SINTESIS GAS HIDROGEN DARI PROSES ELEKTROLISIS DAN GASIFIKAS BIOMASA
Anisa Winarni 1112096000032
Mahasiswi Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Jl. Ir. H. Juanda No. 95 Ciputat 15412
 |
Abstrak
Hidrogen adalah gas yang
tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Hidrogen atau H2
mempunyai kandungan energi per satuan berat tertinggi, dibandingkan dengan
bahan bakar manapun. Hidrogen merupakan unsur yang sangat aktif secara kimia,
sehingga jarang sekali ditemukan dalam bentuk bebas. Di alam, hidrogen terdapat
dalam bentuk senyawa dengan unsur lain, seperti dengan oksigen dalam air atau
dengan karbon dalam metana. Sehingga untuk dapat memanfaatkanya, hidrogen harus
dipisahkan terlebih dahulu dari senyawanya agar dapat digunakan sebagai bahan
bakar. Ada beberapa metode pembuatan gas hidrogen yang telah kita kenal. Namun
semua metode pembuatan tersebut prinsipnya sama, yaitu memisahkan hidrogen dari
unsur lain dalam senyawanya. Tiap-tiap metode memiliki keunggulan dan
kekurangan masing-masing. Tetapi secara umum parameter yang dapat
dipertimbangkan dalam memilih metode pembuatan H2 adalah biaya,
emisi yang dihasilkan, kelaikan secara ekonomi, skala produksi dan bahan baku
abstarck
Hydrogen is a gas that is colorless, odorless and tasteless. Hydrogen or H2 has an energy content per unit weight of the highest, compared with any fuel. Hydrogen is an element that is very active chemically, so rarely found in the free form. In nature, hydrogen is present in the form of compounds with other elements, such as the oxygen in the water or the carbon in methane. So as to be able memanfaatkanya, hydrogen must first be separated from their compounds to be used as fuel. There are several methods of making hydrogen gas that we know. However, all methods of making the same principle, namely separating hydrogen from other elements in the compound. Each method has advantages and disadvantages of each. But in general the parameters that can be considered in choosing a method of making H2 is the cost, the resulting emissions, economic feasibility, scale of production and raw materials.
1. Pendahuluan
Minat pada produksi gas hidrogen untuk sel
bahan bakar terus meningkat, yang dipicu oleh kekhawatiran akan meningkatnya
pencemaran lingkungan akibat penggunaan secara langsung bahan bakar fosil, dan
tingginya harga minyak bumi. Ketika digunakan sebagai sumber energi, hidrogen
tidak menghasilkan polutan seperti CO, CO2, SO2 dan NOx. Tentu saja, suatu
hidrokarbon masih diperlukan untuk menghasilkan hidrogen, tetapi sel bahan
bakar memiliki efisiensi energi yang lebih baik dan dapat mengurangi lepasnya
gas rumah kaca dibandingkan dengan pembakaran langsung hidrokarbon. Hidrogen diperkirakan membentuk komposisi lebih dari 90% atom-atom di alam
semesta (sama dengan tiga perempat massa alam semesta). Unsur ini ditemukan di
bintang-bintang dan memainkan peranan yang penting dalammemberikan sumber
energi jagat raya melalui reaksi proton-proton dan sikluskarbon-nitrogen.
Proses fusi atom-atom hidrogen menjadi helium di matahari menghasilkan jumlah
energi yang sangat besar . Walaupun hidrogen adalah benda gas, kita sangat
jarang menemukannyadi atmosfer bumi. Gas hidrogen yang sangat ringan, jika
terkombinasi denganunsur lain, akan berbenturan dengan unsur lain dan
terkeluarkan dari lapisanatmosfer. Di bumi,
hidrogen banyak ditemukan sebagai senyawa (air) di manaatom-atomnya
bertaut dengan atom-atom oksigen. Atom-atom hidrogen jugadapat ditemukan pada
tumbuhan, petroleum, arang dan lain-lain. Sebagai unsur yang independen.
Kegunaan hydrogen :
1. Untuk mengikat nitrogen
dengan unsur yang lain dalam proses Haber (memproduksi amonia) dan untuk
proses hidrogenasi lemak dan minyak.2.
2. Digunakan dalam jumlah
yang banyak dalam produksi metanol didealkilasihidrogen (hydrodealkylation),
katalis hydrocracking, dan sulfurisasi hidrogen.3.
3. Sebagai bahan bakar roket,
hidrogen merupakan elemen yang sangat mudahterbakar dan sudah lama digunakan
sebagai bahan bakar roket, meskipun bisa juga digunakan sebagai bahan
bakar kendaraan lainnya, seperti mobil, sepedamotor dan lain-lain
4. Memproduksi asam
hidroklorida
5. Mereduksi biji-biji besi.
6. Sebagai gas pengisi balon,
7. Sebagai bahan hidrogenasi, terutama dalam
peningkatan kejenuhan dalamlemak tak jenuh dan minyak nabati (ditemukan di margarin),
dan dalam produksi metanol
8. Digunakan sebagai
pendingin motor pada generator pembangkit listrik karena mempunyai
konduktivitas termal yang paling tinggi di antara semua jenis gas
9. Untuk memproses bahan
bakar fosil dan memproduksi ammonia
2. Gas hydrogen dari elektrolisis
Elektrolisis air adalah penguraian air (H2O)
menjadi oksigen (O2) dan hidrogen (H2) dengan cara pengaliran arus listrik
melalui katoda dan anoda yang tercelup di dalam air. Hidrogen akan muncul di
katoda, yaitu elektroda yang terhubung ke arus negatif, dan oksigen di anoda,
yaitu elektroda yang. terhubung ke arus positip. Jumlah gas hidrogen yang
diperoleh sebanyak 2 kali gas oksigennya, dan jumlah keduanya proporsional
dengan energi listrik yang digunakan. Elektrolisis air murni berlangsung sangat
lambat. Hal ini karena konduktivitas listrik air murni sangat rendah, yaitu
sekitar 1/1.000.000 dari konduktivitas listrik air laut. Kecepatan elektrolisis
air menjadi hidrogen dan oksigen dapat ditingkatkan secara nyata dengan
penambahan zat-zat elektrolit yang berupa garam, asam, atau basa. Jika zat
elektrolit ditambahkan ke dalam air, maka konduktivitas listrik larutan
elektrolit tersebut meningkat dengan tajam. Garam natrium dan lithium sering
digunakan dalam proses elektrolisis air karena harganya relatif murah dan mudah
larut dalam air. Pada elektrolisis air banyak energi yang hilang sebagai panas,
sehingga tidak dapat mengubah 100% energi listrik menjadi energi kimia
hidrogen. Pada proses ini, efisiensi konversi energi listrik menjadi energi
kimia hidrogen tanpa memperhitungkan kehilangan energi pada pembangkitan
listrik adalah 50 s.d. 70%. Jika hidrogen diproduksi dengan cara elektrolisis
air menggunakan listrik dari pembangkit listrik tenaga nuklir, maka efisiensi
totalnya 30 s.d. 45%. Dalam metode elektrolisis ini senyawa yang digunakan
adalah kalium hidroksida (KOH) dengan menggunakan sebuah alat yaitu tabung
electrolizer yang tersususn dari bahan mika (plastic), elektroda 10 buah dimana
terbuat dari bahan stainless, kabel dan power supply DC. Larutan KOH merupakan senyawa larutan kimia
dengan melarutkan KOH ke dalam air. reaksi kimia yang terjadi pada larutan
tersebut adalah sebaga berikut
2 KOH + 2 H2O K2 + 3 H2 + 2 O2
Reaks kimia tersebut menunjukan jika 2 bagian
KOH dilarutkan ke dalam 2 bagian air maka akan dihasilkan 1 bagian K2 yang
berupa padatan akan tetap bertahan di dalam larutan, sedangkan 3 bagian H2 dan 2 bagian O2 akan keluar
menguap ke udara. Gas hydrogen inilah yang kemudian ditampung dan dijadikan
bahan bakar alternative masa depan. Proses
elektrolisis dalam hal ini terjadi karena adanya kutub anoda dan katoda yang
saling berhadapan. Jika melihat susunan katoda dan anoda pada tabung
elektrolizer peneliti memperkirakan peluang terjadinya elektroliss sebanyak 13
buah kutub yang saling berhadapan dan disusun secara parallel, apabila tidak
disusun secara paralele peneliti memperkirakan terjadinya elektrolisis hanya
terjadi pada 5 buah kutub saja yang saling berhadapan. Karena menurut peneliti
semakin banyak kutub yang saling berhadapan antara katoda dan anaoda maka
semakin banyak gas yang dihasilkan. Konsentrasi larutan KOH yang semakin pekat
akan membuat besarnya hambatan listrik pada latrutan akan semakin kecil dan
akan mendekati nol. Besarnya arus sangat mempengaruhi proses terjadinya
elektrolisis. Semakin besra arus yang diberikan maka akan semakin cepat
menculnya gelembung – gelembung di permukaan elektroda. Ini berarti
produktifiotas gas hydrogen akan semakin cepat dan mudah. Terbukti dari data di
bawah ini.
Table 1. debit volume gas H2
|
Konsentrasi
larutan KOH
|
Arus DC
(Ampere)
|
Debit volume
H2 (ml)
|
|
5,33 %
|
4
|
47,226
|
|
5
|
59,268
|
|
|
6
|
76,128
|
|
|
4,57 %
|
4
|
43,992
|
|
5
|
54,516
|
|
|
6
|
71,076
|
|
|
4 %
|
4
|
41.412
|
|
5
|
50,826
|
|
|
6
|
63,42
|
|
|
3.55 %
|
4
|
39,336
|
|
5
|
46,974
|
|
|
6
|
58,584
|
|
|
3,2 %
|
4
|
37,302
|
|
5
|
44,49
|
|
|
6
|
53,928
|
Dari data table 1 produktifitas H2
diatas, menunjukan produktifitas H2 terdapat pada titik maksimum
produksi dan titik minimum produksi. Untuk titik produktifitas maksimum terjadi
pada saat konsentrasi larutan KOH 5,33% denga arus 6 A, sedangkan titik minimum
terjadi pada saat konsentrasi larutan 3,2% dengan arus 4 A.
