-
1
Studi Eksperimen Konfigurasi Komponen Sel Elektrolisis untuk
Memaksimalkan pH larutan dan Gas Hasil Elektrolisis Dalam
Rangka
Peningkatan Performa dan Reduksi SOx - NOx Motor Diesel
Oleh : Achmad Suyuty Dosen Pembimbing : I Made Ariana, ST, MT,
DR. MarSc.
Abstrak Gas dan senyawa nitrogen oxides (NOx) dan sulphur oxides
(SOx) dari emisi motor diesel pasti memberikan andil besar terhadap
polusi udara yang mempengaruhi kesehatan ribuan mahkluk hidup,
lingkungan dan pemanasan global.
Pemanfaatkan hasil elektrolisis air laut (mengandung NaC), yang
berupa HClO + HCl pada kutub positif dan NaOH pada kutub negatif,
dapat mereduksi kadar SOx dan NOx dengan persentase yang sangat
tinggi. Selain dipakai pada proses reduksi emisi, juga dipakai pada
proses elektrolisis H2O untuk mendapatkan hydrogen sebagai bahan
bakar alternative. Pada penelitian ini akan dilakukan studi
eksperimen konfigurasi komponen elektrolisis untuk mendapatkan pH
larutan dan gas hasil elektrolisis dalam rangka peningkatan
performa dan reduksi SOx - NOx motor diesel. Variasi konfigurasi
sel elektrolisis ini meliputi variasi jenis elektrolit, jenis dan
bentuk elektroda, konfigurasi jarak antar elektroda, dan pemakaian
tegangan terhadap hasil elektrolisis. Pada proses elektrolisis,
terbentuknya gas hasil elektrolisis sangatlah penting untuk
dianalisa lebih dalam. Hal ini menyangkut tentang pengaruh
kandungan gas-gas hasil elektrolisis terhadap performa motor
diesel. Pada penelitian ini hal tersebut tidak dilakukan karena
keterbatasan pada alat penguji. Dari sini diharapkan selanjutnya
dapat dikembangkan ke tahap pemaksimalan hasil elektrolisis untuk
reduksi emisi dan bahan bakar alternative hasil elektrolisis.
Kata Kunci : sel elektrolisis, elektrolit, elektroda, variasi,
konfigurasi, maksimal
I. PENDAHULUAN Latar Belakang Gas dan senyawa nitrogen oxides
(NOx) dan
sulphur oxides (SOx) dari emisi motor diesel pasti memberikan
andil besar terhadap polusi udara yang mempengaruhi kesehatan
ribuan mahkluk hidup, lingkungan dan pemanasan global.
Peraturan yang mengatur tentang polusi udara atau emisi dibidang
marine, ada pada Marine Pollution (MARPOL) 73/78 Annex VI oleh
International Marine Organisation (IMO) dan telah diberlakukan
sejak 19 Mei 2005. Hal ini dikarenakan permasalahan polusi yang
sangat serius dari kapal-kapal yang berlayar sejauh 200 mill laut
dari pantai dengan kelas diesel engine lebih dari 130 Kw.
Pada bidang marine, nitrogen oxides (NOx) dan sulphur oxides
(SOx) dihasilkan oleh kapal-kapal bermotor diesel yang berbahan
bakar high speed diesel oil (HSDO atau solar), medium diesel oil
(MDO) dan heavy fuel oil (HFO). Nitrogen oxides (NOx) dapat
direduksi jika direaksikan dengan Cl2 dan HClO (gas dan larutan
asam) yang menghasilkan HNO3 dan sulphur oxides (SOx) dapat
direduksi jika direaksikan dengan air laut dan NaOH (larutan basa)
yang menghasilkan Na2SO4. Senyawa Cl2, HClO dan NaOH dihasilkan
dari elektrolisis air laut (H2O dan NaCl) pada reaksi utama kutub
positif dan negatif sel elektrolisis tersebut.[1]
Selain dipakai pada proses reduksi emisi, elektrolisis juga
dipakai pada proses mendapatkan
hydrogen sebagai bahan bakar alternative dari hasil elektrolisis
H2O.[2]
Pada penelitian ini akan dilakukan studi eksperimen konfigurasi
komponen sel elektrolisis untuk mendapatkan pH larutan dan gas
hasil elektrolisis dalam rangka peningkatan performa dan reduksi
SOx - NOx motor diesel. Variasi konfigurasi sel elektrolisis
meliputi variasi jenis elektrolit, jenis, geometri, dan konfigurasi
jarak antar elektroda serta pemakaian tegangan akan berpengaruh
pada pelepasan ion sehingga mempengaruhi laju reaksi dimana hasil
elektrolisis tergantung pada laju reaksi.[3]
Untuk memaksimalkan hasil elektrolisis maka akan dilakukan studi
lebih lanjut. Pada proses elektrolisis, terbentuknya gas hasil
elektrolisis sangatlah penting untuk dianalisa lebih dalam. Hal ini
menyangkut tentang pengaruh kandungan gas-gas hasil elektrolisis
seperti Hydrogen, gas brown (H-H-O), Flourade gas terhadap performa
motor diesel. Dari sini diharapkan selanjutnya dapat dikembangkan
ke tahap pemaksimalan hasil elektrolisis untuk reduksi emisi dan
bahan bakar alternative dari hasil elektrolisis.
