ENERGI ALTERNATIF DARI ELEKTROLISA AIR

Mata Kuliah : Kimia Terapan
Dosen: DR. Mudjiyono

Aris Purwadi
S830208001/IPA/psains

I. Pendahuluan

Melonjaknya harga minyak mentah dunia memincu naiknya harga bahan bakar minyak didalam negeri, harga bensin sekarang telah mencapai Rp 6000/liter. Hal ini menimbulkan gejolak yang tinggi dimasyarakat, gejolak yang baik adalah mencari solusi terhadap krisis energi yang diperkirakan akan muncul kemudian bila kita masih tergantung pada penggunaan bahan bakar fosil atau bahan bakar minyak (BBM). Sebagaian masyarakat telah mengembangkan energi alternatif Biogas atau menggunakan bahan limbah kotoran hewan atau manusia yang diproses secara anaerob sehingga dihasilkan gas metan, namun produk ini lebih banyak digunakan sebagai bahan bakar rumah tangga dan sampai saat ini belum dikembangkan untuk kendaraan bermotor. Salah satu alternatif yang sekarang banyak disorot ialah pengembangan sumber energi yang berasal dari hasil elektrolisis air yang dikenal dengan “Blue Energi” ada yang mengenal sebagai “Brown Gas”, berikut perkembangan tentang penelitian atau pengembangan bahan bakar air atau BBA:

1. “Watercar” oleh Issac de Rivas.

Pada tahun 1805 Isaac de Rivas berkebangsaan Swiss sebagai orang pertama yang menggunakan Hidrogen yang dihasilkan dari elektrilisa sebagai bahan bakar mesin dengan pembakaran internal, namun rancangannya belum memuaskan dan penemuan ini dikenal dengan “watercar”. Kemudian penelitian ini dikembangkan dan dilanjutkan oleh Luther Wattles dan Rudolf A Erren.

2. BBA oleh Nicola Tesla dan Stanley Meyer.

Pada tahun 1943 kedua orang tersebut telah mengembangkan penggunaan bahan bakar air namun karena alasan bisnis hasil temuannya dihilangkan, bahkan bukan hanya temuannya tetapi juga hasil penelitiannya, kemudian Nicola Tesla dipenjara dan dihukum mati tahun 1943 dan Stanley Meyer dari Amerika Serikat terbunuh tahun 1998.

3. “Brown Gas”

Yull Brown yang berasal dari Sydney Australia pada tahun 1974 berhasil mengembangkan BBA untuk menggerakkan mesin, bahan bakar air ini sebenarnya merupakan campuran gas hidrogen-hidrogen-oksigen yang dihasilkan dari elektrolisa air. Dalam tabung elektrolisa dipasang kumparan magnetik untuk memecahkan campuran air destilasi dan soda kue hingga menjadi campuran gas hidrogen-hidrogen-oksigen (HHO). Hidrogen bersifat eksplosif dan oksigen mendukung pembakaran, gas ini ditampung dalam tabung elektrolisa yang dialirkan kedalam ruang pembakaran mesin dan akan bercampur dengan gas hidrokarbon dari bahan bakar minyak, sehingga terjadi penghematan dalam tingkat yang signifikan.

4. Poempida Hidayatullah dan Futung Mustari.

Kedua orang Indonesia tersebut telah melakukan rekayasa sistem dan mengembangkan sejak empat tahun lalu, dengan melakukan elektrolisa larutan soda kue dengan alasan mudah didapat dan harganya lebih murah serta lebih ramah lingkungan. Uji coba dilakukan dengan 30 kendaraan bermotor roda empat dari berbagai jenis baik yang berbahan bakar bensin maupun solar, pada kendaraan tersebut dipasang alat elektrolisa dan hasilnya dimasukkan ke ruang pembakaran hasilnya BBM dapat mencapai rasio jarak tempuh rata-rata 1 : 25 atau 25 km untuk setiap 1 Liter bahan bakar, dengan cara ini bahan bakar minyak (BBM) dapat dihemat sampai 59 persen. Salah satu uji coba yang dilakukan dengan menggunakan Toyota Avanza pada bulan Mei lalu, menunjukkan hasil efisiensi bahan bakar samapai 40 persen atau 1 liter untuk 18 km. Pada Mitsubishi L300 penghematan sampai 94 persen atau 1liter dapat mencapai 23,3 km.