3. Gas hydrogen dari gasifikasi massa
Gasifikasi adalah reaksi oksidasi biomassa
dengan jumlah oksigen terbatas dan hasilnya merupakan bahan bakar gas. Dalam
kondisi tertentu, jumlah oksigen dibatasi kurang dari 40% jumlah oksigen yang
dibutuhkan untuk pembakaran sempurna, dan hasil utamanya adalah CO dan H2,
pada gas hasil gasifikasi biomassa terdapat pula CO2, CH4,
dan senyawa lainnya. Proporsi relatif dari masing-masing komponen dalam syngas
tergantung pada kondisi operasi gasifikasi, yaitu temperatur, tekanan, jenis
biomassa, dll, dan di antara mereka, agen gasifikasi disebutkan dalam literatur
sebagai yang paling berpengaruh. Teknologi gasifikasi biomassa yang berbeda
termasuk yang menggunakan udara., uap atau campuran uap O2 merupakan
bahan paling utama dalam proses gasifikasi biomassa. Dalam proses gasifikasi
kandungan hidrogen dalam sintetis gas dapat mencapai nilai berkisar dari 35%
hingga 45% vol. Selanjutnya peningkatan kadar hidrogen dalam gas produk
diperlukan penyesuaian rasio H2/CO engan menggunkan proses reaksi Water Gas
Shift (WGS) yang memungkinkan konversi CO menjadi CO2 dan
H7 dalam uap dengan reaksi seperti di bawah :
CO + H2O → H2 + CO2
Penggunaan katalis WGS dilakukan pada suhu
ultra-tinggi yang dapat digabungkan dengan gasifikasi biomassa [atau penggunaan
reaktor membran untuk meningkatkan konversi CO tanpa menggunakan katalis. Pendekatan
teknologi dengan menggabungkan. keuntungannya. Salah satunya adalah menggunakan
WGS tahap kedua pada suhu yang lebih rendah. Hal ini karena pemisahan in-situ
dari salah satu produk (dalam hal ini H2) dengan membran akan
mengakibatkan hasil H2 yang tinggi pada suhu tinggi sehingga reaksi
WGS akan dilakukan dalam satu tahap yang beroperasi di rentang suhu katalis
yang dipilih. keuntungan lain adalah bahwa kelebihan uap tidak akan diperlukan
untuk mendukung konversi CO yang lebih tinggi meskipun masih mungkin diperlukan
untuk mencegah karbon dan/atau pembentukan metana.
Dalam penelitian ini peneliti menggnakan
katalis yang sudah dalam tahap aktif yaitu magnetit (Fe3O4), sehingga tidak
memerlukan langkah pra-reduksi. Penelitian ini menggunakan dilakukan dalam
reaktor mikro tubular SS dengan dasar tetap (ID panjang 9 mm x 220 mm) disimpan
di tanur listrik zona tunggal. Metode isotermal, yang mencakup isolasi kolom
untuk memberikan pemisahan lengkap dari komponen gas yang berbeda disiapkan
untuk menganalisis H2, CH4, CO2, N2
dan CO.
3.1
Pengukuran aktivitas dan prosedur percobaan
Setiap suhu kerja yang
dicapai dalam reaktor dengan menggunakan aliran N2 dan ketika
kondisi stasioner mampu mencapai instalasi yang siap untuk memulai pengujian. Komposisi
umpan (feed) ditentukan pada masing-masing tes yang melewati reaktor dan
menjalankan metode analisis untuk gas umpan kering. Kemudian, campuran gas
didorong melalui reaktor dan pompa dinyalakan untuk memberikan laju aliran yang
diinginkan. Sebagai hasil reaksi WGS, gas keluar menjadi lebih kaya hidrogen
dan karbon dioksida sedangkan karbon monoksida awal dikonsumsi.
3.2 Pengaruh
komposisi gas umpan
Aliran gas yang diberikan ke sistem WGS
biasanya berasal dari langkah proses sebelumnya dan terdiri dari senyawa yang
berbeda tergantung pada proses yang dipertimbangkan. Serangkaian tes pertama
dilakukan untuk mempelajari kesesuaian katalis untuk komposisi gas umpan
diharapkan pada inlet reaktor WGS di plant Varnamo. Komposisi khas dalam gasifikasi
biomassa terdiri dari campuran H2, CO, CO2, CH4 dan adanya masing-masing
relatif sangat tergantung pada kondisi operasi proses. Dalam penelitian ini
secara industri digunakan aliran hidrogen (kandungan hidrogen lebih tinggi dari
70% v/v) dan dengan kadar karbon monoksida lebih rendah daripada yang berasal
dari gasifikasi biomassa oksigen, di mana kandungan CO berkisar dari 40% sampai
60 % v/v dan kandungan H2 berkisar dari 35% hingga 45% v/v.
3.3
Pengukuran kadar hidrogen
Dimana suhu proses berada pada kisaran 250 °C
hingga 500 °C dan kecepatan ruang berkisar dari 2885 h-1 sampai 25.000 h-1.
Kecepatan ruang diperkirakan sebagai rasio laju aliran (basis basah) pada
kondisi standar untuk volume katalis.
Tabel 2. Pengukuran kadar gas hydrogen pada
gas keluar
|
Suhu (oC)
|
SV = 2885 h -1
|
SV = 10.000 h -1
|
SV = 25.000 h -1
|
|
300
|
48,81
|
42,65
|
39,97
|
|
350
|
54,66
|
51,17
|
41,85
|
|
380
|
55,46
|
55,31
|
|
|
410
|
|
57,22
|
|
|
425
|
55,05
|
|
48,19
|
|
440
|
|
57,6
|
|
|
470
|
57,50
|
|
49,43
|
|
500
|
|
|
50,07
|
Mengenai produksi hidrogen Tabel 2 merangkum
hasil yang diperoleh Kandungan H2 maksimum diukur dalam gas keluar yang
berkisar antara 50,1% v/v dan 57,6% v/v basis kering yang memberikan
peningkatan kandungan H2 dalam gas sebesar 10-17% v/v. volume gas hydrogen
terbesar maksimum terjadi pada suhu 440 0C dengan kecepatan ruang
10.000 h-1 sedangkan volume gas hydrogen minimum terjadi pada suhu 350 0C
dengan kecepatan ruang 25.000 h-1.
4. Kesimpulan
Dalam perbandingan metode sintesis hydrogen
dengan menggunakan proses elektrolisis dengan gasifikasi masa didapatkan
kesimpulan bahwa proses yang paling baik dalam pembuatan gas hydrogen apabila
dilihat dari jumlah gas hydrogen yang dihasilkan adalah pembuatan gas hydrogen
dengan menggunkan metode elektrolisis larutan KOH karena gas hydrogen yang
dihasilkan sekitar 76% sedangkan pada proses gasifikasi biomasa hanya 57,6% gas
hydrogen yang dihasilkan. Namun jika
dilihat pada elektrolisis air banyak energi yang hilang sebagai panas, sehingga
tidak dapat mengubah 100% energi listrik menjadi energi kimia hidrogen. Pada
proses ini, efisiensi konversi energi listrik menjadi energi kimia hidrogen
tanpa memperhitungkan kehilangan energi pada pembangkitan listrik adalah 50
s.d. 70%. Jika hidrogen diproduksi dengan cara elektrolisis air menggunakan
listrik dari pembangkit listrik tenaga nuklir, maka efisiensi totalnya 30 s.d.
45%. Sehingga metode gasifikasi masa lebih efisien digunakan.
Referensi
Anonim, 2009, “Energi Gelombang Laut: Selama Ada Ombak,
Energi Akan Didapat,” http://www.esdm.go.id/news-archives/
56-artikel/2585-energi-gelombang-laut-,
21 0ktober 2013
Anonim, 2009e, “Electrolysis of Water,” http://en.wikipedia.org/wiki/
electrolysis_ of_water, 21 oktober 2013
SINTESIS HIDROGEN DARI METANOL DENGAN KATALIS Cu/ZnO/Al2O3
Farah Kamalia 1112096000036
Mahasiswi Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan
Teknologi,
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah
Jakarta
Jl. Ir. H. Juanda no.95 Ciputat 15412
Abstrak
Sintesis
hidrogen dari hidrokarbon cair menarik untuk dikembangkan karena dapat menjadi
alternatif
yang praktis untuk memasok hidrogen pada sel bahan bakar. Sintesis hidrogen
dari methanol dapat dilakukan melalui reaksi reformasi kukus metanol yang
merupakan reaksi terkatalisis antara metanol dan air dalam fasa gas. Katalis
yang digunakan adalah katalis Cu/ZnO/Al2O3 yang terdiri
dari Cu, CuO, ZnO, dan Al2O3.
Kata
Kunci: hidrogen, metanol, steam reforming,
katalis heterogen
PENDAHULUAN
Belakangan ini harga minyak bumi dunia terus meningkat.Sebagai sumber daya
alam yang tidak dapat diperbaharui maka cadangan minyak bumi kian menyusut,
sehingga wajar saja kalau harganya terus meningkat. Sementara itu kebutuhan
dunia akan minyak bumi terus meningkat setiap tahunnya. Salah satu faktanya
adalah semakin banyaknya negara yang terjun dalam industri mobil.
Semakin berkurangnya cadangan minyak mentah di bumi, dan semakin tingginya
tingkat pencemaran udara, menjadikan perusahaan-perusahaan mobil terkemuka
dunia berlomba-lomba menurun- kan tingkat konsumsi bahan bakar sambil terus
mencari bahan bakar alternatif. Tuntutan untuk mencari bahan bakar alter- natif
yang bebas, atau paling tidak rendah tingkat pencemaran udaranya, juga didorong
oleh semakin tingginya kesadaran untuk melestarikan alam. Hal ini ditandai
dengan diberlakukannya sejumlah peraturan yang memperketat batas emisi,
khususnya gas CO2 yang diperbolehkan. Kendati pada saat ini tingkat
pencemaran dari emisi mesin kendaraan bermotor sudah sangat jauh berkurang bila
dibandingkan dengan 10 tahun lalu (Anonimous, 2002), tetapi dalam jangka
panjang emisi bahan bakar minyak itu tetap saja dianggap akan membahayakan.
Upaya untuk mencari mobil yang tidak menggunakan mesin berbahan bakar
minyak sudah dilakukan sejak lama, tetapi sampai saat ini belum ditemukan
alternatif yang dianggap dapat menandingi mesin berbahan bakar minyak.Pencarian
sumber energi baru pengganti minyak bumi semakin intensif dilakukan disebabkan
melambungnya harga minyak bumi.Sebagian besar peneliti sepakat bahwa hidrogen
adalah bahan bakar yang dipandang cocok menggantikan minyak bumi dan layak
untuk dikembangkan karena memenuhi dua kriteria yaitu mampu mendorong teknologi
ramah lingkungan juga banyak tersedia di alam (Anonimous, 2005).