-
2
Perumusan Masalah Perumusan masalah dalam Tugas Akhir ini
adalah 1. Bagaimana pengaruh bentuk/geometri
elektroda terhadap laju pembentukan gas dan pH larutan?
2. Bagaimana pengaruh larutan elektrolit dan penambahan katalis
terhadap laju pembentukan gas dan pH larutan?
Tujuan Penulisan
Dari latar belakang permasalahan yang telah dijelaskan di atas,
maka dapat ditentukan bahwa tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini
adalah
1. Mengetahui pengaruh bentuk/geometri elektroda terhadap laju
pembentukan gas dan pH larutan.
2. Mengetahui pengaruh larutan elektrolit dan penambahan KOH
terhadap laju pembentukan gas dan pH larutan
Manfaat Penulisan
Dari penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat bagi berbagai
pihak yang membutuhkan. Adapun manfaat yang dapat diperoleh antara
lain :
1. Variasi konfigurasi komponen sel elektrolisis terhadap hasil
elektrolisis.
2. Dasar eksperimen reduksi SOx dan NOx dari motor diesel dengan
metode elektrolisis.
3. Dasar eksperimen bahan bakar alternative hasil
elektrolisis.
4. Membantu mengurangi SOx dan NOx dari motor diesel kapal
dengan metode elektrolisis air laut.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Pada bidang marine, nitrogen oxides (NOx) dan sulphur oxides
(SOx) dihasilkan oleh kapal-kapal bermotor diesel yang berbahan
bakar high speed diesel oil (HSDO atau solar), medium diesel oil
(MDO) dan heavy fuel oil (HFO). Nitrogen oxides (NOx) dapat
direduksi jika direaksikan dengan Cl2 dan HClO (gas dan larutan
asam) yang menghasilkan HNO3 dan sulphur oxides (SOx) dapat
direduksi jika direaksikan dengan air laut dan NaOH (larutan basa)
yang menghasilkan Na2SO4. Senyawa Cl2, HClO dan NaOH dihasilkan
dari elektrolisis air laut (H2O dan NaCl) pada reaksi utama kutub
positif dan negatif sel elektrolisis tersebut.[1]
Melihat perkembangan Bahan Bakar Air
dari hari ke hari makin mengasikkan walaupun masih sebagai
suplement BBM. Banyak sekali artikel-artikel mengenai penghematan
BBM ini, mulai dari menambahkan boster pada pengapian, sampai
metoda elektrolisa ini.
Gambar 2.2 : Electrolizer
Gambar 2.2 adalah salah satu model Electrolizer yang dapat
menghemat penggunaan BBM pada kendaraan bermotor hingga 50% lebih
dan meningkatkan performa kendaraan hingga 20%. Alat yang disebut
electrolizer ini menghasilkan HHO (2 part Hydrogen + 1 Oxygen) gas
yang sangat mudah terbakar yang kemudian HHO ini dimasukan ke
intake manifold pada kendaraan bermotor. Dengan adanya campuran BBM
+ HHO yang kaya ini memungkinkan pembakaran menjadi lebih sempurna
sehingga BBM menjadi efisien. [2] II.1 Elektrolisis
Peristiwa elektrolisis terjadi ketika arus listrik dialirkan
melalui senyawa ionik dan senyawa tersebut mengalami reaksi kimia.
Larutan elektrolit dapat menghantar listrik karena mengandung
ion-ion yang dapat bergerak bebas. Ion-ion itulah yang
menghantarkan arus listrik melalui larutan. Hantaran listrik
melalui larutan elektrolit terjadi sebagai berikut, sumber arus
searah memberi muatan yang berbeda pada kedua elektroda. Katoda
(elektroda yang dihubungkan dengan kutub negativ) bermuatan
negativ, sedangkan anoda (elektroda yang dihubungkan dengan kutub
positiv) bermuatan positiv. Spesi (ion, molekul atau atom) tertentu
dalam larutan akan mengambil elektron dari katoda, sementara spesi
lainnya melepas elektron ke anoda. Selanjutnya elektron akan
dialirkan ke katoda melalui sumber arus searah. Elektrolit kuat
mempunyai daya hantar yang relativ baik meskipun konsentrasinya
relativ kecil, sedangkan elektrolit lemah mempunyai daya hantar
yang relativ buruk meskipun konsentrasinya relativ besar. Pada
proses elektolisis selain jenis larutan, jenis elektroda juga
mempengaruhi hasil elektrolisis. Disini elektroda dipilih
berdasarkan kemampuannya untuk menghantarkan listrik (bersifat
konduktor). Maka elektroda yang dipilih adalah bersifat logam.
Jenis elektroda kita pilih berdasarkan deret volta dan segi
ekonomis.
II.2 Elektrolisis air Molekul air dapat diuraikan menjadi
unsur-unsur asalnya dengan mengalirinya arus listrik. Proses ini
disebut elektrolisis air. Pada katoda, dua molekul air bereaksi
dengan menangkap dua
-
3
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
katoda. Ion H+ dan OH- mengalami netralisasi sehingga terbentuk
kembali beberapa molekul air. Reaksi keseluruhan yang setara dari
elektrolisis air dapat dituliskan pada persamaan i sebagai berikut.
Anoda : H2O 2H+ + O2 + 2e- Katoda : H2O H2 + OH-
2H2O(l) 2H2(g) + O2(g) (i)
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 hidrogen.
