Pembuatan Fuel Cell Sebagai Sumber Energi Alternatif Menggunakan BioHidrogen Sebagai Bahan Bakar Baru
3. HASIL DAN DISKUS
3.1. Proses produksi Bio-hidrogen
Gas H2 ini dapat dihasilkan oleh beberapa bakteri misalnya Enterobacter aerogenes,
Clostridium butyricum, Bacillus pumilus, dll. Pada penelitian ini telah digunakan
Enterobacter aerogenes (E. aerogenes), bakteri tersebut dapat menghasilkan H2 melalui
fermentasi gelap yang tidak tergantung akan adanya cahaya matahari. E. aerogenes juga
dapat menghasilkan H2 lebih cepat dari mikroorganisme fotosintetik dan dapat bertahan
hidup pada konsentrasi H2 yang tinggi. E. aerogenes yang diisolasi langsung dari limbah
biodiesel mampu memanfaatkan berbagai macam substrat, baik itu substrat murni dan sederhana seperti glukosa gliserol, dll maupun senyawa yang lebih kompleks dari limbah misalnya molases, pati singkong, nira aren, shorgum dan limbah biodiesel.
Bakteri yang digunakan pada fermentasi adalah Enterobacter Aerogenes ADH-43.
Pembuatan Fuel Cell Sebagai Sumber Energi Energi Alternatif
menghasilkan 1,3-propanediol, namun proses fermentasi gliserol dengan menggunakan
Enterobacter Aerogenes ADH-43 terdapat H2 dan CO2. Pada laporan terdahulu diketahui
bahwa produksi gas H2 akan sangat tinggi jika menggunakan media gliserol atau gula
singkong [5].
Dari hasil operasional fermentor, didapat kumpulan gas H2 sebanyak 670 mL,
seperti pada Gambar 1. Dimana produksi gas terbanyak membutuhkan waktu antara 2 dan 4 jam. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Gambar 1. Hasil produksi H2 dengan konsentrasi gliserol 1,5 %.
3.2. Analisa Fuel Cell menggunakan Bio-Hidrogen
Pada skala laboratorium, sistem aplikasi fuel cell dicoba untuk menangkap H2 dan
mengubahnya menjadi listrik. Dari fermentor, 1,3-propandiol ditampung pada tempat tersendiri, dan dari bagian atas fermentor, gas yang keluar dialirkan pada akumulator dan dilewatkan larutan Ca(OH)2 untuk menurunkan kadar CO2.
Penyusunan stack fuel cell dilakukan dengan urutan komponen sebagai berikut: end-plate, gasket, current collector, grafit bipolar plate, gasket, MEA1, gasket, grafit
bipolar plate, gasket, MEA2, gasket, grafit bipolar plate, MEA3, gasket, MEA4, gasket,
grafit bipolar plate, current collector, gasket, end-plate. Susunan komponen tersebut seperti pada Gambar 2, dieratkan dan kemudian diadakan tes kebocoran sebelum diujicobakan pada sistem fuel cell.
Gambar 2. Penyusunan stack PEM fuel cell.
Pada Gambar 3, terlihat uji coba menggunakan PEM fuel cell dengan modul 4 cell stack. Voltase yang dihasilkan pada waktu 5 jam akumulasi gas adalah 2.98 V, dan mampu menghidupkan 7 buah LED. Kondisi ini mampu bertahan hingga lebih dari 10 jam dengan pada tiap 4 jam ditambahkan gliserol kembali dalam jumlah yang sama. Hasil polarisasi stack fuel cell dirangkum dalam grafik yang tertera pada Gambar 4.
Gambar 3. Proses produksi H2 dengan konsentrasi gliserol 1,5 % dari limbah biodiesel dan aplikasinya pada stack PEM fuel cell.
Pembuatan Fuel Cell Sebagai Sumber Energi Energi Alternatif 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 6.17 5.10 4.82 4.39 3.69 3.63 2.38 2.04 1.73 1.22 0.88 I ( Ampere) V ( V o lt ) 0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 P ( w a tt ) I vs V I vs P
Gambar 4. Grafik polarisasi 4 cell stack PEM fuel cell.