Pengembangan hidrogen masih terkendala pada penanganan dan penyimpanannya
pada transportasi, sehingga perhatian peneliti tertuju untuk menghasilkan
listrik on board untuk transportasi. Metanol telah menjadi pilihan utama
sebagai bahan baku bawaan untuk hidrogen karena ketersediaannya dan rasio
hidrogen:karbon yang tinggi. Listrik diproduksi melalui reaksi kimia dengan
menggabungkan hidrogen dan oksigen membentuk air.Produknya bebas dari polusi.
Keuntungan lain dari penggunaan hydrogen dalam fuel cell dibandingkan
dengan system pembakaran mesin internal adalah dapat memberikan efisiensi energi
lebih tinggi, kebisingan rendah, tidak ada partikel jelaga yang dapat
menyebabkan terganggu kesehatan manusia. Tipe fuel cell untuk diaplikasi
pada automobile adalah proton exchangemembrane (PEFC) fuel
cell. Persendiaan hydrogen on-board untuk kendaraan dapat dibagi ke
dalam 3 kelompok yaitu: tangki tekanan tinggi dan hydrogen cair, menggunakan metal-hydride
sebagai tangki, dan reforming hydrocarbon, seperti metanol, etanol,
dimethylether, gasoline, diesel, dan lain-lain (Purnomo, 2003).
Metanol sebagai bahan kimia bawaan untuk hidrogen, disamping karena
ketersediaannya yang dapat diperbaharui, memiliki energi dan densitas tinggi,
serta mudah disimpan dan transportasi. Metanol merupakan senyawa alkohol yang
memiliki harga paling murah dibanding alkohol yang lainnya seperti etanol dan
butanol (Lwin dkk., 2000).
Sistem terintegrasi reformasi kukus methanol untuk menghasilkan hidrogen
biasanya melibatkan empat reaksi di dalam tiga reaktor, yaitu dekomposisi
metanol (1) dan/atau reformasi kukus metanol (2), reaksi pergeseran gas air
(3), dan oksidasi selektif CO (4).
CH3OH(g) àCO(g) + 2H2(g)
ΔHo = 90,64 kJ/mol (1)
CH3OH(g) + H2O(g) àCO2(g) + 3H2(g)
ΔHo =
49,47 kJ/mol (2)
CO(g) + H2O(g) à CO2(g) + H2(g)
ΔHo =
- 41,17 kJ/mol (3)
CO(g) + ½O2(g) à CO2(g)
ΔHo =
- 28,3 kJ/mol (4)
Saat ini terdapat kecenderungan pengembangan sel bahan bakar yang
menggunakan hidrokarbon cair sebagai sumber gas hidrogen.Salah satu hidrokarbon
cair yang dapat digunakan sebagai sumber hidrogen adalah metanol.Melalui reaksi
terkatalisis pada suhu tidak terlalu tinggi (200 – 400oC), metanol
dapat diubah menjadi gas yang kaya dengan hidrogen.Kelebihan lainnya, methanol
mudah diperoleh dan dapat dihasilkan dari sumber terbarukan.
Proses produksi gas hidrogen secara langsung dari hidrokarbon cair harus
memenuhi beberapa syarat agar dapat diterapkan pada sel bahan bakar. Proses
tersebut harus efisien, praktis, dan gas yang dihasilkannya mengandung CO
sangat rendah. Pada konsentrasi beberapa ppm gas CO dapat meracuni sel bahan
bakar dengan mendeaktifkan katalis (terutama Pt) pada anoda.2 Hidrogen dapat
diperoleh secara langsung dari metanol melalui tiga proses yaitu dekomposisi
metanol, oksidasi parsial metanol dan reformasi kukus metanol. Proses
dekomposisi metanol dan oksidasi parsial metanol menghasilkan produk samping
gas CO. Reformasi kukus metanol menjadi alternatif terbaik untuk sintesis gas
hidrogen dari metanol. Reaksi ini menghasilkan gas H2/CO2
dengan rasio mol 3:1 dan tidak menghasilkan gas CO pada suhu reaksi di bawah
300oC. Dengan demikian, reformasi kukus metanol menjadi proses yang
cocok untuk produksi hidrogen secara langsung pada sel bahan bakar pada
kendaraan.
Pada tingkat hasil yang telah dicapai saat ini, pengkonversian metanol
menjadi hydrogen telah memberikan hasil yang menjanjikan.Namun, penelitian
lanjutan masih perlu dilakukan untuk mendapatkan rasio logam aktif dengan logam
paduan yang menghasilkan katalis yang memiliki keaktivan dan stabilitas yang
tinggi. Katalis-katalis crackingprocess yaitu: Pd, Pt, Rh, Ru, Ir, Re,
Ni, W, Cu, sangat aktif dan selektif digunakan dalam reaksi steam reforming
methanol. Logam-logam ini dipadukan dengan ZnO dan penyangga -Al2O3
untuk memperoleh keaktifan yang lebih tinggi.
Namun, Pd, Pt, Rh, Ru, Ir, Re, Ni, dan W merupakan metal yang mahal
sehingga penggunaan dalam skala komersial kurang menguntungkan. Pengaruh dari
rasio logamlogam tersebut terhadap selektivitas juga belum banyak dipelajari
(Amphlett dkk., 1988; Agrell dkk., 2001).
Persoalan ini dapat dipecahkan dengan memodifikasi kadar Cu dengan ZnO
serta menggunakan penyangga seperti Al2O3. Jung dan Joo
(2002) menyarankan agar Cu dan ZnO diberikan dalam jumlah yang proporsional
sehingga dapat memberikan konversi metanol dan selektivitas hydrogen yang
memuaskan.Selain itu, perlu diatur rasio steam/metanol dalam umpan untuk
mendapatkan produk yang maksimum (Amphlett dkk., 1988).
Penggunaan Al2O3 selain dapat menebarkan fasa aktif
juga berfunggsi sebagai washcoating ketika katalis digunakan pada suhu
tinggi untuk transportasi. Dengan demikian dapat diyakini bahwa katalis
Cu/ZnO/Al2O3akan menjadi katalis steam reforming
metanol untuk memproduksi hidrogen sebagai energi alternatif masa depan.
Sintesis Katalis dan
Pengujiannya terhadap Sintesis Hidrogen
Katalis yang digunakan dari penelitian-penelitian ini adalah Cu/Zn/Al2O3.
Pada sintesis katalis, penelitian pertama membuat dua jenis katalis dengan
perbandingan mol atom Cu:Zn:Al yang berbeda menggunakan metode kopresipitasi
dari larutan Cu(II), Zn(II) dan Al(III) nitrat yang diendapkan dengan
menambahkan larutan natrium karbonat. Kemudian endapan dicuci, dikeringkan dan
dikalsinasi.Hasil menunjukkan keaktifan katalis yang cukup tinggi pada reaksi
reformasi kukus metanol.
Pada penelitian kedua menggunakan tembaga zink oksida berpenyangga alumina
dengan melakukan impregnasi pada Al2O3, pengeringan dan kalsinasi untuk
dikeringan lebih lanjut, dan dilakukan reduksi untuk mendapat luas permukaan
yang baik.Konsentrasi Cu dalam katalis divariasikan jumlahnya.Hasil penelitian
ini menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi Cu, konversi metanol juga
semakin tinggi.
Kesimpulan
Pada penelitian pertama, dua katalis Cu/ZnO/Al2O3, dengan perbandingan mol
Cu:Zn:Al yang berbeda menunjukkan keaktifan yang cukup tinggi pada reaksi
reformasi kukus metanol pada tekanan atmosfer dan suhu di atas 250oC.
Pada penelitian kedua dengan memvariasikan konsentrasi Cu, didapat bahwa
semakin besar konsentrasi Cu, maka konversi metanol semakin tinggi.
Daftar Pustaka
Husin, Husni dan Yanna S. 2010.
Pembuatan Katalis Cu/ZnO/Al2O3 untuk Proses
Steam Reforming Metanol menjadi Hidrogen sebagai Bahan Bakar Alternatif. Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh
Marsih, I Nyoman, dkk. 2006. Sintesis
Hidrogen dari Metanol
dengan Katalis Cu/ZnO/Al2O3. Institut Teknologi Bandung.
HIDROGEN PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL (PEMFC) DAN SEDIMENT MICROBIAL
FUEL CELL (SMFC)
Adi Prayoga 1112096000050
Mahasiswa Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Jl. Ir. H. Juanda No. 95 Ciputat
15412
Abstrak
Elektrolisis metanol yang menggunakan Proton Exchange Membrane Fuel
Cell (PEMFC) merupakan proses reverse-fuelcell yang menghasilkan hidrogen
sebagai bahan bakar. Salah satu komponen paling penting yang mendukung
efisiensi sel bahan bakar adalah elektrokatalis.Katalis digunakan untuk
mempercepat reaksi hidrogen dan oksigen Analisa katalis dilakukan dengan
menggunakan Cyclic Voltammogram (CV) yang mampu membedakan reaktifitas katalis
pada kondisi dibawah nitrogen dan oksigen dan diketahui bahwa reaktifitas
katalis sintesa lebih tinggi dibandingkan katalis komersial pada kondisi
dibawah oksigen (O2).Desain elektroliser untuk produksi hidrogen dengan menggunakan
PEMFC pun telah ditentukan dengan mengacu pada konsep elektroliser yang
menggunakan tekanan tinggi pada inlet masuk sehingga diperoleh tekanan yang
lebih tinggi pada inlet keluar.Sediment microbial fuel cell (SMFC) merupakan
salah satu bentuk dari biological fuel cell dan turunan dari microbial fuel
cell (MFC) yang dapat mengubah bahan organik kompleks pada sedimen untuk
menghasilkan electron. Beberapa tahapan penelitian yang dilakukan meliputi
karakterisasi sampel sedimen laut, pembuatan rangkaian MFC, pengukuran arus
listrik, karakterisasi substrat MFC, dan isolasi, karakterisasi, serta
identifikasi bakteri. Karakteristik sedimen laut Teluk Jakarta yang digunakan
memiliki bentuk tekstur silty clay loam, kandungan karbon organik sebesar 2,19
%, nitrogen total 0,19 %, dan fosfor 128 ppm. Arus listrik yang dihasilkan SMFC
dengan menggunakan resistor tetap bernilai 820 Ω ± 5 % mencapai puncak produksi
pada hari ke-21 dengan nilai sebesar 139,51 mA/m2 dan keadaan substrat SMFC
berupa kandungan karbon organik sebesar 1,88%, nitrogen total 0,15%, dan fosfor
88 ppm. Adapun hasil isolasi bakteri pada anoda SMFC didapatkan tiga jenis
isolat, yang diduga adalah Aeromonashydrophila, Acinetobacter sp., dan Bacillus
marinu.