II.3 Sifat Logam Unsur-unsur logam memperlihatkan sifat-sifat
yang spesifik, yaitu mengkilap, menghantarkan listrik dan panas,
dapat ditempa serta dapat direntang menjadi benang logam yang
halus. Sifat-sifat diatas tidak dimiliki oleh unsur-unsur bukan
logam. Ditinjau dari konfigurasi electron, unsur logam cenderung
melepaskan electron (memiliki energy ionisasi yang kecil).
Sedangkan unsur-unsur bukan logam cenderung menangkap electron
(memiliki keelektronegatifan yang besar). Dalam system periodic
terlihat bahwa sifat logam bertambah dari atas ke bawah, dan sifat
logam berkurang dalam satu periode dari kiri ke kanan. Atom-atom
logam mempunyai electron valensi yang kecil, sehingga electron
valensi dapat bergerak bebas dan sangat mudah dilepaskan akibatnya
elektron-elektron valensi tersebut bukan hanya milik salah satu ion
logam tetapi merupakan milik bersama ion-ion logam yang terjejal
dalam kisi Kristal logam. Dapat dikatakan bahwa electron valensi
dalam logam terdelokalisasi, membaur membentuk awan electron yang
menyelimuti ion-ion positif logam yang telah melepaskan sebagian
electron valensinya. Akibatnya terjadi interaksi antara kedua
muatan (electron bermuatan negative dengan ion logam yang bermuatan
positif) yang berlawanan dan membentuk ikatan logam. Gaya tarik
menarik ini cukup kuat sehingga pada umumnya unsur logam mempunyai
titik didih dan titik leleh yang tinggi. Kekuatan ikatan logam
dipengaruhi oleh : [3]
a. Jari-jari atom, makin besar jari-jari atom menyebabkan ikatan
logam semakin lemah.
b. Jumlah elektron valensi, semakin banyak elektron valensinya
ikatan logam semakin kuat.
c. Jenis unsur (golongan utama atau transisi) ikatan logam unsur
transisi lebih kuat dari pada ikatan logam-logam golongan
utama.
II.4 Deret Volta/Nerst Deret volta merupakan urutan logam-logam
(ditambah hidrogen) berdasarkan kenaikan potensial elektroda
standarnya. Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe Ni, Sn, Pb, (H),
Cu, Hg, Ag, Pt, Au Semakin ke kiri letak suatu logam dalam deret
volta, maka logam tersebut semakin mudah teroksidasi. sebaliknya,
semakin ke kanan suatu logam dalam deret volta, maka logam tersebut
semakin mudah tereduksi.[5] II.5 Redoks Istilah redoks berasal dari
dua konsep, yaitu reduksi dan oksidasi. Hal tersebut dapat
dijelaskan sesuai pada persamaan ii & iii dengan mudah sebagai
berikut:
Reduksi menjelaskan penambahan elektron oleh sebuah molekul,
atom, atau ion. Oxidant + e- Product ..(ii)
Oksidasi menjelaskan pelepasan elektron oleh sebuah molekul,
atom, atau ion Reductant Product + e- . (iii)
II.6 Oksidator dan reduktor Senyawa-senyawa yang memiliki
kemampuan untuk mengoksidasi senyawa lain dikatakan sebagai
oksidatif dan dikenal sebagai oksidator atau agen oksidasi.
Oksidator melepaskan elektron dari senyawa lain, sehingga dirinya
sendiri tereduksi. Oleh karena ia "menerima" elektron, ia juga
disebut sebagai penerima elektron. Senyawa-senyawa yang memiliki
kemampuan untuk mereduksi senyawa lain dikatakan sebagai reduktif
dan dikenal sebagai reduktor atau agen reduksi. Reduktor melepaskan
elektronnya ke senyawa lain, sehingga ia sendiri teroksidasi. Oleh
karena ia "mendonorkan" elektronnya, ia juga disebut sebagai
penderma elektron.[6] II.7 Berat zat yang dihasilkan pada proses
elektrolisis Untuk menentukan berat zat yang dihasilkan pada proses
elektrolisis, digunakan hukum Faraday, yaitu: [3] w = E x F . (iv)
w = berat zat hasil elektrolisis E = massa ekivalen zat
elektrolisis F = jumlah arus listrik
E = vMrAr )(
atau E = nMrAr )(
Ar = massa atom relatif Mr = massa molekul relatif n = jumlah
elektron yang terlibat
-
4
F = 96500it
. Persamaan v
i = arus (ampere) t = waktu (detik)
w = nMrAr )(
x 96500it
.(vi)
II.8 Konsep MOL Satu mol menyatakan banyaknya zat yang
mengandung L partikel (atom, nolekul, ion) yang dinyatakan di dalam
rumus kimia zat tersebut. Sebagai standart mol, dipilih isotop
karbon-12 yang massanya 12 gram dan mengandung 6,023 x 1023 atom
C-12. Bilangan 6,023 x 1023 merupakan tetapan Avogadro yang
dinyatakan dengan lambang L. Jadi satu mol zat dapat diartikan
sebagai sejumlah L partikel baik atom, molekul, maupun ion, yang
dinyatakan dalam rumus kimianya. Secara sederhana pada ilustrasi
gambar 2.5 disajikan bagan konsep mol, hubungan antara mol dengan
jumlah partikel, massa, dan dengan volume (dalam keadaan
STP=Standart Temperature and Pressure).[7] L=bilangan Avogadro
=6,023 x 1023
Gambar 2.5 : Bagan Konversi Mol Jika keadaan gas tidak STP
HukumBoyle Gay Lussac P .V = n . R .T Dengan : P=Tekanan gas (atm)
R=Tetapan (0,082 L atm-1 k-1 mol-1) V=Vol gas (liter) T=Suhu (oK)
n=jumlah mol gas II.9 Laju Reaksi Laju menyatakan besarnya
perubahan yang terjadi dalam satu satuan waktu. Laju reaksi
dinyatakan sebagai laju berkurangnya pereaksi atau laju
terbentuknya produk. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi:
[3] -Luas Permukaan Sentuh Suatu reaksi mungkin melbatkan pereaksi
dalam bentuk padat. Luas permukaan (total) zat padat akan bertambah
jika ukurannya diperkecil.
