adalah hidrogen dan menghasilkan uap air sebagai emisi selama berlangsungnya proses. Sel bahan bakar juga mempunyai nilai efisiensi yang baik.
1.2 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui fungsi dari gas diffusion layer pada sel bahan bakar.
2. Mengetahui membran yang digunakan pada proton exchange di sel bahan bakar.
3. Mensimulasikan distribusi temperatur yang terjadi pada lapisan dalam gas diffusion layer
dengan menggunakan software MATLAB.
1.3 Batasan Masalah
Berdasarkan permasalahan diatas, maka dapat disusun rumusan masalah sebagai berikut:
1. Bahan bakar yang digunakan adalah hidrogen murni.
2. Jenis sel bahan bakar yang digunakan adalah sel bahan bakar Polymer
Electrolyte Membrane. 3.
Penelitian ini menggunakan software MATLAB.
1.4 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat pada penelitian ini adalah 1. Mengembangkan energi alternatif yang lebih ramah lingkungan.
2. Mengembangkan energi alternatif yang lebih murah. 3. Menjadi dasar awal dari pengembangan sel bahan bakar.
1.5 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan pada skripsi ini adalah : BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan pemecahan masalah yang berisi antara lain : latar belakang, tujuan penelitian, batasan
masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.
Universitas Sumatera Utara
BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan sebagai
landasan dalam memecahkan masalah, adapun teori yang dikaji antara lain mengenai sel bahan bakar, komponen-komponen sel bahan bakar, sistem
sel bahan bakar, hidrogen, struktur dari proton exchange, lapisan difusi gas, dan aplikasi sistem sel bahan bakar.
BAB III METODOLOGI Bab ini berisi kerangka pemikiran dan langkah yang dilakukan untuk
mengidentifikasi permasalahan, juga beberapa aspek yang menunjang metode pengujian antara lain : peralatan pengujian, experimental set-up
pengujian, bahan pengujian, prosedur pengujian
BAB VI ANALISA DATA Bab ini berisi simulasi hasil pengujian dengan menggunakan software
MATLAB.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan dari pengujian yang dilakukan dan saran
mengenai penyempurnaan hasil penelitian untuk penelitian berikutnya.
Universitas Sumatera Utara
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tentang Sel Bahan Bakar
Perkembangan teknologi sel bahan bakar di negara-negara industri maju seperti Amerika dan Eropa dewasa ini semakin terpacu dengan semakin
digalakkannya swastanisasi pembangkit listrik tipe desentralisasi. Hal ini sejalan pula dengan kesadaran cinta lingkungan sesuai dengan agenda 21, Earth Summit
di Rio De Janeiro, Brazil, 2001. Teknologi sel bahan bakar menjanjikan pembangkit listrik yang bebas
polusi udara dan limbah beradiasi. Asal mulanya diaplikasikan pada teknologi ruang angkasa stasiun ruang angkasa. Lambat laun teknologi ini dapat bersaing
karena ada tendensi yang sangat kuat yaitu harga dan kerapatan energi yang dihasilkan dapat bersaing dengan pembangkit listrik BBM ataupun nuklir
sekalipun. Hal ini sangat sukar dicapai oleh tipe energi alternatif yang lain. Sebenarnya teknologi sel bahan bakar pertama kali ditemukan oleh Sir
William Robert Grove pada tahun 1839, dimana ia mendemostrasikan pemecahan uap menjadi hidrogen dan oksigen dengan pemanasan katalis seperti platinum.
Pada masa sekarang, proses ini dinamakan teknologi reformer. Yang agak mengejutkan penemu teknologi sel bahan bakar Sir William adalah seorang
sarjana hukum,akan tetapi nasib mengubahnya menjadi seorang ahli fisika setelah ia jatuh sakit dan menjadi professor fisika di sebuah institusi di London antara
tahun 1840-1847. Kombinasi kedua disiplin ilmu itu pula yang menyebabkan ia terlibat pada penyusunan hukum paten di dunia komersial. Perkembangan
teknologi sel bahan bakar baru terasa setelah terjadi semakin pesatnya perkembangan teknologi material. Perusahaan yang sukses dalam pengembangan
aplikasi ini seperti misalnya Pratt Whitney telah berhasil mengaplikasikannya untuk misi penerbangan antariksa Gemini IV dan suksesnya pendaratan Apolo di
bulan.