PENDAHULUAN
Energi alternatif yang telah menjadi suatu kebutuhan pokok pada
perkembangan ekonomi, merupakan hal yang harus ditelaah mulai dari proses
produksinya hingga penyimpanannya. Proses produksi yang menghasilkan pula gas
karbondioksida (CO2) telah banyak ditinggalkan negara maju. Dalam laporan Tokyo
Gas Co pada tahun 2009, jika proses produksi minyak bumi dianggap 100%
mengeluarkan CO2, maka produksi gasoline, LPG, CNG dan gas hydrogen
berturut-turut adalah 98, 74, 60 dan 44%. Maka dapat terlihat bahwa walaupun gas
hidrogen sebagai energi sekunder (harus diproses dari sumber lain) dalam proses
produksinya sudah menekan CO2 demikian signifikan dibandingkan dengan
pengolahan minyak bumi. Melihat hal tersebut penggunaan hidrogen sebagai sumber
energy baru adalah hal yang mutlak.Penerapan teknologi energi terbarukan sangat
penting untuk mengurangi ketergantungan kita pada bahan bakar minyak (BBM) dan
mengurangi emisi CO2 untuk memperlambat laju pemanasan global. Di masa depan,
hidrogen diharapkan banyak diproduksi sebagai bahan bakar transportasi yang
tidak menyumbang pemanasan global. sebagai salah satu energi alternative yang
paling menarik, hydrogen digunakan dalam fuel cell untuk menghasilkan listrik
atau langsung di internal pembakaran motor. Fuel cell menghasilkan listrik dan
air dari reaksi antara hidrogen dan oksigen.Reaksi ini terjadi tanpa
pembakaran.Secara khusus, polimer elektrolit sel bahan bakar membran (PEMFCs)
telah dikembangkan sebagai alternatif yang menjanjikan untuk konversi energi
digunakan untuk aplikasi mobile dan stasioner karena kompatibilitas lingkungan
mereka dan efisiensi energi tinggi.Salah satu komponen yang paling penting yang
mendukung efisiensi bahan bakar sel adalah elektrokatalis.katalis digunakan
untuk mempercepat reaksi hydrogen dan oksigen untuk membentuk air karena laju
reaksi ini sangat lambat pada kondisi normal. Logam mulia, terutama platina
(Pt), digunakan untuk electrocatalysts.
Produksi Hidrogen
Hidrogen merupakan unsur paling melimpah di alam semesta, dan nomor
tiga terbanyak
di permukaan bumi. Tetapi gas hidrogen murni hampir tidak ada di permukaan
bumi, karena gas hidrogen bereaksi dengan unsur lain membentuk persenyawaan
yang lebih stabil. Kelimpahan persenyawaan hydrogen dalam bentuk air dan bahan
bakar fosil, relative tak terbatas jumlahnya.Karena hidrogen murni hampir tidak
ada, maka hidrogen tidak bisa disebut sebagai sumber energi, tetapi sebagai
energy carrier seperti halnya dengan listrik.Energy carrier merupakan media
yang praktis untuk menyimpan, mentransfer, maupun menggunakan energi.Sebagai
energy carrier, hidrogen harus mudah disimpan, mudah digunakan, dan mudah
dikonversi menjadi berbagai bentuk energi.Hidrogen alam tidak ada di permukaan
bumi, sehingga hidrogen harus dibuat.Pada prinsipnya, hidrogen bisa diperoleh
dengan memecah senyawa yang paling banyak mengandung unsur hidrogen. Sampai
saat ini, produksi hidrogen skala komersial yang paling maju adalah produksi
hidrogen berbasis bahan
bakar fosil dan air. Untuk produksi hydrogen dengan bahan baku
bahan bakar fosil, steamreforming metana merupakan proses yang paling maju di
dunia. Lebih dari 85% kebutuhan hidrogen dunia dipasok dengan sistem produksi
steam reforming metana. Produksi hidrogen dengan bahan baku air yang sudah
komersial adalah proses elektrolisis. Sayangnya, karena proses elektrolisis
membutuhkan listrik dalam jumlah besar sebagai pemicu terjadinya reaksi,
sehingga proses ini memberikan efisiensi termal total yang relatif rendah.
Proses elektrolisis hanya bisa ekonomis jika tersedia listrik dalam jumlah
besar dengan harga murah. Meskipun proses steam reforming sampai saat ini masih
mendominasi, tetapi dimungkinkan akan tergeser oleh proses berbahan baku air,
karena beberapa alasan:
Gas alam bukanlah bahan terbarukan sehingga ada batas keekonmian tertentu
yang memungkinkan sebagai bahan baku, sementara air sebagai bahan baku relative
melimpah dan terbarukan.
Harga gas alam sebagai komoditi energy juga terus meningkat.
Tuntutan lingkungan, mengingat produksi berbasis bahan bakar fosil
akan mengemisi CO2 dalam jumlah cukup besar.
Peran Energi Nuklir
Selama ini industri nuklir berasumsi bahwa listrik merupakan energy
carrier utama, sehingga listriklah produk utama reaktor nuklir sejak
beroperasinya reaktor nuklir pertama di dunia. Di masa depan, asumsi ini boleh
jadi tidak sepenuhnya benar, karena berbagai kajian terbaru menyatakan bahwa
hidrogen bias menjadi energy carrier terbesar pada era tahun 2050-an. Jika
industri nuklir ingin menjadi sumber energi masa depan, industri nuklir harus
mengantisipasi kemungkinan menjadikan hidrogen sebagai salah satu produk utama
reaktor nuklir. Konsep aplikasi energi nuklir sebagai sumber energi bagi
industri telah dikaji lebih dari 50 tahun.Panas produk reaksi fisi nuklir yang
dihasilkan reaktor daya, dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi panas untuk
kebutuhan industri.Berbagai litbang telah dilakukan, dan beberapa diantaranya
sudah mencapai tahap komersial terutama untuk aplikasi reaktor nuklir suhu
rendah (kurang dari 300oC). Aplikasi suhu rendah yang sudah beroperasi
diantaranya adalah proses desalinasi dan district heating di negara-negara
dengan musim dingin panjang. Aplikasi reaktor nuklir suhu medium (500-600oC)
juga terus dikembangkan di negaranegara maju seperti aplikasi panas reactor
pembiak cepat untuk pencairan batubara proses langsung di Rusia. Untuk aplikasi
panas nuklir suhu tinggi, reaktor suhu tinggi berpendingin gas (HTGR) yang
beroperasi pada suhu tinggi (~1000oC) diperkirakan merupakan jenis reaktor yang
sangat potensial menyumbangkan produksi energinya untuk kebutuhan industri.
Contoh aplikasi panas nuklir suhu tinggi antara lain: gasifikasi batubara,
produksi hydrogen. Dari sisi ketersediaan sebagai sumber energi, bahan bakar
nuklir diperkirakan akan mampu memasok energi untuk kebutuhan antara 50-100
tahun, jika diasumsikan daur bahan bakar nuklir sekali pakai (once through)
yang dipakai. Jika dimanfaatkan model daur dengan olah ulang, atau sistem
reactor pembiak, energi nuklir bisa dipakai untuk masa yang relatif tak
terbatas.Disamping itu, energi nuklir merupakan sumber energi yang tidak
mengemisi CO2 ke lingkungan.
Produksi Hidrogen dengan Energi Nuklir
Produksi hidrogen dengan memanfaatkan energi nuklir sebagai sumber
energi akan menguntungkan dari sisi pengurangan penggunaan bahan bakar fosil,
yang berimplikasi langsung pada pengurangan lajuemisi CO2 ke lingkungan.
Sebagai gambaran,proses steam reforming gas alam dengan panasnuklir, akan
menghemat pembakaran gas alamsebagai sumber energi panas. Kebutuhan gasalam
pada proses sebatas sebagai bahan baku,sedang kebutuhan energi panas yang
secarakonvensional dilakukan dengan membakar gasalam, dapat dikurangi dalam
jumlah yang cukupsignifikan.Dalam makalah ini akan dibandingkan 2proses
produksi hidrogen yang sudah komersialyaitu steam reforming dan elektrolisis,
jikaproses tersebut dijalankan dengan energi nuklirsebagai sumber energi. Pada
setiap proses,input yang dibutuhkan adalah bahan baku danenergi nuklir, dengan
output hidrogen danproduk samping, serta kehilangan energy. Efisiensitermal
proses produksi didifinisikan sebagainilai kalor hidrogen yang dihasilkan
dibagidengan total energi yang dibutuhkan untukmemproduksi hidrogen. Energi
yangdibutuhkan dalam proses dapat berupa panas,maupun kerja.
