SISTEM HIBRID GAS HASIL ELEKTROLISIS PADA KENDARAAN BERMOTOR

Gambar 2.


Gambar 1.

Mata Kuliah : Kimia Terapan
Dosen : DR Mudjiyono

Aris Purwadi
S830208001/IPA/Psains

I. Pendahuluan

Dewasa ini kendaraan bermotor merupakan suatu kebutuhan yang sangat penting diperlukan manusia dalam memenuhi kebutuhan transportasi yang makin hari makin meningkat mobilitasnya. Pada produksi kendaraan bermotor selalu dilakukan inovasi-inivasi baru sesuai dengan tuntutan konsumen, sehingga kendaraan yang ada semakin nyaman dan aman untuk digunakan. Industri otomotif telah mengembangkan sistem pembakaran yang lebih maju sampai pada penggunaan injeksi pada kendaraan bermotor produksi tahun 2000 keatas. Peningkatan produksi kendaraan tentu saja menuntut peningkatan produksi bahan bakar terutama minyak atau BBM.

Ketersediaan bahan bakar minyak yang terbatas, akan mempengaruhi harga minyak sehingga semakin mahal, kondisi ini memacu untuk mencari alternatif yang dapat digunakan untuk menggantikan bahan bakar minyak yang dapat diperbaharui, misalnya penggunaan biodissel, alkohol atau bahan bakar gas. Kenyataannya bahan bakar tersebut masih sangat bergantung pada komitmen pemerintah untuk dapat memproduksi dalam jumlah besar, sampai saat ini usaha tersebut masih jauh dari harapan konsumen. Usaha yang dapat dilakukan adalah dengan menghemat bahan bakar yang dapat ditempuh dengan dua cara yaitu secara mekanis dengan mengubah konstruksi mesin dan melakukan inovasi dalam proses pembakaran bahan bakar dengan bahan lain sehingga proses pembakaran dapat berlansung secara lebih sempurna. Cara yang pertama telah dilakukan oleh produsen mobil dalam rangka bersaing dalam memasarkan produknya karena semakin hemat bahan bakar akan semakin diminati oleh konsumen. Cara yang lain yang dapat dilakukan adalah dengan melakukan inovasi pada asupan bahan bakar ke dalam ruang pembakaran, cara ini telah dilakukan dan dibuktikan secara empiris dilapangan namun belum pernah dilakukan pengkajian secara ilmiah, bagaimana cara ini dapat digunakan dengan baik. Cara yang dimaksud adalah dengan memanfaatkan secara langsung hasil elektrolisis air berupa gas hidrogen dan gas oksigen, yang memiliki sifat sangat mudah terbakar dan membantu proses pembakaran. Bagaimana hasil elektrolisis ini dapat dimanfaat sebagai bahan bakar?

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 yang dihasilkan pada elektrolisis bergantung pada 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 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.

Pemasangan sel elektrolisa pada kendaraan bermotor dapat ditempatkan dimana saja semakin dekat dengan ruang pembakaran akan semakin baik, gas hasil elektrolisa disalurkan ke dalam manipol masuk ruang pembakaran mesin dengan menggunakan pipa secara terpisah dari anoda dan dari kaotoda. Untuk kendaraan yang pengaturan asupan bahan bakar dengan karburator untuk pemasangannya dapat mengikuti gambar berikut.

Gambar 1: Sistem Hibrid gas hasil elektrolisa dan BBM

(Mesin dengan Karburator)

Untuk mobil atau kendaraan bermotor yang telah menggunakan ECU (Electronic Control Unit) dan sistem injeksi akan sangat bermanfaat jika ditambahkan MAP enhancer. Fungsi MAP enhancer adalah untuk memotong jalur komputer dalam membaca campuran bahan bakar dalam intake manifold. Untuk pemasangan pipa gas hasil elektrolisa dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 2 : Sistem Hibrid gas hasil elektrolisa dan BBM

(Mesin dengan Fuel Injection)

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. Kesimpulan

Gas hasil elektrolisa air dengan menggunakan larutan KOH atau larutan Na₂CO₃ berupa gas hidrogen dan gas oksigen dapat digunakan sebagai sumber energi tambahan dengan sistem hibrid 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