Contoh : Jika kubus dengan rusuk 1 cm (luas permukaan 6 cm2)
dipotong-potong menjadi kubus dengan rusuk 1 m, maka luas total
permukaannya menjadi 100003 x 6 x (10-4 cm x 10-4 cm ) = 6 m2 .
Kepingan yang lebih halus bereaksi lebih cepat. Pada campuran
pereaksi yang heterogen, reaksi hanya terjadi pada bidang batas
campuran yang selanjutnya kita sebut bidang sentuh. Oleh karena
itu, makin luas bidang sentuh maka makin cepat reaksi. -Konsentrasi
Pereaksi Semakin besar konsentrasi suatu larutan pereaksi, maka
akan semakin besar pula laju reaksinya. -Tekanan Banyak reaksi yang
melibatkan pereaksi dalam bentuk wujud gas. Penambahan tekanan
dengan memperkecil volume akan memperbesar konsentrasi, dengan
demikian dapat memperbesar laju reaksi. -Suhu Laju reaksi dapat
dipercepat atau diperlambat dengan mengubah suhunya. Jika suhu
dinaikkan, energy molekul-molekul akan meningkat, sehingga semakin
banyak molekul yang mencapai energy pengaktifan dan dengan demikian
reaksi berlangsung lebih cepat. Peningkatan suhu juga menyebabkan
molekul-molekul bergerak lebih cepat. -Katalisator Katalisator
adalah zat yang dapat mempercepat laju reaksi, tetapi zat tersebut
tidak mengalami perubahan yang kekal (tidak dikonsumsi atau tidak
dihabiskan). Katalisator mempercepat reaksi karena dapat menurunkan
energi pengaktifan.
III. METODOLOGI PENELITIAN Eksperimen Metode penelitian pada
tugas
akhir ini diilustrasikan pada gambar 3.1 dan kemudian akan
dijelaskan detail tiap poin kegiatan pada sub bab sebagai
berikut.
Massa (gr)
MOL Volume (dm3)
Partikel
dibagi Ar/Mr
dikali Ar/Mr dikali 22,4
dibagi 22,4
dibagi L dikali L
Mulai
Identifikasi dan Perumusan Masalah
Studi Literatur
Pembuatan kotak elektrolisis
dan variasi komponen sel
elektrolisis
Pengambilan data elektrolisis meliputi pH,volume gas hasil
elektrolisis, arus,
voltase dan suhu.
Menentukan variasi komponen sel elektrolisis yang meliputi:
-jenis elektrolit -jenis, bentuk, dan konfigurasi
elektroda -tegangan
-
5
III.1 Studi Literatur
Studi literatur dilakukan untuk mempelajari tentang teori-teori
dasar permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini. Dengan
tujuan untuk mendapatkan pengetahuan dasar dan data dari
penelitian-penelitian sebelumnya yang dapat digunakan sebagai acuan
penelitian selanjutnya. Pada tahap ini dilakukan study terhadap
referensi-referensi yang terdapat pada jurnal tugas akhir,
internet, dan buku-buku materi penunjang. Informasi yang dibutuhkan
pada tahap ini adalah data base tentang prinsip dasar sel
elektrolisis, fungsi elektrolisis, faktor-faktor yang mempengaruhi
elektrolisis dan pengaruh dari komponen sel elektrolisis yang
divariasikan terhadap hasil elektrolisis.
III.2 Perumusan Masalah Dalam perumusan masalah haruslah
menimbang dan memperkirakan masalah apa yang akan diangkat untuk
dianalisa, dan bisa diselesaikan. Dalam tugas akhir ini yang
diangkat adalah isu terkini yaitu metode elektrolisis yang dipakai
untuk usaha mereduksi emisi dan bahan bakar alternativ dari hasil
elektrolisis. Dimana permasalahan yang diangkat adalah bagaimana
pengaruh bentuk/geometri elektroda terhadap laju pembentukan gas
dan pH larutan dan pengaruh larutan elektrolit dengan penambahan
katalis terhadap laju pembentukan gas dan pH larutan.