PROSES ELEKTROLISIS
Elektrolisis adalah suatu proses penguraian molekul air (H2O)
menjadi hidrogen(H2) dan oksigen (O2) dengan energi pemicu reaksi berupa energi
listrik. Proses ini dapat berlangsung ketika 2 buah elektroda ditempatkan dalam
air dan arus searah dilewatkan diantara 2 elektroda tersebut. Hidrogen
terbentuk pada katoda, sementara oksigen pada anoda. Selama ini elektrolisis
dikenal sebagai produksi hidrogen dari air yang paling efektif dengan tingkat
kemurnian tinggi,
tapi terbatas untuk skala kecil. Reaksi yang terjadi adalah sebagai
berikut:
Katoda :2H2O + 2e− → H2+ 2OH −
Anoda :2OH − → 
O2+
H2O + 2e−
O2+
H2O + 2e−
Total Reaksi :2 H2O → H2+ O2
O2
Besarnya energi bebas standar, entalpi, dan entropy masing-masing
adalah ΔG = 1,23 V, ΔH = 285,85 kJ/mol, dan ΔS = 70,08 J/kmol. Energi bebas
sebesar 1,23 V merupakan tegangan bolak balik yang menyatakan tegangan minimal
yang diperlukan untuk dapat berlangsungnya reaksi. Total energi (ΔH) yang
diperlukan agar reaksi dapat berlangsung dapat dipasok dengan energi listrik,
energi panas, atau gabungan keduanya. Menurut termodinamika, ΔH bisa diperoleh
dengan rumus ΔG = ΔH - TΔS, dan karena ΔS positif maka kerja yangdiperlukan
dari energy listrik (ΔG) dapatditurunkan dengan mengoperasikan proses pada suhu
yang lebih tinggi. Kondisi Operasi Proses Elektrolisisditunjukkan hubungan
antara suhu operasi proses elektrolisis dengan potensial listrik, semakin
tinggi suhu operasi elektrolisis akan semakin kecil energi listrik yang
dibutuhkan. Keterbatasan teknologi suhu tinggi menyebabkan proses elektrolisis
yang mula-mula dikembangkan beroperasi pada suhu tidak terlalu tinggi (kurang
dari 100oC), sehingga proses elektrolisis yang sudah komersial saat ini adalah
proses dengan suhu rendah. Efisiensi termal proses elektrolisis biasanya
sekitar 75%, tapi karena efisiensi termal konversi panas ke listrik sangat
rendah, sehingga total efisiensi proses ini menjadi sangat rendah hanya sekitar
25%. Maksimum efisiensi termal yang dimungkinkan adalah 45% jika digunakan
sistem dengan efisiensi sel yang tinggi (90%) dan sumber listrik energi nuklir
suhu tinggi yang memanfaatkan turbin gas sebagai perangkat konversi listrik.
Dengan tingkat efisiensi termal produksi listrik 50%, maksimum efisiensi termal
proses elektrolisis dengan energi nuklir adalah 45%.
Microbial fuel cell (MFC)
Microbial fuel cell (MFC) dikenal sebagai teknologi yang dapat
menghasilkan energy listrik melalui proses degradasi bahan organic oleh
mikroorganisme melalui reaksi katalitik atau melalui mekanisme sistem
bioelektrokimia dari mikroorganisme (Logan 2008). Berbagai mikroorganisme
berperan dalam MFC, mulai dari yang bersifat aerob, anaerob fakultatif maupun
anaerob obligat (Kim et al. 2006). MFC mempunyai berbagai kelebihan
dibandingkan dengan teknologi yang menghasilkan energi dari sumber biomasa
lainnya, diantaranya memiliki tingkat esiensi yang tinggi, kondisi operasi yang
lunak, tidak dibutuhkannya energi input, dan dapat diaplikasikan pada berbagai
tempat yang memiliki infrastruktur listrik yang kurang (Rabaey dan Verstraete
2005). Kajian pada bidang perikanan MFC telah dikembangkan sebagai
teknologidalam pengolahan limbah hasil perikanan (Youet al. 2010) dan mengurangi
tingkat pencemaranlingkungan perairan (Oh et al. 2010).Sediment microbial fuel
cell (SMFC)merupakan salah satu model dari MFC (Hong etal. 2009a).SMFC
memanfaatkan mikroorganismeyang terdapat pada sedimen untuk mendegradasibahan
organik (Chae et al. 2009; Pant et al. 2010).Berbagai jenis sedimen telah
dicobakan dalampengembangan SMFC ini, antara lain sedimenestuaria dari dekat
Pantai Raritan USA dansedimen rawa asin dari Tuckerton USA (Reimerset al.
2001), sedimen Danau Ilgam Seoul (Honget al. 2008), sedimen Sungai Gongji (Hong
etal. 2009a), sedimen Danau Sihwa (Hong et al.2009b), sedimen Danau Hussain
Sagar Hyderabaddan sedimen Sungai Uppal Hyderabad (Mohan etal. 2009), serta
sedimen laut Pelabuhan Boston(Holmes et al. 2004).Hasil identi kasi berbagai
mikroorganismeyang banyak ditemukan pada SMFC sedimenlaut, diantaranya
Geobacter chapelleii,Desulfuromonas acetoxidans, dan Geothrixfermentens (Holmes
et al. 2004). Mikroorganismetersebut dapat mengoksidasi bahan organickompleks
pada sedimen dan menghasilkan elektron yang dapat dimanfaatkan sebagai
sumberenergi listrik akibat beda potensial yang terjadi.Elektron tersebut
mengalir dari bagian anoda kekatoda dan bereaksi dengan oksigen membentukair
pada katoda (Lovley 2006).Bagian utama rangkaian SMFC umumnyaterdiri atas
anoda, katoda dan peralatan elektronik(Logan et al. 2006). Berbagai bahan anoda
yangtelah dicobakan pada MFC adalah perak (Liu danMattiasson 2002), stainless
steel (Dumas et al.2007), dan platina (Schroder 2007), namun SMFCumumnya menggunakan
karbon sebagai bahananoda, karena cocok untuk pertumbuhan bakteri,mudah
dihubungkan dengan kabel dan harganyayang relatif murah (Logan 2008; Scott et
al. 2008).Posisi anoda biasanya ditanam dalam sedimen,selanjutnya memanfaatkan
mikroorganisme yangterdapat di dalamnya.Secara umum, sedimen laut diketahui
memilikiperanan yang besar sebagai sumber bahan organicbagi berbagai kehidupan
vegetasi laut (Pancostdan Boot 2004).Selain itu, sedimen laut
berpotensimenghasilkan senyawa kimia baru yang memilikiberbagai aktivitas
biologis (Mead et al. 2005).Rochelle et al. (1994) bahkan menyatakan
bahwasedimen laut memiliki peranan penting dalamsiklus karbon dan nutrien bagi
kehidupan di dunia.Berdasarkan penelitian Ryckelyck et al. (2005)dan Hong et
al. (2009a), sedimen laut mengandungberbagai macam unsur bahan organik yang
tinggidan kompleks dengan kandungan mencapai 0,5-20% berat kering. Selanjutnya
Mucci et al. (2000)melaporkan bahwa sedimen laut pada kedalaman1 m memiliki
kandungan karbon organik sebesar4,69%, fosfor 38 ppm, dan arsenik 29
mmol/gram.Potensi yang besar akan kandungan bahanorganik pada sedimen perairan
laut di Indonesiayang beriklim tropis (Baumgarta et al. 2010),menjadikan
pengembangan SMFC laut tropis salahsatu alternatif teknologi yang menjanjikan,
selainitu diharapkan dengan teknologi ini permasalahanpencemaran perairan dapat
juga diatasi, sepertilogam berat (Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, Cr, Ni, V, and
As),komponen organotin compounds (OTs), tributyltin(TBT), dan monobutyltin
(MBT) untuk perairanpesisir (Williams et al. 2000). Berbagai bentukdan struktur
geologi perairan Indonesia, keadaanoceanogra, keanekaragaman organisme,
tingkatpolutan, dan sebagainya yang ada pada masingmasingkawasan perairan
Indonesia, memerlukanadanya kajian awal yang tepat untuk menentukankarakteristik
terhadap sedimen perairan, modelteknologi SMFC yang digunakan dan bentuk
sertajenis mikroorganisme SMFC yang nantinya akandikembangkan.Tujuan dari
penelitian ini ialah menentukankarakteristik sedimen laut tropis Indonesia
yangberasal dari perairan Teluk Jakarta, menghitungjumlah arus listrik (dalam
bentuk konversi currentdensity) yang dapat dihasilkan melalui SMFCserta
mengisolasi dan mengidentifikasi bakteripada anoda SMFC yang berasal dari
sedimen lautTeluk Jakarta.
HASIL PEMBAHASAN
Pembuatan prototype portable elektrolisa metanol/etanol yang
menggunakan metode drier dan umpan balik produk samping yang berupa CO2 pada
tangki bahan bakar, serta komponen elektroniknya akan disempurnakan pada tahun
akhir kegiatan ini. Dimana penggabungan PEM stack, drier, tangki bahan bakar,
perangkat elektronik serta komponen pengatur lainnya akan diletakkan pada satu
kotak portable yang akan dihubungkan dengan 1 kW solar cell yang disediakan
oleh P.T. Infratech Indonesia. Bahan bakar yang dipakai adalah larutan methanol
maupun etanol untuk mendapatkan gas hydrogen lebih besar yang dapat dikontrol
dan diatur kandungannya, dan bertekanan tinggi sehingga mudah untuk disimpan.
Hidrogen yang dapat disimpan akan sangat berbeda dengan sistim penyimpanan listrik
pada baterai, dimana umumnya baterai akan drop jika tidak ada pemakaian secara
kontinyu serta discharge baterai tidak diperbolehkan sampai kosong. Kelebihan
gas hidrogen yang tersimpan adalah bahwa gas akan bertahan sampai kapan pun
serta kapan saja akan digunakan, serta dalam jumlah yang terus-menerus
bertambah walau dalam satu tabung penyimpanan. Desain elektroliser telah
ditentukan dengan mengacu pada konsep elektroliser yang menggunakan tekanan
tinggi pada inlet masuk sehingga mendapatkan tekanan yang lebih tinggi pada
inlet yang keluar. Prototipe elektrolisa mencakup berbagai komponen yang bisa
didapat di lokal dan stack inti elektroliser menggunakan jenis PEM fuel cell,
dengan desain yang ditentukan dan diproduksi di lokal.
Pada proses steam reforming
memilki perbandingan mencakup keuntungan dan kerugian, efisiensi termal, dan
perkiraan awal biaya produksi. Bahwa proses steamreforming merupakan proses
yang paling murah, bahkan jika proses tersebut mengimplementasikan pemanfaatan
energy nuklir sebagai sumber energi panas. Dari aspek keselamatan, proses
elektrolisis lebih aman dari paparan radioaktif mengingat energi nuklir yang
dibutuhkan adalah dalam bentuk listrik. Sedang pada proses steam reforming,
karena energi yang dibutuhkan dalam bentuk panas nuklir yang dibawa oleh
pendingin reaktor suhu tinggi, maka pabrik harus berlokasi di dekat reaktor
nuklir. Perlu kajian serius terkait dengan kemungkinan aliran kontaminasi
radioaktif dari zona nuklir ke zona proses, dan sebaliknya dari zona kimia ke
zona nuklir. Dari sisi implementasi proses, elektroisis lebih siap karena yang
dibutuhkan hanya listrik untuk menjalankan proses. Sementara untuk proses steam
reforming, masih dibutuhkan sejumlah kajian mengingat reaktor suhu tinggi HTGR
belum ada yang beroperasi secara komersial. Meskipun begitu, pabrik skala
demonstration plant akan segera dioperasikan pada awal dasawarsa 2010 di Jepang
dengan memanfaatkan reaktor suhu tinggi skala riset. Jika era energi hidrogen
segera masuk, proses elektrolisis dan proses konvensional steam reforming
(energi panas bahan bakar fosil) diperkirakan menjadi andalan proses yang
paling siap. Peran energi nuklir masih sebatas sebagai penyedia listrik yang
murah atau kompetitif untuk menjalankan proses elektrolisis. Kolaborasi pabrik
hidrogen dengan operator pembangkit listrik, diharapkan dapat memanfaatkan peak
off beban listrik, sehingga proses
elektrolisis dapat diproduksi menggunakan listrik pada harga yang murah. Peran
energi nuklir baru akan optimal jika reaktor HTGR telah beroperasi secara
komersial sebagai penyedia energi panas untuk proses steam reforming. Disamping
itu pemanfaatan reaktor nuklir maju HTGR yang efisiensi termalnya tinggi juga
akan meningkatkan efisiensi termal proses elektrolisis.