Universitas Sumatera Utara
Aplikasi teknologi sel bahan bakar yang paling mutakhir adalah digunakannya 12 KW sel bahan bakar alkaline di pesawat ulang-alik NASA. Pada
sel bahan bakar ini, hidrogen dan oksigen digunakan untuk proses konversi listrik. Sejak tahun 1970, Departemen Energi Amerika telah melakukan riset tipe
Phosophric Acid Fuel Cell PAFC untuk pembangkit listrik dan sekarang telah
memasuki tahap komersialisasi. Sedangkan di Eropa, perkembangan teknologi sel bahan bakar didukung oleh Negara Uni masyarakat Eropa dan berbagai pihak
swasta. Demikian pula di Jepang, pengembangan teknologi sel bahan bakar ini didukung oleh berbagai macam organisasi pemerintah maupun swasta.
Sel bahan bakar sebagai salah satu energi alternatif agaknya dapat menjadi pembangkit energi pada dunia otomotif dan mungkin akan bersaing bahkan akan
menggeser tiga pilihan energi konvensional yang kini berkompetensi yaitu : mesin pembakaran internal, mesin baterai isi ulangrechargeable dan mesin hibrida.
Sel bahan bakar merupakan alat konversi energi elektrokimia yang akan mengubah hidrogen dan oksigen menjadi air, secara bersamaan menghasilkan
energi listrik dan panas dalam prosesnya. Sel bahan bakar merupakan suatu bentuk teknologi sederhana seperti baterai yang dapat diisi bahan bakar untuk
mendapatkan energinya kembali, dalam hal ini yang menjadi bahan bakar adalah hidrogen.
Keunggulan utama sel bahan bakar dibandingkan pembangkit listrik konvensional adalah Sumber : Ahmad Hasan, 2007
1. Mempunyai efisiensi tinggi dari 50 sampai 70, sedangkan untuk
kogenerasi dapat mencapai 80, 2.
Tidak menimbulkan suara bising, 3.
Konstruksinya modular sehingga fleksibel dalam menyesuaikan dengan sumber bahan bakar yang ada,
4. Mampu menanggapi dengan cepat terhadap perubahan bahan bakar atau
oksigen.
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan elektrolitnya, secara umum sel bahan bakar dapat diklasifikasikan menjadi 7 tipe yaitu :
1. Polymer Electrolyte Membrane PEM fuel cell
Polymer Electrolyte Membrane PEM menyalurkan berat jenis yang
tinggi dan menawarkan keuntungan pada berat dan volume yang rendah, dibandingkan dengan sel bahan bakar yang lainnya. Sel bahan bakar PEM
menggunakan polimer solid sebagai elektrolit dan elektroda karbon yang mengandung katalis platinum. PEM hanya membutuhkan hidrogen, oksigen dari
udara, dan air untuk beroperasi dan tidak memerlukan cairan korosif seperti sel bahan bakar lainnya. Sel bahan bakar PEM biasanya digunakan untuk aplikasi
transportasi dan beberapa aplikasi perkantoran.
Gambar 2.1 Alur kerja Polymer Electrolyte Membrane PEM fuel cell. Sumber : http:srnl.doe.govhilights01.htm
2. Direct methanol fuel cell
Direct methanol fuel cell DMFC digerakkan menggunakan methanol
murni, yang dicampur dengan uap dan dialirkan secara langsung ke anoda pada
Universitas Sumatera Utara
sel bahan bakar tersebut. Sel bahan bakar tipe DMFC ini tidak mempunyai permasalahan di tempat penyimpanan seperti sel bahan bakar lain pada umumnya.
Hal ini dikarenakan methanol mempunyai berat jenis yang lebih tinggi daripada hidrogen namun lebih kecil daripada minyak diesel atau bensin. Saat ini penelitian
dan pengembangan mengenai sel bahan bakar DMFC ini 3 – 4 tahun lebih lambat daripada sel bahan bakar jenis lainnya.
Gambar 2.2 Alur kerja Direct methanol fuel cell DMFC Sumber : http:www.machinehistory.comDirect20Methanol20Fuel20Cell
3. Alkaline fuel cell
Alkaline fuel cell adalah salah satu dari teknologi sel bahan bakar yang
dikembangkan dan merupakan yang pertama digunakan secara luas untuk program penghasil energi listrik dan air pada pesawat luar angkasa oleh NASA.
Sel bahan bakar ini menggunakan potasium hidroksida dalam air sebagai elektrolit dan dapat menggunakan beberapa jenis dari metal sebagai katalis pada anoda dan
katoda. Kekurangan dari sel bahan bakar tipe ini adalah dapat dengan mudah dicemari oleh karbondioksida. Pada prosesnya, karbondioksida dalam jumlah
kecil pada udara yang sedikit dapat mempengaruhi kerja dari sel bahan bakar ini. Selain mempengaruhi kerja juga mempengaruhi umur daripada sel bahan bakar.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Alur kerja Alkaline fuel cell Sumber:http:www.fuelcellmarkets.comfuel_cell_marketsalkaline_fuel_cells_af
c4,1,1,2506.html 4.
