1. Sumber hidrolisisnya ialah air murni aquadest 2. Jenis sel bahan bakar yang digunakan ialah sel bahan bakar PEM Polymer Electrolyte
Membrane
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat penelitian adalah sebagai berikut :
1. Mengurangi pengunaan sumber bahan bakar fosil untuk menghasilkan energi
listrik 2.
Menutupi kekurangan dari tumpukan sel bahan bakar 3.
Memberikan wacana untuk penelitian lebih lanjut
1.6 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, identifikasi masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat
penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan sebagai landasan dalam
memecahkan masalah, adapun teori-teori yang dikaji antara lain mengenai : pengenalan sel bahan bakar, kelebihan dan kekurangan sel bahan bakar, penggunaan sel bahan bakar, sejarah
sel bahan bakar, jenis sel bahan bakar, komponen sel bahan bakar, jenis ruang alir, kecepatan pada ruang alir, alur kerja CFD, persamaan pembentuk aliran pada CFD dan aplikasi bidang
CFD BAB III METODOLOGI
Bab ini berisi metodologi pengujian, bahan dan alat yang digunakan dalam proses pengujian, adapun isi dari bab ini ialah seperti berikut: metodologi pengujian, bahan pengujian, peralatan
pengujian, experimental setup, dan prosedur pengujian. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi hasil dari simulasi kecepatan pada ruang alir, perhitungan kecepatan secara teori, simpangan kecepatan hasil teori dan hasil simulasi beserta jenis aliran pada ruang alir
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Bab ini berisi kesimpulan dari pengujian yang dilakukan dan saran mengenai penyempurnaan hasil penelitian untuk peneliti berikutnya.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sel Bahan Bakar 2.1.1 Pengenalan Sel Bahan Bakar
Sel bahan bakar terdiri dari anoda, katoda dan membran elektrolit. Hidrogen dioksidasi di anoda dan oksigen direduksi pada katoda. Proton dikirimkan dari anoda ke
katoda melalui membran elekrolit. Pada kondisi sebenarnya, molekul tak dapat bertahan pada keadaan ionik, untuk itu molekul segera mengkombinasi ulang dengan molekul lain untuk
memperoleh keadaan netralnya. Proton hidrogen pada sel bahan bakar tetap pada keadaan ion dengan menjelajah dari satu molekul ke molekul lain melalui material khusus. Pada katoda,
oksigen bereaksi dengan proton dan elektron, membentuk air dan menghasilkan panas. Anoda dan katoda keduanya mengandung katalis untuk mempercepat proses elektrokimia.
Sumber : Colleen Spiegel, 2008
2.1.2 Keuntungan dan Kekurangan pada Sel bahan bakar
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Bab ini berisi kesimpulan dari pengujian yang dilakukan dan saran mengenai penyempurnaan hasil penelitian untuk peneliti berikutnya.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sel Bahan Bakar 2.1.1 Pengenalan Sel Bahan Bakar
Sel bahan bakar terdiri dari anoda, katoda dan membran elektrolit. Hidrogen dioksidasi di anoda dan oksigen direduksi pada katoda. Proton dikirimkan dari anoda ke
katoda melalui membran elekrolit. Pada kondisi sebenarnya, molekul tak dapat bertahan pada keadaan ionik, untuk itu molekul segera mengkombinasi ulang dengan molekul lain untuk
memperoleh keadaan netralnya. Proton hidrogen pada sel bahan bakar tetap pada keadaan ion dengan menjelajah dari satu molekul ke molekul lain melalui material khusus. Pada katoda,
oksigen bereaksi dengan proton dan elektron, membentuk air dan menghasilkan panas. Anoda dan katoda keduanya mengandung katalis untuk mempercepat proses elektrokimia.