5. Djoko Sutrisno.

Rekayasa yang dilakukan Djoko Sutrisno di Yogyakarta pada tahun 2005 dapat mencapai efisiensi hingga 80 persen dengan menggunakan prinsip ledakan Hidrogen yang terpatik pada api busi untuk menambah hasil pembakaran BBM. Alat yang dipasang pada kendaraan bermotor, menggunakan tabung plastik sebagai tempat elektrolisa larutan KOH dalam air suling dengan dipasang elektroda yang dihubungkan dengan arus listrik dari aki dan dipasang diode penyearah arus, gas hasil elektrolisa dialirkan ke dalam ruang pembakaran melalui manipol bersama bahan bakar atau bensin masuk ke ruang pembakaran sehingga memperkuat pembakaran sehingga terjadi penghematan bahan bakar. Di Yogyakarta telah terpasang alat ini pada 25 mobil dan sekitar 50 sepeda motor.

6. Sistem Hibrid Bahan Bakar Air dan BBM.

Cara kerja sistem ini gas hasil elektrolisis dialirkan pada saluran masuk manifol, pada saat strat mesin menggunakan bahan bakar minyak, setelah mesin hidup maka gas hasil elektrolisis masuk, karena arus listrik yang digunakan untuk elektrolisis baru mengalir setelah mesin hidup. Pada putaran mesin tinggi gas yang dihasilkan dari elektrolisa selain disalurkan ke manifol masuk juga dialirkan melalui pipa saluran udara setelah kotak filter udara, sehingga gas yang masuk ke dalam ruang pembakaran akan diperkaya dengan gas hasil elektrolisa berupa gas hidrogen untuk meningkatkan energi dan gas oksigen untuk menyempurnakan pembakaran sehingga akan diperoleh efisiensi bahan bakar yang cukup tinggi.

Gambar 1: Sistem Hibrid Bahan Bakar Air dan BBM

(Mesin dengan Karburator)

Alat ini sangat tepat untuk mobil keluaran tahun 1995 kebawah, atau masih menggunakan karburator dan dapat menekan emisi gas buang sampai 70 %. Untuk mobil keluaran terbaru yang menggunakan ECU (komputer) akan sangat bermanfaat jika ditambahkan MAP enhancer. Fungsi MAP enhancer adalah untuk memotong jalur komputer dalam membaca campuran bahan bakar dalam intake manifold.

Gambar 2 : Sistem Hibrid Bahan Bakar Air dan BBM

(Mesin dengan Fuel Injection)

Dari percobaan yang dilakukan diperoleh hasil sebagai berikut:

• Mengurangi konsumsi bahan bakar, dan jarak tempuh per Liternya semakin besar.Minimal 25 % maksimal 70 %.
• Mengurangi emisi gas buang yang berbahaya bagi lingkungan khususnya karbonmonoksida.
• Meningkatkan performa dan kekuatan mesin, menurunkan suhu kerja mesin, dan panas yang terbuang ke udara serta suara mesin menjadi lebih halus.
• Menghilangkan karbon deposit (flek hitam) pada mesin yang dapat ditemukan ketika membongkar mesin kendaraan diakibatkan oleh pembakaran yang tidak sempurna.
• Meningkatkan usia pakai kendaraan, karena piston dan katup menjadi lebih bersih dan awet.

II. Kajian Teori

Pada elektrolisis larutan elektrolit akan dihasilkan zat zat hasil reaksi yang tergantung pada harga potensial reduksi ion-ion yang ada dalam larutan dan elektrode yang digunakan. Jumlah zat hasil elektrolisis bergantung besarnya jumlah listrik yang digunakan, untuk menghasilkan gas Hidrogen dan gas Oksigen dapat digunakan larutan elektolit dari Kalium Hidroksida (KOH) atau menggunakan garam sulfat atau karbonat dari unsur-unsur golongan IA seperti Natrium Sulfat (Na₂SO₄), Natrium Karbonat (Na₂CO₃) atau garam lain yang mudah didapat dan ekonomis.