Produksi Arus pada Sediment Microbial Fuel Cell (SMFC) jumlah arus
listrik yang dihasilkan pada hari pertama pengukuran ialah sebesar 89,28 mA/m2,
kemudian menurun secara drastis pada hari kedua menjadi 19,53 mA/m2,
selanjutnya meningkat dan mencapai puncak pada hari ke- 21, yaitu sebesar
139,51 mA/m2.Tingginya arus listrik yang dihasilkan pada hari pertama, diduga
disebabkan adanya akumulasielektron yang telah ada pada sedimen, sedangkan
peningkatan jumlah arus listrik dari hari kedua dan seterusnya diduga merupakan
hasil dari aktivitas dan jumlah mikroorganisme pada sedimen yang makin
meningkat.Penurunan jumlah arus listrik menjelang akhir pengukuran disebabkan
bahan organik yang terdapat di sekitar anoda berkurang. Transfer massa pada
pembentukan sedimen menjadi faktor pembatas dalam produksi energy menggunakan
SMFC ini (Reimers et al. 2001). Kinerja SMFC dipengaruhi oleh kecepatan
degradasi substrat, kecepatan transfer elektron dari bakteri ke anoda, transfer
proton dalam larutan (Liu et al. 2005), aktivitas mikroorganisme, dan substrat
yang digunakan (Chauduri dan Lovley 2003), selain itu, jenis bahan dan struktur
anoda berdampak pada penempelan mikroorganisme, transfer elektron, dan pada
beberapa kasus, oksidasi substrat (Watanabe 2008).Berdasarkan kondisi yang ada,
produksi arus listrik yang dihasilkan termasuk tinggi, hal ini diduga
disebabkan dari sumber sedimen yang digunakan, yaitu sedimen laut. Hong et al.
(2010)dalam penelitiannya menggunakan sedimen sungai sebagai substrat SMFC
melaporkan bahwa arus listrik maksimal yang dihasilkan adalah sebesar 20,2
mA/m2, sedangkan penelitian Holmes et al. (2004) yang menggunakan sedimen laut
sebagai substratnya, menghasilkan arus listrik maksimal sebesar 30 mA/m2.
Selanjutnya Lowy et al. (2006) mencatat bahwa perairan lautmemiliki konduktivitas
listrik sebesar 50,000 S/ cm dibandingkan perairan tawar, yaitu sebesar500
S/cm. Chae et al. (2009) melaporkan bahwa tingginya arus listrik yang
dihasilkan diduga juga sangat dipengaruhi oleh karakteristik substrat dan
jumlah bahan organik yang terdapat padasedimen serta jenis mikroorganisme
dominan dalam SMFC, hal ini diperkuat juga oleh Holmeset al. (2004) yang
mencatat bahwa sedimen perairan tawar didominasi oleh bakteri dari
familyGeobacteraceae, sedangkan sedimen laut oleh bakteri Desulfobulbaceae.
Substrat sedimen SMFC secara visual mengalami perubahan warna,
yaitu dari hijau kehitaman menjadi coklat muda.Warna hitam umumnya diduga
mengindikasikan jumlah bahan organic pada sedimen lebih tinggi dibandingkan
dengan sedimen yang bewarna coklat (Voroney 2007).Jumlah bahan organik pada
sedimen mengalami penurunan setelah digunakan sebagai substrat SMFC. Perubahan
kandungan bahan organik, meliputi penurunan kadar karbon, nitrogen, dan fosfor
serta peningkatan nilai pH, hal ini menunjukkan kecepatan transfer proton (H+)
dari sedimen ke air laut lebih cepat dibandingkan pembentukan proton pada
sedimen.Hasil isolasi pada media APW (alkaline peptone water) padat diperoleh 3
(tiga) kolonibakteri yang dapat hidup selama proses isolasi(dapat dikulturkan),
yaitu isolat m2, m5, dan m6. Hasil karakterisasi ketiga isolat
denganmenggunakan Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology, 9th Ed (Holt
et al. 1994) diperolehbahwa bakteri isolat m2 diduga termasuk dalamkategori
bakteri Grup 5, yaitu bakteri Gramnegatif berbentuk batang yang bersifat
fakultatif anaerobik dan diduga termasuk dalam genus bakteri Aeromonas sp.
Isolat m5 diduga termasukdalam kategori bakteri Grup 4, yaitu bakteriGram
negatif berbentuk batang dan kokus yangdapat tumbuh pada kondisi aerob dan beberapaanggotanya
bersifat mikroaerolik dan diduga termasuk dalam genus bakteri Acinetobacter
sp., sedangkan isolat m6 diduga termasuk dalam kategori bakteri Grup 18, yaitu
bakteri endospore Gram positif berbentuk batang dan diduga termasuk dalam genus
bakteri Bacillus sp. Identikasi dengan menggunakan GN-IDIdentication
memperlihatkan bahwa untuk isolate m2, nilai positif diperoleh pada hasil uji
oksidase, nitrat, H2S, glukosa, ONPG, indol, sitrat, TDA, gelatin, malonat,
sorbitol, dan sukrosa. Database software Microbact 2000 memperlihatkan bahwa
pada isolat m2 dapat dinyatakan sebagai bakteri Aeromonas hydrophila dengan
presentase sebesar 97,45%, selanjutnya untuk isolat m5 memperlihatkan
bahwa nilai positif diperoleh pada hasil uji katalase, H2S, glukosa, indole,
sitrat, TDA, gelatin, malonat, dan arginin, hasil uji tersebut masih belum
mencukupi data untuk memberikan dugaan terhadap spesies yang ada, sehingga
masih diperlukan uji lanjut yang lebih memadai. Isolat m6 memperlihatkan bahwa
hasil pengujian bernilai positif pada uji oksidase, katalase, nitrat, glukosa,
manitol, ONPG, urease, V-P, sitrat, TDA gelatin, malonat, sorbitol, salisin,
dan arginin, hasil uji ini juga masih belum mencukupi data untuk memberikan
dugaan terhadap spesies yang ada, namun dengan menggunakan telaah yang terdapat
dalam Bergey’s Manual of DeterminativeBacteriology, 9th Ed (Holt et al. 1994)
dan hasil penelitian Rüger et al. (2000), dugaan isolat m6 mirip dengan
Bacillus marinus, DSM 1297T.
KESIMPULAN
Metode ITPIS efektif menghasilkan struktur katalis yang merata dan
tidak menumpuk sehingga saat diaplikasikan dalam MEA untuk fuel cell Platina
akan semakin reaktif dan bereaksi secara optimum karena tidak tertutup oleh
polimer
Peralatan penampung metanol, pengering yang berupa molekular sieve
dan zeolite, berbagai ukuran valve dan sebagainya dihasilkan akan menempelkan
single fuel cell stack yang kemudian akan dihasilkan hydrogen
Efisiensi termal proses steam reforming jauh lebih tinggi daripada
proses elektrolisis, sehingga perkiraan biaya produksi hydrogen juga jauh lebih
murah
Proses elektrolisis dan steam reforming konvensional yang akan
memainkan peran utama sebagai proses produksi hidrogen.
Proses elektrolisis menguntungkan dari sisi ketersediaan bahan baku
yang melimpah, dan dari sisi emisi gas CO2 yang relative kecil. Proses
elektrolisis juga potensial untuk produksi skala kecil pada daerah terpencil,
ketika pasokan hydrogen terkendala proses penyimpanan dan atau transportasi.
Aplikasi energi nuklir pada proses steam reforming menguntungkan
dari sisipenghematan pembakaran bahan bakar fosil,yang berimplikasi pada
pengurangan lajuemisi CO2.
Karena beroperasi pada suhu tinggi, HTGR menjanjikan efisiensi
termal produksi listrik yang tinggi. Pemanfaatan listrik HTGR dengan proses
elektrolisis akan meningkatkan efisiensi termal proses elektrolisis.
Teluk Jakarta dapat menghasilkan arus listrikyang dihasilkan dari bakteri pada anoda SMFC
dengan ciri-ciri yang diduga mendekati antara lain spesies Aeromonashydrophila,
Acinetobacter sp., dan Bacillus marinus.
DAFTAR PUSTAKA
Baumgart A, Jennerjahn T, Mohtadi M, Hebbeln D. 2010. Distribution
and burial of organic carbon in sediments from the Indian Ocean upwelling
region of Java and Sumatra, Indonesia. Deep Sea ResearchPart I: Oceanographic
Research Papers 57 (3): 458-467.
Chae KJ, Choi MJ, Lee JW, Kim KY, Kim IS. 2009. Effect of different
substrates on the performance, bacterial diversity, and bacterial viability in
microbial fuel cells. Bioresource Technology 100 (14):3518-3525.
Chaudhuri SK, Lovley DR. 2003. Electricity generation by direct
oxidation of glucose in mediatorless microbial fuel cell. Nature Biotechnology
21:1229- 1232.
Dumas C, Mollica A, Feron D, Baseguy R, Etcheverry L, Bergel A.
2007. Marine microbial fuel cell : use of stainless steel electrodes as anode
and cathode materials. Electrochimica Acta 53 (2):468-473.
CROSBIE, L. M., 2003, CHAPIN, D., “Hydrogen Production by Nuclear
Heat, GENES4/ ANP2003”, Sep. 15-19, 2003 , Kyoto, JAPAN
US-DOE, 2002, “National Hydrogen Energy Roadmap”, National Hydrogen
Energy Roadmap Workshop, Washington DC.