Setelah dilakukan ujicoba selama kurang lebih 10 jam, stack fuel cell dilihat kondisi pada inlet gas. Terlihat pada Gambar 5(a) terdapat cairan yang keluar dari inlet H2,
sehingga mengakibatkan potensial cell menjadi rendah dan akhirnya drop dan tidak terlihat lagi hasil listrik. Serta pada Gambar 5(b) pada permukaan grafit, terutama pada flow-field aliran gas terdapat droplet air yang membuktikan bahwa masih banyak air terkandung pada gas H2 hasil fermentasi. Dilihat dari hasil polarisasi, pada jam-jam
tertentu dimana produksi H2 tidak tinggi, maka fuel cell tidak menghasilkan listrik. Dan
setelah 16 jam, walaupun terjadi produksi H2 tinggi karena adanya penambahan gliserol
kembali, fuel cell tidak menunjukkan performa yang baik. Hal ini disebabkan karena kandungan air bersama H2 yang melebihi kebutuhan operasional fuel cell sendiri.
Sehingga menyebabkan tergenangnya air pada sisi anoda. Air yang dimungkinkan masih mengandung 1,3-propandiol ini membuat reaksi tidak optimal.
(a) (b)
Water droplet Water droplet
Gambar 5. Kondisi setelah operasional fuel cell pada inlet hidrogen, (a) tanda panah menunjukkan cairan yang keluar dari inlet, (b) droplet air pada permukaan ruang aliran gas pada separator.
Untuk meningkatkan performa fuel cell ini, diperlukan perhitungan kebutuhan kelembaban pada fuel cell yang optimal. Pada kelanjutan penelitian ini akan dilakukan penyempurnan sistem tersebut antara lain:
1. Karena produksi H2 tidak kontinyu, maka pada fermentor harus diubah dengan
menggunakan instalasi untuk mensuplai gliserol secara berkesinambungan. 2. Karena kandungan air cukup banyak, maka harus ditambahkan satu instalasi
untuk menyerap air dan mengontrol % kelembaban.
3. Perlu ditambahkan pula instalasi untuk menyaring gas atau ultrafiltrasi agar hasil akhir propandiol atau yang lainnya tidak terbawa ke dalam aliran gas yang masuk pada fuel cell.
4. KESIMPULAN
Ditinjau dari segi ekonomi, harga fuel cell masih tergolong mahal pada saat ini. Jika perhitungan listrik PLN adalah Rp. 700,-/kW maka operasional fuel cell adalah Rp. 15000,-/kW. Diketahui angka tersebut disebabkan oleh harga stack fuel cell sendiri serta untuk biaya operasionalnya tergantung dari harga hidrogen yang digunakan sebagai bahan bakar. Sehingga selain teknologi bahan dan manufaktur komponen fuel cell harus dikuasai untuk menurunkan cost, tidak ketinggalan pula adalah penggunaan teknologi bio- hidrogen yang didapat dari limbah biodisel, limbah ubi kayu, nira, sorghum dan lainnya, sehingga dapat bersaing dengan energi listrik lainnya. Namun dengan adanya terobosan teknologi alternatif ini biaya produksi hidrogen mampu ditekan dengan signifikan tergantung pada harga gliserol.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Stephen Millett, Kathya Mahadevan, “Commercialization scenarios of polymer electrolyte membrane fuel cell applications for stationary power generation in United States by the year 2015”, J. Power Sources, 150, 2005, 187-191.
[2] http://www.ristek.go.id/arn
[3] J.M. Ogden, M.M. Steinbugler, T.G. Kreutz, A comparison of hydrogen, methanol and gasoline as fuels for fuel cell vehicles: implications for vehicle design and infrastructure development, J. Power Sources 79 (2) (1999) 143–168.
[4] Carlo N. Hamelinck, Andre´ P.C. Faaij, Future prospects for production of methanol and hydrogen from biomass, Journal of Power Sources 111 (2002) 1–22.
[5] Prasetyo, Joni and Mahyudin AR, ‘Enhancement Hydrogen (H2) and 1,3 Propanediol from The Waste of Biodiesel by Enterobacter aerogenes AD-H43 in Batch Stirred Tank Reactor (BSTR)’, Proseeding Seminar Nasional Teknik Kimia-UnPar, Bandung, April 2008.
OPTIMASI EFISIENSI TUNGKU SEKAM Energi Alternatif