Reaksi : Elektrolisis larutan KOH dalam air :

Katoda : [2H₂O(l) + 2e → 2OH^-(aq) + H₂(g)] x 2

Anoda : 4OH^-(aq) → 2H₂O(l) + O₂(g) + 4e +

2H₂O(l) → 2 H₂(g) + O₂(g)

Reaksi : Elektrolisis larutan Na₂CO₃ dalam air :

Katoda : [2H₂O(l) + 2e → 2OH^-(aq) + H₂(g)] x 2

Anoda : 2H₂O(l) → 4H⁺(aq) + O₂(g) + 4e +

2H₂O(l) → 2 H₂(g) + O₂(g)

Pada elektrolisis larutan yang mengandung ion-ion golongan IA (Na⁺, K⁺), ion-ion tersebut tidak tereduksi pada katode tetapi air yang mengalami reduksi karena potensial reduksi air lebih besar dari potensial reduksi ion Natrium atau ion Kalium (E^o H₂O/H₂ = - 0,83 volt dan E^o Na⁺/Na = - 2,71 volt).

Dalam penerapannya elektrode yang digunakan adalah stainless still yang dapat dikategorikan sebagai elektrode inert, dari percobaan yang dilakukan Djoko Sutrisno pada beberapa kendaraan bermotor, untuk mobil 1000 CC dengan kecepatan 50-60 km/jam dengan konsumsi BBM (besin) 1 liter dapat menempuh jarak 12 km, sehingga waktu yang diperlukan 12/60 jam = 12 menit. Jika dihitung kalor yang dihasilkan pada pembakaran sempurna 1 liter bensin (oktana) dengan reaksi : Ramsden E.N (2000 : 499).

C₈H₁₈(g) + 25/2 O₂(g) → 8 CO₂(g) + 9H₂O(g) rH^o = - 5510 kJ/mol

Reaksi ini berlangsung pada ruang pembakaran, dimana bahan bakar minyak mempunyai titik didih 150^oC dan akan berbentuk uap pada ruang pembakaran mesin.

Massa 1 mol C₈H₁₈ = (8.12 + 18. 1) gram (Ar C = 12 dan H = 1)

= 114 gram

Untuk membakar 1 mol C₈H₁₈ atau 114 gram C₈H₁₈ dibebaskan kalor = 5510 kJ.

Massa jenis bensin = 0,77 kg/L sehingga massa 1 L bensin = 770 gram, jadi kalor yang dihasilkan = 770/114 x 5510 kJ

= 37216,66 kJ

Jadi kalor yang dihasilkan pada pembakaran 1 gram bensin = 37216,66 kJ/770 gram

= 48,333 kJ

Pada pembakaran bensin oktana emisi gas buang masih mengandung gas CO sebanyak 5%.

Pada perakitan alat elektrolisis yang dipasang pada mobil digunakan diode dengan kuat arus 25 Ampere, digunakan dalam waktu yang sama 12 menit gas hidrogen yang dihasilkan sebagai berikut :

Massa H₂ = ME H₂. i . t /96500 gram

= 1. 25. 12. 60/96500 gram

= 0,186528 gram

Pembakaran sempurna gas H₂ menurut reaksi :

H₂(g) + ½ O₂(g) → H₂O(g) rH^o = -241,82 kJ/mol

Pada pembakaran 1mol atau 2 gram gas hidrogen dihasilkan kalor = 241,82 kJ

Untuk pembakaran sempurna 1 gram gas hidrogen dihasilkan kalor = 120,91 kJ

Untuk pembakaran 0,186528 gram dibebaskan kalor = 0,186528/2 x 241,82 kJ

= 22,5531 kJ

Sedangkan gas oksigen yang dihasilkan dari proses elektrolisis yang sama :

Massa O₂ = ME O₂ . i . t /96500 gram

= 32/4 . 25. 12. 60/96500 gram

= 1,49223 gram

Volume gas O₂ yang dihasilkan jika diukur pada suhu 25^oC dan tekanan 1 atm adalah PV = nRT atau V = n RT/P

V gas O₂ = 1,49223/32. 0,082056872. 298/1 Liter

= 1,14027 Liter

Gas oksigen yang dihasilkan ini akan sangat berperan didalam proses pembakaran, sehingga pembakaran akan berlangsung lebih sempurna dan bahan bakar akan semakin hemat.