CHARLES, W. F., 2002, “Hydrogen, electricity, and nuclear power”,
Nuclear News, Sept.
IAEA-TECDOC 1085, 1999, “Hydrogen as an Energy Carrier and Its
Production by Nuclear Power”, IAEA Publication, Vienna.
SATO, S, 1979, Thermochemical Hydrogen Production, in
Solar-hydrogen Energy system, (ed.) T. Ohta, Pergamon Press,Oxford.
ATTILIO, B., and SHARON, B., 1995, Encyclopedia of Energy
Technology and theEnvironment, Volume 3, John Wiley & Sons, Inc., New York.
WALTER, L., WADE, S., LEWIS, D., 2002,“Transition to a
Nuclear/Hydrogen Energy System”, World Nuclear Association Annual Symposium,
London.
FUJIMOTO, N., SAIKUSA, A., HADA, K., SUDO, Y., 1992, “Safety
Analysis and Considerations for HTTR Steam Reforming Hydrogen/Methanol
Co-production System”, Technical Committee Meeting on High Temperature
Application of Nuclear Energy, Oarai, Japan.
FUJIMOTO, N., FUJIKAWA, S., HAYASHI, H., NAKAZAWA, T., IYOKU, T.,
KAWASAKI, K., 2005, “Present Status of HTTR Project, Achievement of 950C of
Reactor Outlet Cooolant Temperature”, GTHTR300C for Hydrogehn Cogeneration,
OECD/NEA 3rd Information Exchange Meeting on the Nuclear Production of
Hydrogen, Oarai.
MASAO, H., SHIOZAWA, S., 2005, “Research and Development for
nuclear production of hydrogen in Japan”,OECD/NEA 3rd Information Exchange
Meeting on the Nuclear Production of Hydrogen, Oarai.
KEMAJUAN
PENELITIAN DI LiBH4 UNTUK PENYIMPANAN HIDROGEN
Mia Adha 1112096000051
Mahasiswi Program Studi Kimia, Fakultas Sains
dan Teknologi,
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah
Jakarta
Jl. Ir. Juanda No. 95 Ciputat 15412
adhamhya@gmail.com
Abstrak
Hidrogen dianggap sebagai calon yang ideal
sebagai pembawa energi untuk aplikasi mobile dan stasioner .Namun, kurangnya
teknologi penyimpanan hidrogen onboard yang efisien menjadi salah satu kendala
besar yang menghambat aplikasi industri mereka.Borohidrida Lithium (LiBH4)
telah menarik banyak perhatian sebagai bahan penyimpanan hidrogen dengan
kapasitas hidrogen gravimetri tinggi. Ini naskah tentang LiBH4
mencakup sintesis, hidrolisis, struktur, dinamika, senyawa antara, dan
de/rehydrogenation sifat perbaikan LiBH4. LiBH4 dapat
disintesis dengan beberapa metode , misalnya , sintesis langsung dari
unsur-unsur . Dalam hidrolisis LiBH4 dengan pembebasan gas hidrogen , produk
sampingan akan berbeda dalam kondisi yang berbeda . Secara struktural, LiBH4
memiliki empat fase yang berbeda dalam percobaan : Pnma, P63mc, Ama2 dan Fm -
3m. Dinamis , suhu ( HT ) fase tinggi LiBH4 adalah lithium -ion konduktor cepat
. Dalam reaksi desorpsi hidrogen dari LiBH4 , Li2B12H12 antara senyawa antara
yang mungkin dipelajari paling . Beberapa metode telah diusulkan untuk
meningkatkan de/rehydrogenation sifat LiBH4 .Metode pertama adalah
"destabilisasi" dari LiBH4 tersebut. Yang kedua adalah penggunaan
katalis . Yang ketiga adalah nanoscaffolding penggabungan . De/rehydrogenation
sifat LiBH4 telah berubah jauh melalui upaya-upaya besar peneliti dalam
beberapa tahun terakhir.
Kata Kunci : LiBH4, Penyimpanan Hidrogen
Abstract
Hydrogen is considered as the ideal candidate
as an energy carrier for both mobile and stationary applications. However, the
lack of efficient onboard hydrogen storage technology is becoming one of great
obstacles impeding their industrial applications. Lithium borohydride (LiBH4)
has been attracting a great deal of attention as a hydrogen storage material
with high gravimetric hydrogen capacity. This manuscript about LiBH4 includes
the synthesis, hydrolysis, structure, dynamics, intermediate compound, and the
de/rehydrogenation properties improvement of LiBH4. LiBH4 can be synthesized by
several methods, for example, direct synthesis from elements. In the hydrolysis
of LiBH4 with the liberation of hydrogen gas, the byproduct will be different
under different conditions. Structurally, LiBH4 has four different phases in
experiment: Pnma, P63mc, Ama2 and Fm-3m. Dynamically, the high temperature (HT)
phase of LiBH4 is a lithium fast-ion conductor. In the hydrogen desorption
reaction of LiBH4, Li2B12H12 among the possible intermediate compounds is
studied the most. Several methods have been proposed to improve the
de/rehydrogenation properties of LiBH4. The first method is “destabilization”
of the LiBH4. The second one is the use of catalyst. The third one is nanoscaffolding
incorporation. The de/ rehydrogenation properties of LiBH4 have been changed
considerably through the great efforts of researchers in recent years.
Keyword : LiBH4, Hydrogen Storage
PENDAHULUAN
Yang tak terelakkan habisnya cadangan minyak bumi dan
energi tak terbarukan lainnya memerlukan pengembangan sumber energi baru.
Hidrogen akan ideal sebagai bahan bakar sintetis karena ringan , sangat
berlimpah dan produk oksidasi (air) ramah lingkungan. Sebuah ekonomi hidrogen
di masa depan memerlukan padat , aman, efisien dan reversibel bahan penyimpanan
hidrogen. Media Solid-state merupakan alternatif menguntungkan untuk
penyimpanan reversibel dan aman dibandingkan dengan baik tangki hidrogen cair
atau gas hidrogen terkompresi, yang keduanya membutuhkan sejumlah besar energi
dan dapat menimbulkan risiko keamanan serius. Selain itu, kapasitas 5,5 wt. %
Dianggap sebagai target untuk penyimpanan hidrogen onboard, oleh Departemen
Energi AS (DOE) untuk tahun 2015. Berbagai bahan penyimpanan hidrogen, seperti
hidrida logam, bahan nanocarbon , hidrida logam kompleks dan kerangka kerja
metalorganik (MOFs), telah diselidiki. Di antara bahan-bahan ini , LiBH4
adalah salah satu bahan yang menjanjikan untuk penyimpanan hidrogen karena yang
gravimetri tinggi dan volumetrik hidrogen kepadatan 18,5 wt. % Dan 121 kg
H2/m3, masing-masing [ 3E7 ]. Dalam tulisan ini , kami meninjau kemajuan
terbaru dalam LiBH4, termasuk sintesis, hidrolisis, struktur,
dinamika, dan senyawa intermediate LiBH4. The desorpsi hidrogen dari LiBH4
perlu kondisi yang keras. Ada beberapa metode untuk meningkatkan de /
rehydrogenation sifat LiBH4 .Metode pertama adalah "destabilisasi"
dari LiBH4 tersebut. Sistem dari borohydrides bimetal , LiBH4 dan hidrida,
LiBH4 - LiNH2, LiNH2 MgH2 - LiBH4, hidrida dan boride, dan teori kerapatan
fungsional (DFT) hasil perhitungan terakhir. Yang kedua adalah penggunaan
katalis . Kami meninjau sistem LiBH4 , LiBH4 - MgH2 , LiBH4 dan bahan lainnya
dengan penambahan katalis . Yang ketiga adalah nanoengineering untuk membatasi
LiBH4 di perancah mesopori atau campuran LiBH4 dengan nanotube dan gel
mesopori. Hasil penelitian terbaru juga dikaji .
HASIL DAN
PEMBAHASAN
2.1
Synthesis
LiBH4 adalah seperti garam dan peka terhadap
lembab tidak oksigen, yang merupakan bahan kristal dengan titik leleh pada 2750C
atau 2780C dan kepadatan 0.681 atau 0,66 g cm3 pada 250C.
Pada tahun 1940, Schlesinger et al. disintesis LiBH4 oleh reaksi etil lithium
dengan diborane (B2H6).
2.2
Hydrolysis
Hidrolisis didefinisikan sebagai reaksi hidrida dengan
air untuk membebaskan gas hidrogen. Aiello et al, mempelajari LiBH4
untuk produksi hidrogen melalui hidrolisis dengan uap, dan menunjukkan bahwa
LiBH4 memiliki potensi untuk menjadi senyawa penyimpanan hidrogen berguna.
Hidrolisis organik dikombinasikan LiBH4 dan NaBH4 dipelajari
oleh Aiello et al. pada tahun 1998.Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan
reaksi kurang kekerasan, senyawa ini berhasil untuk menghasilkan hidrogen.Kong
dkk, menemukan bahwa LiBH4 tidak bereaksi dengan uap air pada suhu kamar.
Hidrolisis LiBH4 tinggi eksotermik dan dapat membuat suhu bejana reaksi menimbulkan 2020C.
Reaksi hidrolisis LiBH4 adalah:
LiBH4 + 4H2O à LiOH + H3BO3 + 4H2 dan
LiBH4 + 2H2O à LiBO2 + 4H2
Hal ini menunjukkan bahwa hasil H2 oleh reaksi
hidrolisis LiBH4 dipercepat dengan menambahkan small amount air (H2O
/ LiBH4 ¼ 0.3e2 mol / mol). Zhu et al.
menemukan bahwa reaksi hidrolisis LiBH4 cepat, tetapi tidak pernah menghasilkan
lebih dari 50% dari hasil teoritis karena produk membentuk suatu massa yang
solid dan kedap menyumbat bejana reaksi, sehingga membatasi pemanfaatan
penuh dari hidrida.