III.3 Menentukan Variasi Komponen Sel Elektrolisis dan
Perhitungan Elektrolisis
Setelah kita melakukan studi literatur dan mengumpulkan bahan
pustaka. Maka selanjutnya kita menentuan Variasi
Komponen Sel Elektrolisis berdasarkan dasar teori yang ada
dengan pertimbangan-pertimbangan tertentu. Komponen sel
elektrolisis yang divariasikan meliputi jenis elektrolit, dimana
semakin kuat elektrolit semakin cepat laju reaksi maka semakin
banyak gas hasil elektrolisis yang terbentuk. Jenis elektrolit yang
kita pilih berdasarkan sifatnya dan ditinjau juga dari segi
ekonomis, maka dipilih NaCl, H2O, H2O + KOH. Selanjutnya adalah
jenis, bentuk, dan konfigurasi elektroda. Jenis elektroda kita
pilih berdasarkan deret volta dan segi ekonomis. Konfigurasi
elektroda meliputi dimensi, dan jarak antar elektroda. Variasi
bentuk elektroda meliputi variasi batang, spiral, lempengan halus,
dan lempengan parut. Kemudian yang terakhir adalah variasi
tegangan.
III.4 Pembuatan Kotak Elektrolisis dan Variasi Komponen Sel
Elektrolisis
Pada tahap ini dilakukan pembuatan kotak elektrolisis. Yaitu
sebuah kotak dimana proses elektrolisis akan berlangsung. Pada
kotak tersebut diberi sekat menggantung (terdapat celah pada bagian
bawah) dibagian tengahnya dan terdapat lubang dibagian atas kotak
yang nantinya dihubungkan pada suatu plastik penampung gas. Hal ini
ditujukan untuk mengukur gas hasil elektrolisis yang terbentuk
meliputi jenis-jenis dan laju aliran gas yang dihasilkan. Kemudian
kita membuat beberapa variasi bentuk/geometri konfigurasi elektroda
yang jenisnya telah kita tentukan sebelumnya.
Gambar 3.2 : Rangkaian Percobaan
Elektrolisis III.5 Pengambilan Data Elektrolisis
Pada tahap ini, akan dicatat hasil eksperimen sesuai dengan
kenyataan yang terjadi dan nantinya akan dibandingkan dengan teori
pendukung yang ada. Pada tahap ini akan kita dapat data antara lain
adalah pH larutan,
Visualisasi Data
Analisa Data
Kesimpulan
Selesai
Gambar 3.1: Flow Chart Metode Penelitian
-
6
gas hasil elektrolisis, suhu awal dan akhir elektrolit, serta
arus (I). Adapun rangkaian peralatan percobaan elektrolisis sesuai
dengan gambar 3.2. Dimana kutub (-) adaptor dihubungkan pada ampere
meter yang selanjutnya dihubungkan pada elektroda (katoda),
sedangkan kutub (+) adaptor dihubungkan dengan elektroda (anoda)
pada kotak elektrolisis.
III.6 Visualisasi Data yang Didapat Pada tahap ini, data yang
diperoleh meliputi pH larutan elektrolit, laju aliran gas pada
masing-masing variasi jenis larutan elektrolit, elektroda, dan
tegangan yang nantinya akan diolah sedemikian hingga didapatkan
visualisasi dalam bentuk tabel, grafik dan kurva.
III.7 Analisa Data dan Pembahasan Dari data yang telah didapat
maka dilakukan analisa dengan membandingkan dengan perhitungan
secara matematis dan berdasarkan teori yang ada dengan hasil
penelitian. Faktor-faktor apa sajakah yang mempengaruhi
elektrolisis dan pengaruh apa sajakah yang terjadi pada variasi
komponen sel elektrolisis terhadap hasil elektrolisis. Selain itu
data yang didapatkan, nantinya bisa dibuat sebagai bahan
pertimbangan untuk perencanaan konfigurasi komponen sel
elektrolisis yang lebih efektif dan effisien untuk hasil
elektrolisis yang optimal.
III.8 Kesimpulan Setelah semua tahap dilakukan, selanjutnya
adalah menarik kesimpulan dari analisa data yang didapatkan setelah
pengujian. Kesimpulan berdasarkan dari data yang diperoleh meliputi
pH larutan elektrolit, suhu, laju aliran gas pada masing-masing
variasi jenis larutan elektrolit, elektroda, dan tegangan. Dari
kesimpulan ini maka akan didapat juga rekomendasi perbaikan sebagai
bahan untuk penelitian selanjutnya.
IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
IV.1 Variasi Jarak Antar Elektroda
Gambar 4.1 : Arus Vs Waktu Pada Variasi Jarak
Antar Elektroda
Gambar 4.2 : pH (anoda) Vs Waktu Pada Variasi
Jarak Antar Elektroda
Gambar 4.3 : pH (katoda) Vs Waktu Pada Variasi
Jarak Antar Elektroda
Gambar 4.4 : Temperature Vs Waktu Pada Variasi
Jarak Antar Elektroda
-
7
Gambar 4.5 : Volume Gas Vs Waktu Pada Variasi
Jarak Antar Elektroda Dapat dilihat pada gambar 4.1 hubungan
arus dengan waktu dimana semakin dekat jarak antar elektroda
maka kuat arus akan semakin besar sehingga berpengaruh terhadap
perubahan pH (katoda) yang lebih cepat dan menaikkan suhu
elektrolit, serta terjadi penambahan volume gas hasil elektrolisis.
