell memasukan gas hidrogen dan oksigen dengan bantuan elektrolit dan elektroda untuk memproduksi tenaga listrik. Kelebihan dari fuel cell adalah lebih efisien, tidak berisik, tidak mengeluarkan gas buang kecuali air sehingga tidak menyebabkan polusi.

Untuk fuell cell bahan gas oksigen dapat dari udara sedang gas hidrogen dapat diperoleh dari reaksi reformer dari hidrokarbon yang pada saat ini diperoleh dari pabrik besar. Gas hidrogen mempunyai kesulitan untuk disimpan dan ditransport karena molekul yang kecil sehingga sulit untuk dicairkan dan mudah terbakar. Usaha memperoleh hidrogen dengan mudah sedang diusahakan dengan berbagai cara misalnya memperkecil reaktor reformer dengan bahan baku LPG atau gas methane, menguraikan metanol yang dibuat dari pabrik besar tetapi dalam bentuk cair sehingga mudah untuk ditransport. Gas hidrogen dapat juga diperoleh dari methanol setelah diuraikan menjadi gas CO dan hidrogen, kemudian gas CO dioksidasi menjadi CO₂ dan air. Macam bahan bakar lain seperti methan, minyak diesel dapat dipergunakan langsung untuk beberapa jenis fuel cell. Ion yang bemigrasi dapat sebagai hidrogen, oksigen atau hidroksida. Sedang elektrolit dapat berupa membran plastik, garam karbonat cair, lapisan oksida keramik, larutan alkali, asam phospat. Elektroda biasanya dari logam platina, nikel.

PERANCANGAN SISTEM

Perancangan Alat

Rancang bangun ini merupakan susunan dari beberapa plant kemudian di jadikan satu dengan plant penghasil hidrogen dan plant fuel cell. Pada plant penghasil higrogen ini menggunakan media ethanol sebagai penghasil gas hidrogen dengan cara di beri arus mencapai 10A, setelah itu hasilnya (gas hidrogen) akan di kompres dengan menggunakan kopresor kulkas berukuran ¼ pk kemudian di simpan ke dalam tabung refrigerant (tabung freon) kosong dengan tujuan tekanan yang di keluarkan supaya maksimal menuju fuel cell. Kemudian plant fuel cell untuk mengesktrak gas hidrogen menjadi listrik dengan mengambil muatan ion positif dengan cara di lewatkan ke plat besing yang di dalamnya terdapat karet (seal) yang sudah di beri katalis (pemisah) listrik di peroleh dengan cara melewatkan oksigen masuk bersama hidrogen sehingga ion positif dari hidrogen dan ion negatif dari oksigen akan di ambil melalui salah satu konektor kabel sehingga timbul beda potensial (E) dan keluaran beda potensial tersebut dapat di gunakan untuk keperluan listrik sehari hari. Output dari plant ini bertegangan DC arus searah dan untuk mengembalikan ke arus bolak – balik perlu adanya inverter DC to AC.

Perancangan Hardware

Untuk perancangan hardware ini di lakukan dua tahap, tahap pertama yaitu perancangan hardware dari plant hidrogen dengan menggunakan aki mobil inilah metanol akan di ekstrak menjadi hidrogen yang di beri arus mencapai 10A, setelah itu hasilnya (gas hidrogen) akan di kompres dengan menggunakan kopresor kulkas berukuran ¼ pk kemudian di simpan ke dalam tabung refrigerant (tabung freon) kosong dengan tujuan tekanan yang di keluarkan supaya maksimal menuju fuel cell. Kemudian perancangan selanjutnya adalah perancangan plant fuel cell plant ini menghasilkan listrik dengan cara mengesktrak gas hidrogen menjadi listrik dengan mengambil muatan ion positif dengan cara di lewatkan ke plat besing yang di dalamnya terdapat karet (seal) yang sudah di beri katalis (pemisah) listrik di peroleh dengan cara melewatkan oksigen masuk bersama hidrogen sehingga ion positif dari hidrogen dan ion negatif dari oksigen akan di ambil melalui salah satu konektor kabel sehingga timbul beda potensial (E) dan keluaran beda potensial tersebut dapat di gunakan untuk keperluan listrik sehari hari.

Perancangan Software

Untuk perancangan software ini di lakukan dua tahap, tahap pertama yaitu pembuatan software mikrokontroller yang di tujukan untuk membuat monitoring serta kontrol otomatis dengan menggunakan sensor temperature dan pressure. Pada tahap pertama software ini di gunakan untuk mengendalikan dan mengukur temperatur gas hidrogen saat keluar ke plant fuel cell dan tahap dua yaitu pembuatan software mikrokontroller yang di tujukan untuk dan pressure yang keluar melalui selang besi sehingga ketika terjadi kebococran maka solenoid valve akan menutup dan tidak terjadi kebakaran karena sifat dari gas hidrogen ini adalah mudah terbakar.

Percobaan Alat

Setelah terpasang semua alat kontrol dan savetynya maka ke dua plant tersebut siap di jalankan ketika di jalankan posisi plant hidrogen harus mencapai pressure yang di inginkan sehingga saat melewati plant fuel cell, tegangan yang di hasilkan tidak naik turun supaya konstan plant hidrogen harus memproduksi terlebih dahulu gas tersebut kemudian di simpan ke dalam tabung refrigerant yang sudah di modifikasi. Setelah mencapai tingkat pressure yang di inginkan maka valve manual akan di buka selanjutnya plant fuel cell dapat bekerja dan menghasilkan tegangan yang konstan.

Analisis Data

Untuk analisis data yang di ambil adalah tingkat hubungan antara daya keluaran dengan pressure yang keluar dari plant hidrogen dan hubungan antara temperatur dan pressure sehingga ketika terjadi kebocoran gas tegangan / daya yang keluar akan turun tergantung dari tingkat ke bocoran dari gas tersebut sehingga untuk mengurangi tingkat kebocoran dari plant tersebut di pasangkan savety berupa valve otomatis / shutdown valve agar semua proses di hentikan semua.