Sumber : Colleen Spiegel, 2008
2.1.2 Keuntungan dan Kekurangan pada Sel bahan bakar
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Berikut akan dijabarkan keuntungan dalam pemakaian sel bahan bakar yaitu:
• Dapat menghasilkan daya langsung bila fluidanya sudah mengalir. Sehingga energi yang terbuang dapat diperkecil
• Dalam penggunaan sel bahan bakar, tidak ada sama sekali polusi udara yang dihasilkan sehingga mengurangi pemanasan global
• Pada sel bahan bakar, hanyalah fluida yang mengalir didalamnya sehingga tingkat kerusakan peralatan sel bahan bakar dapat menurun
• Sel bahan bakar ini sendiri dapat meningkat efisiensinya bila digunakan sesuai dengan prosedurnya
• Ukurannya yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan alat pembangkit listrik lainnya • Jenis daripada sel bahan bakar ini juga beragam
Berikut akan dijabarkan kekurangan dalam pemakaian sel bahan bakar yaitu:
• Material komponen sel bahan bakar ini yang masih tergolong spesifik menyebabkan harganya menjadi melonjak
• Sumber tenaga dari sel bahan bakar perlu diolah dan proses pengolahannya yang juga tergolong mahal ini berakibat pada melonjaknya harga bahan bakarnya
• Sumber bahan bakar yang tidak sesuai dengan komponen sel bahan bakar dapat mengakibatkan penurunan efisiensi pada sel bahan bakar
Penurunan performa menjadi suatu masalah pada tumpukan sel bahan bakar. Dan dari penelitian Seyyed Mohsen Mousavi Ehteshami bertujuan untuk mengetahui bagaimana
dampak dari terserapnya karbon monoksida ke dalam tumpukan sel bahan bakar membran elektrolit polimer. Metode yang digunakan dalam mencapai tujuannya adalah simulasi
dengan program CFD. Hasil yang di peroleh dari simulasi yaitu performa akan menurun seiring terserapnya karbon monoksida ke dalam sel bahan bakar. Kesimpulan yang di peroleh
bahwa penurunan performa sel bahan bakar sebanding dengan banyaknya karbon monoksida yang terserap dalam sel bahan bakar. Sumber: Seyyed Mohsen Mousavi Ehteshami, 2010
2.1.3 Penggunaan Sel bahan bakar
Dulunya sumber energi amat bergantung terhadap pembakaran bahan bakar fosil yang memiliki beberapa kekurangan seperti polusi, jumlah yang terbatas dan penyebab konflik
antar negara. Sel bahan bakardapat memberikan tenaga pada apa saja baik dari rumah, mobil ataupun telepon seluler. Sumber : Colleen Spiegel, 2008
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Berikut penggunaan sel bahan bakarpada beberapa bidang yaitu:
• Sektor portabel Salah satu dari pasar raksasa masa depan untuk sel bahan bakar ialah sektor portabel.
Akan ada banyak peralatan portabel yang akan menggunakan sel bahan bakar agar peralatannya dapat bertahan dengan jangka waktu yang lebih lama. Beberapa
peralatan ini seperti laptop, telepon seluler, perekam video, ipad, tab, dll. Kemiliteran juga membutuhkan tenaga besar, perangkat yang bertahan lebih lama untuk peralatan
tentara. Sel bahan bakar dapat dengan mudah dimanufaktur dengan tenaga yang lebih besar dan lebih ringan untuk kepentingan kemiliteran. Dan keuntungan bagi
kemiliteran termasuk kebisingan yang rendah dan temperatur yang juga lebih rendah. Dan berikut gambar 2.1 menunjukkan penggunaan sel bahan bakar pada sektor
portabel yaitu:
Gambar 2.1 Penggunaan Sel Bahan Bakar pada Sektor Portabel Sumber : http:otakku.com20100617horizon-minipak-alat-isi-ulang-baterai-
dengan-teknologi-fuel-cell • Sektor transportasi
Sektor transportasi akan lebih menguntungkan dengan penggunaan sel bahan bakar karena bahan bakar fosil yang terus habis yang akan berdampak pada kenaikan harga
bahan bakar fosil. Selain itu, pencegahan polusi juga menjadi salah satu masalah. Ada beberapa negara yang telah menerapkan kebijakan penurunan emisi dan telah menjual
transportassi dengan emisi nol. Transportasi dengan sumber tenaga sel bahan bakar
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
memiliki kemampuan untuk menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan transportasi yang ditenagai oleh bahan bakar jenis lainnya. Dan berikut gambar 2.2
menunjukkan penggunaan sel bahan bakar pada sektor transportasi yaitu:
Gambar 2.2 Penggunaan Sel Bahan Bakar pada Sektor Transportasi Sumber : http:inhabitat.comtransportation-tuesday-boeing-flies-first-fuel-cell-
plane • Sektor stasioner
Stasioner sel bahan bakar yang besar dapat menghasilkan listrik yang cukup umtuk memberi tenaga pada rumah. Sel bahan bakar juga menguntungkan untuk bisnis dan
perumahan yang membutuhkan listrik. Generator sel bahan bakar lebih dapat diandalkan dibandingkan generator jenis lainnya. Hal ini dapat menguntungkan
perusahaan dengan menghemat uang ketika listrik padam. Dan berikut gambar 2.3 menunjukkan penggunaan sel bahan bakar pada sektor stasioner yaitu:
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Gambar 2.3 Penggunaan Sel Bahan Bakar pada Sektor Stasioner Sumber : http:nextgenlog.blogspot.com201012energy-fuel-cells-provide-campus-
power.html
2.1.4 Sejarah Sel bahan bakar
William Grove dinobatkan sebagai orang yang menemukan sel bahan bakar pada tahun 1839. Sel bahan bakar sendiri tidak dikembangkan lebih lanjut pada tahun 1800an dan
banyak dilanjutkan pada tahun 1900an. Sel bahan bakar mulai diteliti pada tahun 1960an di NASA. Beberapa dekade terakhir, sel bahan bakar telah dikembangkan secara serius dan
akan mendekati komersialisasi. Pada tahun 1800, W.Nicholson dan A.Carlisle menemukan proses elektrolisa untuk
memecahkan air. Pada tahun 1836, William Grove mendemonstrasikan sel bahan bakar. Pada tahun 1889, beberapa tim yaitu L.Mond dan C.Langer, C.Wright dan C.Thompson,
L.Cailleteton dan L.Colardeau menunjukkan beberapa jenis eksperimen sel bahan bakar. Pada tahun 1893, F.Ostwald menjelaskan fungsi dari komponen sel bahan bakar. Pada tahun
1896, W.Jacques mengkonstruksi baterai karbon. Awal 1900an, E.Baur dan muridnya melakukan eksperimen pada temperatur tinggi. Pada tahun 1960an, T.Grubb dan L.Niedrach
menemukan teknologi sel bahan bakar PEM Polymer Electrolyte Membrane. Pada tahun 1990an sampai sekarang, penelitian sel bahan bakar untuk segala tipe sel bahan bakar
dilakukan secara luas. Sumber: Colleen Spiegel,2008
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Dan bila sejarah tersebut diurutkan secara berurut maka akan seperti gambar 2.4 dibawah ini:
Gambar 2. Sejarah Perkembangan Sel bahan bakar
Gambar 2.4 Sejarah Sel Bahan Bakar Sumber : Colleen Spiegel, 2008
NASA melakukan riset pada sel bahan bakar PEM Polymer Electrolyte Membrane untuk proyek Gemini. Baterai digunakan pada misi proyek Merkuri, tapi proyek Apollo
membutuhkan sumber tenaga yang dapat bertahan lebih lama. Sel bahan bakar PEM Polymer Electrolyte Membrane pertama memiliki banyak persoalan seperti kontaminasi sel
dalam dan kebocoran oksigen melalui membran. Setelah akhirnya didesain ulang maka model barunya dipakai untuk keseluruhan penerbangan Gemini.
Pada tahun 1970an ditemukan teknologi elektrolisa air pada sel bahan bakar PEM Polymer Electrolyte Membrane yang kemudian digunakan sebagai pembangkit tenaga
Angkatan Laut Amerika Serikat. Angkatan Laut Inggris juga menggunakan teknologi ini pada awal 1980an untuk kapal selam mereka. Dan beberapa dekade terakhir ini, teknologi ini
telah diriset oleh perusahaan komersial untuk transportasi, stasioner dan pembangkit tenaga. Sumber: Colleen Spiegel,2008
2.2 Jenis – Jenis Sel bahan bakar
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Sel bahan bakar sampai saat ini sudah memiliki jenis yang membedakannya. Dan pada umumnya yang membedakannya ialah jenis elektrolit yang digunakan sehingga
menentukan jenis reaksi kimia yang terjadi didalam sel. Bukan hanya jenis elektrolit saja hal lainnya seperti jenis katalis, batas temperatur juga turut berperan dalam pengklasifikasian sel
bahan bakar. Sumber: Colleen Spiegel,2008. Sampai saat ini jenis sel bahan bakar yang sudah ditemukan adalah:
• Polymer Electrolyte Membrane Sel bahan bakar PEM menggunakan polimer padat sebagai elektrolit dan elektroda
karbon yang mengandung katalis platinum. PEM membutuhkan hanya hidrogen, oksigen dari udara, dan air murni untuk beroperasi dan tidak memerlukan cairan
korosif. PEM biasanya digunakan untuk aplikasi transportasi dan beberapa aplikasi perkantoran. Biasanya digunakan untuk angkutan umum, seperti mobil dan bus.