Pada jarak 1 cm nilai pH pada anoda seharusnya lebih rendah (lebih
asam) daripada jarak 3 cm, tetapi pada kenyataanya pH lebih basah
seperti yang terlihat pada gambar 4.2. Hal ini terjadi karena pada
variasi jarak 1 cm terjadi gelembung yang lebih cepat daripada
jarak 3 cm, sehingga menimbulkan pergerakan fluida disekitar kedua
elektrodanya yang menyebabkan percampuran pH yang seharusnya lebih
asam menjadi basa. Hubungan antara kuat arus dan hambatan adalah
berbanding terbalik dimana V=I x R. Jika pada tegangan yang sama
nilai hambatan diperkecil maka nilai kuat arus akan menjadi besar,
begitu juga sebaliknya. Hambatan disini dianalogikan pada jarak
antar elektroda. Dimana semakin jauh jarak antar elektroda maka
besar hambatan pergerakan elektron akan besar sehingga arus
bernilai kecil. Semakin dekat jarak antar elektroda maka hambatan
bernilai kecil sehingga nilai kuat arus menjadi besar dan
mempengaruhi laju reaksi. IV.2 Variasi Bentuk Elektroda
Gambar 4.7a : Arus Vs Waktu Pada Variasi Bentuk
Elektroda (spiral, lempeng, dan batang)
Gambar 4.7b : Arus Vs Waktu Pada Variasi
Bentuk Elektroda (parutan dan lempeng)
Gambar 4.8a : pH (anoda) Vs Waktu Pada Variasi Bentuk Elektroda
(spiral, lempeng, dan
batang)
Gambar 4.8b : pH (anoda) Vs Waktu Pada Variasi
Bentuk Elektroda (parutan dan lempeng)
Gambar 4.9a : pH (katoda) Vs Waktu Pada Variasi Bentuk Elektroda
(spiral, lempeng, dan
batang)
-
8
Gambar 4.9b : pH (katoda) Vs Waktu Pada Variasi
Bentuk Elektroda (parutan dan lempeng)
Gambar 4.10a : Temperature Vs Waktu Pada Variasi Bentuk
Elektroda (spiral, lempeng, dan
batang)
Gambar 4.10b : Temperature Vs Waktu Pada
Variasi Bentuk Elektroda (parutan dan lempeng)
Gambar 4.11a : Volume Gas Vs Waktu Pada Variasi Bentuk Elektroda
(spiral, lempeng, dan
batang)
Gambar 4.11b : Volume Gas Vs Waktu Pada
Variasi Bentuk Elektroda (parutan dan lempeng) Dari data yang
diperoleh terlihat bahwa perbedaan hasil pengamatan tidak begitu
mencolok antara bentuk elektroda spiral, lempeng, dan batang.
Dimana bentuk lempeng menghasilkan gas yang lebih banyak
dibandingkan dengan bentuk spiral dan batang, hal tersebut dapat
dilihat pada gambar 4.7a-4.11a. Kemudian pada jenis yang sama
(stainlesstel), dibandingkan antara bentuk lempeng dengan parut
dengan ukuran dasar yang sama. Terlihat pada gambar 4.7b-4.11b
bahwa elektroda bentuk parut menghasilkan gas yang lebih banyak
dibandingkan dengan bentuk lempeng. Hal ini disebabkan oleh
tambahan luasan dari tonjolan lancip pada parutan. Sehingga luas
permukaan sentuh pada bentuk parutan lebih besar. Hal ini sesuai
yang ada pada dasar teori yang menyebutkan bahwa salah satu yang
mempengaruhi laju reaksi adalah luasan dari permukaan sentuh
(antara elektroda dan elektrolit). Elektrode dengan bentuk parut
mempunyai luasan yang lebih luas daripada elektroda dengan bentuk
lempeng. Reaksi hanya terjadi pada bidang batas campuran yang
selanjutnya kita sebut bidang sentuh. Oleh karena itu, makin luas
bidang sentuh maka makin cepat reaksi. IV.3 Variasi Luas Dasar
Elektroda
Gambar 4.13 : Arus Vs Waktu Pada Percobaan
Variasi Luas Dasar Elektroda
-
9
Gambar 4.14 : pH (anoda) Vs Waktu Pada Percobaan Variasi Luas
Dasar Elektroda
Gambar 4.15 : pH (katoda) Vs Waktu Pada Percobaan Variasi Luas
Dasar Elektroda
Gambar 4.16 : Temperature Vs Waktu Pada
Percobaan Variasi Luas Dasar Elektroda
Gambar 4.17 : Volume Gas Vs Waktu Pada
Percobaan Variasi Luas Dasar Elektroda Pada penelitian diperoleh
hasil yang terlihat pada gambar 4.13-4.17 bahwa elektroda dengan
luasan 4x8 cm menghasilkan arus dan gas hasil elektrolisis yang
lebih besar daripada elektroda dengan luasan 1x7 cm. Hal ini
disebabkan karena salah satu yang mempengaruhi laju reaksi
adalah
luas permukaan sentuh. Dimana semakin luas permukaan sentuh
elektroda dengan elektrolit maka laju reaksi semakin cepat. Hasil
pada variasi luasan elektroda adalah semakin luas elektroda maka
laju reaksi semakin cepat. IV.4 Variasi Jenis Elektrolit
Gambar 4.19 : Arus Vs Waktu Pada Variasi Jenis
Elektrolit
Gambar 4.20 : pH (anoda) Vs Waktu Pada Variasi
Jenis Elektrolit
Gambar 4.21 : pH (katoda) Vs Waktu Pada
Variasi Jenis Elektrolit
-
10
Gambar 4.22 : Temperature Vs Waktu Pada
Variasi Jenis Elektrolit
Gambar 4.23 : Volume Gas Vs Waktu Pada
Variasi Jenis Elektrolit
Gambar 4.24: Gambar elektroda hasil elektrolisis
pada variasi elektrolit.