III. Pembahasan.

1. Dari hasil perhitungan kalor yang dihasilkan pada pembakaran sempurna 1 mol gas H₂ hasil elektrolisis, yang diukur pada suhu kamar besarnya entalpi sama dengan entalpi pembentukan 1 mol uap air. Dengan menggunakan arus listrik 25 ampere dan waktu yang sama dengan waktu yang digunakan untuk melakukan pembakaran bensin dengan kendaraan bermotor selama 12 menit ternyata diperoleh kalor 22,5531 kJ. Jika dibandingkan kalor yang dihasilkan pada pembakaran 1 gram besin (oktana) dengan 1 gram gas Hidrogen = 48,333 kJ : 120,91 kJ. Dari hasil ini terlihat bahwa penambahan gas hidrogen dari elektrolisis kedalam ruang pembakaran akan menghasilkan tambahan energi yang cukup besar sehingga performa mesin akan lebih bagus dan lebih hemat dalam pemakaian bahan bakar.

2. Pada pembakaran bensin dalam bentuk uap di ruang pembakaran mesin ternyata belum dapat terbakar sempurna, terlihat dari hasil pembakaran masih terdapat 5% gas karbonmonoksida atau CO, ini dapat dipandang sebagai pemborosan energi. Hadirnya gas oksigen murni yang diperoleh dari hasil elektrolisa sebanyak 1,49223 gram atau 1,14027 Liter pada suhu kamar, kontribusi gas oksigen ini akan sangat besar didalam membantu proses pembakaran, diharapkan pembakaran yang terjadi akan semakin sempurna dan performa mesin akan semakin tinggi serta pemakaian bahan bakar kendaraan bermotor akan semakin efisien.

3. Dengan penambahan gas hidrogen dan gas oksigen pada ruang pembakaran, proses oksidasi dan performa mesin meningkat, diikuti dengan penurunan residu karbon pada ruang pembakaran, penurunan emisi gas buang karbomonoksida (CO), dan hidrokarbon/ bensin yang tidak terbakar.

IV. Saran.

Pada sel elektrolisa antara ruang katoda dan anoda perlu diberikan pemisah, demikian pula saluran gas hasil elektrolisa dari anoda dan katoda juga diberi pipa saluran yang terpisah, hal ini disebabkan :

1. Jika gas hidrogen dan gas oksigen bercampur akan bereaksi membentuk uap air, ini akan mengurangi jumlah gas oksigen dan gas hidrogen yang masuk ke ruang pembakaran.
2. Resiko terjadi ledakan pada sel elektrolisa akan semakin tinggi bila tidak diberi sekat atau pemisah, apabila terjadi peningkatan arus listrik atau penyumbatan pada pipa saluran ke manipol masuk.

V. Kesimpulan

Gas hasil elektrolisa air dengan menggunakan larutan KOH atau larutan Na₂CO₃ berupa gas hidrogen dan gas oksigen dapat digunakan sebagai sumber energi tambahan pada kendaraan bermotor. Gas hidrogen untuk meningkatkan energi dan gas oksigen untuk menyempurnakan pembakaran sehingga akan diperoleh efisiensi bahan bakar yang cukup tinggi, yang pada akhirnya akan meningkatkan performa mesin serta meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar.

=============================

Daftar Pustaka

Keenan. Kleinfelter. Wood. 2003. Kimia Untuk Universitas Jilid 2. Jakarta : Penerbit

Erlangga.

Kompas, 20 Juni 2008. Menghemat BBM Dengan “Brown Energy”

Oxtoby. Gillis. Nachtrieb. 2001. Prinsip-prinsip Kimia Modern Jilid 1. Jakarta :

Penerbit Erlangga.

Ramsden E.N. 2000. Chemistry A-Level fourth edition. Cheltenham : Nelson

Thormes Ltd. United Kingdom.

Wang Xiang Jun. 2008. Mengubah air menjadi besin. Yogyakarta : Penerbit Pustaka

Radja.

http://www.bahanbakar.com