Sumber: Colleen Spiegel,2008. • Direct Methanol
Sel bahan bakar ini digerakkan menggunakan methanol murni, yang dicampur dengan uap dan dialirkan secara langsung ke anoda daripada sel bahan bakar. Direct methanol
ini tidak mempunyai permasalahan tempat penyimpanan seperti sel bahan bakar lain pada umumnya. Hal ini dikarenakan methanol mempunyai berat jenis yang lebih
tinggi daripada elektron namun lebih kecil daripada minyak diesel atau bensin. Saat ini penelitian dan pengembangan mengenai Direct methanol ini 3 – 4 tahun lebih
lambat daripada sel bahan bakar jenis lainnya. Sumber: Colleen Spiegel,2008. • Alkaline
Sel bahan bakar ini merupakan yang pertama digunakan secara luas untuk program penghasil listik dan air pada pesawat luar angkasa oleh NASA. Sel bahan bakar ini
menggunakan 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. Sumber: Colleen Spiegel,2008.
• Phosporic Acid
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Sel bahan bakar ini menggunakan cairan asam fosfor sebagai elektrolit dan elektroda besi karbon yang mengandung katalis platinum..Phosporic Acid ini lebih dikenal
sebagai generasi pertama dari sel bahan bakar modern. Phosporic Acid terlihat lebih besar dan berat, dan juga lebih mahal. Seperti halnya PEM, Phosporic Acid
membutuhkan katalis platinum yang lebih mahal, yang mana menaikkan biaya daripada sel bahan bakar. Sumber: Colleen Spiegel,2008.
• Molten Carbonate Sel bahan bakar ini menggunakan elektrolit yang terdiri dari molten carbonate salt
mixture, lithium aluminium oksida LiAlO
2
. Tidak seperti sel bahan bakar jenis alkaline, phosforic acid dan PEM, Molten Carbonate tidak membutuhkan alat
pengubah eksternal untuk mengubah bahan bakar. Kekurangan utama daripada Molten Carbonate ini adalah daya tahan. Temperatur yang tinggi yang bekerja pada
sel bahan bakar ini dan elektrolit korosif yang digunakan mempercepat korosi daripada kompenen, yang mengurangi umur daripada sel bahan bakar. Sumber:
Colleen Spiegel,2008. • Solid Oxide
Sel bahan bakar ini menggunakan bahan keramik yang keras dan tidak mudah berkarat sebagai elektrolit. Karena elektrolit dari Solid Oxide ini bersifat padat, sel
bahan bakar tidak harus dibuat di dalam plat seperti sel bahan bakar jenis lainnya. Sumber: Colleen Spiegel,2008
• Regenerative Sel bahan bakar ini menghasilkan listrik dari elektron hasil hidrolisis air,
membangkitkan panas untuk proses hidrolisis air. Sel bahan bakar jenis ini sedang dikembangkan oleh NASA dan perusahaan lainnya. Sumber: Colleen Spiegel,2008.
Bentuk dari sel bahan bakar mempengaruhi performa sel bahan bakar merupakan masalah pada sel bahan bakar. Tujuan penelitian adalah mengetahui dampak modifikasi pada sel
bahan bakar. Modifikasi ini termasuk aspek rasio geometri saluran, konfigurasi elektroda dan beberapa lubang masuk saluran secara periodik. Metode yang di gunakan untuk mencapai
tujuan adalah dengan penggunaan aplikasi simulasi COMSOL Multiphysics. Hasil yang di dapat dari simulasi adalah dengan tegangan sel yang sama, pemanfaatan bahan bakar dengan
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
beberapa lubang masuk saluran secara periodik sebesar 62,3 sedangkan dengan bentuk lubang masuk saluran berbentuk persegi sebesar 13,8. Dengan bentuk saluran meruncing
maka kurva polarisasi naik dari 15,4 menjadi 57,6. Kesimpulan penelitian ini adalah dengan beberapa lubang masuk saluran secara periodik maka pemanfaatan sel bahan bakar
lebih besar bila dibandingkan terhadap lubang masuk saluran berbentuk persegi. Dengan bentuk saluran meruncing maka performa sel bahan bakar meningkat di sebabkan karena
elektroda pada dinding atas dan bawah pada saluran bisa lebih di perpanjang menuju pusat saluran. Sumber: A. Ebrahimi Khabbazi, 2010
2.3 Komponen Sel Bahan Bakar Membran Elektrolit Polimer