Dari data yang diperoleh sesuai dengan gambar 4.19 sampai 4.24
dapat dilihat bahwa semakin korosif sifat suatu elektrolit maka
semakin cepat mempengaruhi laju reaksi. Terlihat dari ketiga
elektrolit yang dicoba [H2O, H2O+KOH, dan Air laut(NaCl)], laju
reaksi dengan menggunakan elektrolit Air laut terbukti lebih cepat
dari yang lainnya. Hal ini dapat ditunjukkan dengan adanya
perubahan pH yang sangat signifikan dan waktu reaksi yang cepat
(menghabiskan elektoda, bersifat sangat korosif). Dari hasil
elektrolisis dengan elektrolit yang berbeda, dihasilkan bentuk
akhir elektroda yang berbeda juga. Dimana elektroda dengan
elektolit H2O + KOH yang dielektrolisis selama 90 menit tidak
tergerus habis hanya terjadi perubahan warna saja dan itu tidak
permanen. Sedangkan pada elektroda dengan elektrolit air laut,
luasan yang tercelup elektrolit tergerus habis dalam 19 menit.
Hasil dari variasi jenis elektrolit ini adalah elektrolit berupa
air laut memiliki hasil laju reaksi yang lebih cepat. IV.5 Variasi
Jenis Elektroda
Gambar 4.25 : Arus Vs Waktu Pada Variasi Jenis
Elektroda
Gambar 4.26 : pH (anoda) Vs Waktu Pada Variasi
Jenis Elektroda
Gambar 4.27 : pH (katoda) Vs Waktu Pada
Variasi Jenis Elektroda
Gambar 4.28 : Temperature Vs Waktu Pada
Variasi Jenis Elektroda
-
11
Gambar 4.29 : Volume Gas Vs Waktu Pada
Variasi Jenis Elektroda Dari data diatas sesuai dengan gambar
4.25-4.29 terlihat bahwa stainlesteel menghasilkan arus lebih besar
dari yang lainnya. Selain itu stainlesteel juga tidak habis
bereaksi dan menghasilkan gas hasil elektrolisis yang konstan dan
relative besar. Dari sini dapat direkomendasikan elektroda
stainlesteel digunakan sebagai elektroda pada hydrogen generator
penghasil brown gas. Dimana yang diperlukan adalah hasil gas yang
banyak dan konstan dalam jangka waktu lama. Selain itu elektroda
stainlesteel juga direkomendasikan sebagai elektroda pada
elektrolisa air laut dalam rangka mengdapatkan larutan asam dan
basah yang nantinya digunakan untuk penurunan kadar emisi pada
mesin diesel. Dimana jenis elektroda ini dipadukan dengan
elektrolit air laut akan menghasilkan arus yang tinggi dan
elektroda lebih lama habis jika dibandingkan dengan elektroda yang
lainnya. IV.6 Variasi Besar Tegangan (Voltase)
Gambar 4.31 : Arus Vs Waktu Pada Variasi Besar
Tegangan
Gambar 4.32 : pH (anoda) Vs Waktu Pada Variasi
Besar Tegangan
Gambar 4.33 : pH (katoda) Vs Waktu Pada
Variasi Besar Tegangan
Gambar 4.34 : Temperature Vs Waktu Pada
Variasi Besar Tegangan
Gambar 4.35 : Volume Gas Vs Waktu Pada
Variasi Besar Tegangan
-
12
Dari gambar 4.31 hubungan arus dengan waktu terlihat bahwa pada
variasi 24 V menghasilkan arus yang lebih besar daripada variasi 12
V. Dimana V=I x R, dengan I=arus R=hambatan Dari hubungan tersebut
dapat kita ketahui jika pada hambatan yang tetap nilai tegangan
dinaikkan maka nilai arus akan naik karena kuat arus berbanding
lurus dengan tegangan. Fungsi waktu akan menyebabkan material yang
habis tergerus sehingga menyebabkan luas permukaan sentuh berkurang
dan mempengaruhi besar arus selanjutnya (menit ke 60-90) yang
kemudian akan mempengaruhi gas dan pH hasil dari elektrolisis itu
sendiri. Pada persamaan (vi) pada dasar teori diatas disebutkan
hubungan antara kuat arus dengan hasil elektrolisis. Dimana semakin
besar nilai kuat arus maka nilai w (berat hasil elektrolisis) akan
bertambah besar. IV.7 Variasi Penambahan Katalis (KOH)
Gambar 4.36 : Arus Vs Waktu Pada Variasi
Penambahan Katalis
Gambar 4.37 : pH (anoda) Vs Waktu Pada Variasi
Penambahan Katalis
Gambar 4.38 : pH (katoda) Vs Waktu Pada
Variasi Penambahan Katalis
Gambar 4.39 : Temperature Vs Waktu Pada
Variasi Penambahan Katalis
Gambar 4.40 : Volume Gas Vs Waktu Pada
Variasi Penambahan Katalis
Penambahan katalisator (KOH) akan mempengaruhi besar konsentrasi
larutan (elektrolit). Dapat dilihat dari gambar 4.36-4.30 dimana
semakin besar konsentrasi suatu larutan pereaksi, maka akan semakin
besar pula laju reaksinya. Pada dasar teori menyatakan bahwa
katalisator dan besar konsentrasi dari elektrolit mempengaruhi laju
reaksi. Katalisator adalah zat yang dapat mempercepat laju reaksi,
tetapi zat tersebut tidak mengalami perubahan yang kekal (tidak
dikonsumsi atau tidak dihabiskan). Katalisator mempercepat reaksi
karena dapat menurunkan energi pengaktifan.