2.3
Structure
Pada tahun 1947, Harris et al. melaporkan bahwa LiBH4
memiliki orthorhombic structure (grup ruang Pcmn) dengan dimensi sel ¼ 6.81A°,
b ¼ 4.43A°, dan c ¼ 7.17A°. Soulie ' et al. melaporkan bahwa LiBH4 memiliki
simetri ortorombik ( grup ruang Pnma, sebuah ¼ 7,17858 A°, b ¼ 4,43686 A°, c ¼
6,80321 A°) oleh synchrotronX difraksi serbuk sinar- pada suhu kamar. Dalam
struktur ini masing-masing [ BH4 ]- anion dikelilingi
oleh empat lithium Lith kation dan setiap Lith oleh empat [ BH4 ]-,
baik dalam konfigurasi tetrahedral. The [ BH4 ]- ion yang
sangat terdistorsi dari geometri tetrahedral yang ideal. Pada 408 K struktur
Pnma berubah menjadi fase heksagonal (grup ruang P63mc, sebuah ¼ 4.27631A°, c ¼
6.94844A°). Namun, struktur ini P63mc ditemukan memiliki mode imajiner normal
getaran dalam perhitungan teoritis dan struktur monoklin dengan simetri
kelompok Cc diusulkan untuk fase suhu tinggi LiBH4 .
Menggunakan perhitungan DFT, Frankcombe dkk.menemukan
Struktur Pnma menjadi yang paling stabil dari semua tahapan dianggap untuk
tekanan di bawah 1,0 GPa , di atas yang struktur P2/c menjadi lebih stabil.
Berdasarkan struktur terkait erat jenis , Vajeeston dkk. mengusulkan bahwa LiBH4 mungkin
memiliki struktur P42/nmc dan P - 421c. Hartman et al. diselidiki struktur
kristal dari LiBH4 menggunakan bedak neutron difraksi . Mereka menemukan
struktur Pnma dengan hampir ideal tetrahedral [ BH4 ]- ion untuk
struktur suhu rendah dan struktur P63mc untuk fase suhu tinggi . itu fase
transisi terjadi pada 384 K. Filinchuk dkk. naik hasil yang hampir sama dengan
Hartman et al. menggunakan satu kristal sinkrotron difraksi , tetapi fase
transisi suhu 381 K.
Filinchuk et al. menemukan bahwa pada suhu kamar dan
tekanan 1.2e10 GPa , LiBH4 membentuk sebuah fase baru dengan struktur Ama2
pseudotetragonal. Dimana atom Li yang tetrahedrally dikoordinasikan oleh
kelompok BH4 dan kelompok BH4 memiliki sama sekali baru
hampir persegi planar koordinasi oleh empat atom Li. Di atas 10 GPa , LiBH4
membentuk fase kubik dengan struktur Fm - 3m . Atom Li dan BH4 kelompok
oktahedral dikoordinasikan . Baru-baru ini , berdasarkan pertama-prinsip
perhitungan teori fungsional kepadatan , struktur orthogonal stabil baru dengan
Pnma simetri ditemukan ( parameter kisi , sebuah ¼ 8,484 A ° , b ¼ 4,348 A ° ,
c ¼ 5.750 A ° ) . Untuk struktur suhu tinggi , baru monoklinik P2 / c struktur
disarankan.
2.4 Dynamics
Untuk memahami mekanisme dehidrogenasi dengan baik,
penyelidikan intensif pada dinamika telah dilakukan, termasuk rotasi dan
gerakan getaran BH4 tetrahedra, gerakan atom H, Li, dan B ;
pertukaran Hed di BH4 unit [ 35,40 E42 , 51e79 ]. Pada suhu rendah
(LT) fase LiBH4, gerak reorientational dari kelomok BH4 yang cepat
dan mengontrol kisi berputar waktu relaksas. Difraksi dalam tahap HT melaporkan
ellipsoids termal besar dari atom D, menunjukkan gangguan orientational dalam
fase ini. Pada tahap HT dari LiBH4, gerakan BH4-
ion didominasi oleh 900 reorientasi sementara itu menampilkan
perilaku tiga kali lipat lonjakan fase LT dari LiBH4. Dalam keadaan padat ,
difusi melompat rotasi BH4 unit pada skala picosecond. Tahap
transisi pada 383 K disertai dengan peningkatan mendadak dari gerak
rotasi.Dalam keadaan cair, difusi translasi dari BH4 ion diamati. Koefisien difusi
diukur berada dalam 10-5 cm2 s-1 Kisaran pada
suhu sekitar 700 K. Lanskap energi potensial untuk rotasi BH4
menunjukkan bahwa cukup lokal minima dan hambatan yang lebih tinggi dari 0,6 eV
ada di fase LT, yaitu, memerintahkan BH4 ion. Struktur HT menunjukkan
hambatan dangkal w0.2 eV tanpa berbeda energi minimum, yaitu, orientasi BH4
kesatuan tidak dapat tepat didefinisikan.
2.4
Intermediate
compound
Pada tingkat pemanasan rendah 0,5 dan 1 K min 1, tiga
puncak desorpsi berbeda dari LiBH4 diamati. Hal ini menunjukkan
bahwa desorpsi reaksi hidrogen dibagi menjadi setidaknya tiga langkah dengan
produk antara.tahapan tersebut jalur
reaksi bersama-sama dengan pembentukan senyawa antara mungkin menjelaskan suhu
reaksi tinggi dan kinetika lambat. Perhitungan pertama-prinsip menyarankan
bahwa monoklinik Li2B12H12 adalah yang paling stabil di antara kandidat bahan
setengah. Pembentukan Li2B12H12 diamati selama desorpsi LiBH4 oleh pengukuran
Raman dan spektroskopi NMR .
2.5
Dehydrogenation/rehydrogenation
properties improvement of LiBH4
Evolusi utama hidrogen mulai di atas 3800C dan
hanya rilis setengah dari hidrogen di bawah 6000C. Entalpi DH dan DS
entropi dari dehidrogenasi yang ditemukan 74 kJ mol-1 H2
dan 115 JK ? 1 mol-1H2 , masing-masing, berdasarkan pada
tekanan - konsentrasi - suhu ( PCT ) isoterm pengukuran [ 15 ] . Reaksi
desorpsi hidrogen LiBH4 adalah reversibel , di mana produk akhir LiH dan boron
menyerap hidrogen pada 6000C dan 35 MPa untuk membentuk LiBH4.
penyerapan Reaksi membutuhkan waktu yang lama (> 12 jam) dan belum tentu
selesai. Kondisi ini terlalu tinggi untuk memenuhi kebutuhan operasi sel bahan
bakar .Telah diusulkan beberapa metode untuk meningkatkan de / rehydrogenation
sifat LiBH4. Metode pertama berkaitan dengan penambahan logam, logam halida,
oksida, amida, atau hidrida logam untuk membentuk komposit atau paduan setelah
dehidrogenasi . Pendekatan ini juga disebut sebagai " destabilisasi "
dari LiBH4 tersebut. Pendekatan kedua adalah penggunaan katalis.Metode ketiga
adalah nanoengineering untuk membatasi LiBH4 di perancah mesopori atau campuran
LiBH4 dengan nanotube dan gel mesopori.
KESIMPULAN
Tinjauan ini memberikan kemajuan penelitian di LiBH4
termasuk sintesis, hidrolisis, struktur, dinamika, senyawa antara, dan
de/rehydrogenation sifat perbaikan LiBH4. Ada beberapa cara untuk
mensintesis LiBH4. Dalam hidrolisis LiBH4 dengan
pembebasan gas hidrogen, produk sampingan akan bervariasi dengan proporsi yang
berbeda dari LiBH4 dan air serta perubahan suhu. Secara struktural,
struktur suhu rendah LiBH4 adalah Pnma, struktur suhu tinggi
eksperimental P63mc .Pada suhu kamar dan di bawah tekanan tinggi, LiBH4
bentuk Ama2 dan struktur Fm - 3m. Dinamis, kami menelaah dinamika LiBH4
termasuk rotasi BH4 kelompok, gerakan atom H, Li, dan B, dan Hed
tukar dalam BH4 unit. Hal ini ditemukan bahwa LiBH4 exhibites
konduktivitas listrik yang tinggi karena superionik konduksi Li dan mungkin
penting bagi negara aplikasi baterai lithium padat.Sulit bagi reversibilitas
penuh LiBH4. The tahapan jalur reaksi bersama-sama dengan
pembentukan senyawa intermediate LiBH4 dalam hidrogenasi dan
dehidrogenasi mungkin menjelaskan suhu reaksi tinggi dan kinetika lambat. Salah
satu senyawa antara belajar yang paling adalah Li2B12H12
dengan struktur Pa - 3.
Ikatan ionik dan kovalen yang kuat dalam LiBH4
serta konfigurasi ikatan juga meningkatkan energi aktivasi untuk difusi dan
menghasilkan hidrogen lambat penyerapan kinetika. Keterbatasan lain untuk
aplikasi bisa menjadi pelepasan gas diborane selama dekomposisi yang
menyebabkan hilangnya boron. Beberapa metode telah diusulkan untuk meningkatkan
sifat penyimpanan hidrogen dari LiBH4 dan ada eksperimen yang
cukup.Ia telah menemukan banyak borohydrides bimetal kurang stabil baru, dan
campuran reaktif banyak menunjukkan kandungan hidrogen reversibel tinggi dan
suhu dari de/rehydrogenation banyak unggul borohydrides murni. Sifat
termodinamika dan kinetika LiBH4 telah ditingkatkan dengan
nanoscaffolding.Dengan demikian, lanskap lapangan telah berubah selama 5 tahun
terakhir.
Namun, banyak tantangan masih terbuka lebar di lapangan
dan banyak pekerjaan ini harus dilakukan, seperti mengurangi ukuran butir,
mengembangkan sistem baru, mencari dopan dan katalis yang cocok , menemukan
perancah nanoporous menguntungkan, membuat lebih Penelitian tentang struktur
mekanisme dan kristal yang terlibat dalam penyimpanan hidrogen dan rilis,
mengurangi pelepasan gas diborane dan produk samping lainnya, yang dapat
berkontribusi untuk aplikasi praktis dari LiBH4 dan lainnya hidrida
kompleks.
DAFTAR PUSTAKA
C. Li, P. Peng, D.W. Zhou, L. Wan. (2011). Research progress in LiBH4 for hydrogen
storage: A review [Electronic
version]. international journal of hydrogen energy 36. 14512e14526
Schlesinger HI, Brown HC. Metallo
borohydrides. III. Lithium borohydride. J Am Chem Soc 1940;62:3429e35.
Zu¨ ttel A, Borgschulte A, Orimo
SI.Tetrahydroborates as new hydrogen storage materials. Scripta Mater
2007;56:823e8.
Sakintuna B, Lamari-Darkrim F, Hirscher M. Metal hydride materials for
solid hydrogen storage: a review. Int J Hydrogen Energ 2007;32:1121e40.