Phosporic acid fuel cell Phosporic Acid Fuel Cell
PAFC menggunakan cairan asam fosfor sebagai elektrolit dan elektroda besi karbon yang mengandung katalis platinum.
Gambar 2.4 Alur kerja Phosporic Acid Fuel Cell Sumber :
http:www.e-sources.comfuelcell-PAFC.htm
Universitas Sumatera Utara
PAFC ini lebih dikenal sebagai generasi pertama dari sel bahan bakar modern. PAFC lebih toleran terhadap ketidakmurnian daripada bahan bakar yang
telah diubah menjadi hidrogen daripada sel bahan bakar PEM. PAFC terlihat lebih besar dan berat, dan juga lebih mahal. Seperti halnya sel bahan bakar PEM, PAFC
membutuhkan katalis platinum yang lebih mahal, yang mana menaikkan biaya daripada sel bahan bakar.
5. Molten carbonate fuel cell
Molten Carbonate Fuel Cell MCFC saat ini sedang dikembangkan untuk
gas natural dan batubara untuk kegunaan elektrik, industri, dan aplikasi militer. MCFC adalah sel bahan bakar yang bekerja pada temperatur tinggi yang
menggunakan elektrolit yang terdiri dari molten carbonate salt mixture, lithium aluminium oksida LiAlO
2
.
Gambar 2.5 Alur kerja Molten Carbonate Fuel Cell Sumber :
http:en.wikipedia.orgwikiMolten_carbonate_fuel_cell
Tidak seperti sel bahan bakar jenis alkaline, phosporic acid dan sel bahan bakar PEM, sel bahan bakar MCFC tidak membutuhkan alat pengubah eksternal untuk
mengubah bahan bakar menjadi hidrogen. Kekurangan utama daripada sel bahan bakar MCFC ini adalah daya tahan. Temperatur yang tinggi yang bekerja pada sel
Universitas Sumatera Utara
bahan bakar ini dan elektrolit korosif yang digunakan mempercepat korosi daripada komponen, yang mengurangi umur daripada sel bahan bakar.
6. Solid oxide fuel cell
Solid Oxide Fuel Cell SOFC menggunakan bahan keramik yang keras
dan tidak mudah berkarat sebagai elektrolit. Karena elektrolit dari sel bahan bakar SOFC ini bersifat padat, sel bahan bakar ini tidak harus dibuat di dalam plat
seperti sel bahan bakar jenis lainnya. Sel bahan bakar SOFC ini diharapkan dapat memiliki efisiensi 50 – 60 untuk mengubah bahan bakar menjadi listrik.
Gambar 2.6 Alur kerja Solid Oxide Fuel Cell Sumber : http:mypages.iit.edu~smartgarrearfuelcells.htm
7. Regenerative fuel cell
Regenerative Fuel Cell menghasilkan listrik dari hidrogen, oksigen,
membangkitkan panas dan air sebagai bahan bakar, seperti sel bahan bakar lainnya. Regenerative fuel cell juga dapat menggunakan elektrolisa dari solar
power atau sumber lainnya untuk membagi kelebihan air menjadi bahan bakar
Universitas Sumatera Utara
hidrogen dan oksigen. Sel bahan bakar jenis ini sedang dikembangkan oleh NASA dan perusahaan lainnya.
Gambar 2.7 Alur kerja Regenerative Fuel Cell Sumber :
https:www.llnl.govstrMitlit.html
Sel bahan bakar yang digunakan dalam penelitian ini adalah Polymer Electrolyte Membrane PEM fuel cell.
Karena efisiensi sel bahan bakar yang cukup tinggi maka penggunaan gas yang dapat lebih hemat, sehingga umur penggunaan gas diperkirakan dapat
diperpanjang hingga tahun 2060. Selain itu, Indonesia memiliki bahan baku yang cukup besar jumlahnya serta cukup lengkap untuk digunakan dalam membangun
dan mengembangkan teknologi sel bahan bakar. Seperti yang diketahui bahwa harga sel bahan bakar terus menurun sesuai dengan peningkatan perkembangan
teknologi. Dalam 15 tahun belakangan ini nilai investasi telah menurun. Diproyeksikan dalam waktu 10 tahun yang akan datang hanya menjadi US
500KW. Umur sel bahan bakar diproyeksikan hingga 10 tahun, dapat bekerja selama 24 jam terus menerus dengan pemadaman untuk perawatan hanya 1 atau 2
kali per tahun.
Universitas Sumatera Utara
2.2 Komponen - komponen Sel Bahan Bakar