-
13
IV.8 Variasi kapasitas aliran fluida (Q)
Gambar 4.41 : pH Vs Waktu Pada Variasi
Kapasitas Aliran Fluida
Gambar 4.42 : Temperatur Vs Waktu Pada Variasi
Kapasitas Aliran Fluida
Gambar 4.43 : Temperatur Vs Waktu Pada Variasi
Kapasitas Aliran Fluida
Gambar 4.44 : Temperatur Vs Waktu Pada Variasi
Kapasitas Aliran Fluida
Proses elektrolisis dilakukan pada 33 menit pertama, sehingga
anoda menjadi asam dan katoda menjadi basa kemudian dilanjutkan
dengan mengaliran elektrolit pH awal=9 dengan nilai kapasitas
aliran yang divariasikan (Q=10 ml/s dan Q=23 ml/s) selama beberapa
menit. Dari gambar 4.41-4.44 terlihat bahwa semakin besar kapasitas
aliran fluida maka laju reaksi penetralan akan semakin cepat. Pada
perhitungan terlihat bahwa nilai laju penetralan dengan Q=23 ml/s
lebih besar dari pada nilai laju penetralan dengan Q=10 ml/s. Hal
ini terjadi akibat kapasitas fluida dengan pH awal=9 yang dialirkan
semaikin besar maka laju alirannya pun besar. Semakin besar laju
aliran maka semakin cepat proses penetralan elektrolit tersebut. V.
PENUTUP V.1. Kesimpulan Dari analisa data dan pembahasan maka dapat
ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Semakin dekat jarak antar elektroda maka kuat arus akan
semakin besar sehingga berpengaruh terhadap perubahan pH yang lebih
cepat dan menaikkan suhu elektrolit, serta terjadi penambahan
volume gas hasil elektrolisis.
2. Variasi bentuk dengan luasan yang sama tidak mempengaruhi
laju reaksi. Tetapi semakin luas permukaan sentuh elektroda dengan
elektrolit maka laju reaksi semakin cepat. Elektroda dengan bentuk
parut menghasilkan laju reaksi yang cepat dibandingkan dengan
variasi bentuk yang lainnya (lempeng, batang, dan spiral).
Pengikisan elektroda akibat proses elektrolisis mempengaruhi luas
permukaan sentuh elektroda dengan elektrolit sehingga besar arus
dan gas hasil elektrolisis semakin lama semakin berkurang seiring
dengan terkikis habisnya elektroda.
3. Elektroda dengan jenis stainlesteel menghasilkan arus yang
besar dan gas hasil elektrolisis yang konstan/stabil dengan
menggunakan elektrolit KOH. Selain itu stainlesteel menghasilkan
arus yang besar dan perubahan pH yang besar dengan menggunakan
elektrolit air laut. Oleh karena itu elektroda dengan jenis
stainlesteel direkomendasikan dipakai sebagai elektroda pada
hydrogen generator penghasil brown gas dan reduksi SOx-NOx dari
motor diesel dengan metode elektrolisis (wet scrubber).
4. Penambahan katalis akan mempercepat laju reaksi dimana
Katalis dapat
-
14
menurunkan energi pengaktifan dan menaikkan konsentrasi
elektrolit.
V.2. Saran Pada proses elektrolisis, terbentuknya gas hasil
elektrolisis sangatlah penting untuk dianalisa lebih dalam. Hal ini
menyangkut tentang pengaruh kandungan gas-gas hasil elektrolisis
seperti Hydrogen, gas brown (H-H-O), Flourade gas terhadap performa
motor diesel. Sehingga perlu diadakan pengujian pada kandungan gas
hasil elektrolisis. VI. DAFTAR PUSTAKA 1. Totok Sugianto, Jurnal
TA, PENURUNAN KADAR Nox DAN Sox PADA MOTOR DIESEL BERBAHAN BAKAR
MDO DENGAN METODE ELEKTROLISA AIR LAUT, Surabaya, 2009 2. Gunawan,
Hemat BBM dengan methode elektrolisis / Brown Energy
(Electrolyzer),
(http://wap.unisurf.co.il/lnk000/=my.opera.com/suryagunawan/) 3.
Purba Michael, KIMIA untuk SMA KELAS XI, Penerbit Erlangga,
Jakarta, 2001 4._____,Sifat Kimia dan Fisika
Air,http://id.wikipedia.org/wiki/Air 5._____,DERET VOLTA,
(http://id.wikipedia.org/wiki/Deret_volta) 6. _____,Reduksi dan
Oksidasi, (http://id.wikipedia.org/wiki/Redoks) 7. Purba Michael,
KIMIA untuk SMA KELAS X, Penerbit Erlangga, Jakarta, 2000