IMPLEMENTASI REKAYASA LISTRIK TENAGA MATAHARI PADA KOMPOR GAS BROWN

(1)

468 SENASPRO 2016 | Seminar Nasional dan Gelar Produk

IMPLEMENTASI REKAYASA LISTRIK TENAGA MATAHARI PADA KOMPOR

GAS BROWN

Yovi Litanianda1

1_{Universitas Muhammadiyah Ponorogo, Ponorogo}

Alamat Korespondensi : Jl Budi Utomo No. 10 Ponorogo 63471, Telp (0352)481124/Fax (0352) 461796 E-mail: 1)_{yovionline@gmail.com}

Abstrak

Rumor alokasi Elpiji bersubsidi khusus untuk masyarakat miskin akan menimbulkan permasalahan bagi masyarakat ekonomi menengah. Jalan keluar permasalahan ini yaitu harus mampu menyediakan bahan bakar sendiri contohnya biogas dan gas brown. Gas brown berasal dari air yang diurai menjadi gas hidrogen dan oksigen melalui reaksi elektrolisis. Reaksi elektrolisis membutuhkan energi listrik yang tidak sedikit, jika sumbernya masih diambil dari perusahaan listrik negara maka biayanya masih relatif mahal. Permasalahan ini yang membuat kompor gas brown belum berkembang. Sebenarnya elektrolisis hanya membutuhkan listrik jenis arus searah yang dapat diperoleh dari panel surya. Rekayasa pemanfaatan listrik dari panel surya untuk mencatu reaktor elektrolisis air akan membuat biaya operasional kompor ini jadi “gratis”. Hasil uji coba menggunakan kompor dengan kebutuhan suplai gas 0,5 liter/menit yang disuplai oleh reaktor elektrolisis yang mampu menghasilkan gas brown sebesar 0,31–0,8 liter/menit pada tegangan 12-13,8 Volt dan arus listrik 25 Ampere. Hasilnya, ternyata gas brown yang dihasilkan hanya 0,2 liter/ menit sehingga menyebabkan jumlah gas tersebut tidak mampu membuat kompor menyala dengan lancar. Hasil pengamatan mendapatkan kesimpulan bahwa penyebab kondisi ini karena kemampuan panel surya dengan spesifikasi 2 x 76 watt hanya mampu menghasilkan arus sebesar 8 ampere pada kondisi daya maksimum. Kondisi ini menjadikan konsep kompor gas dengan memanfaatkan listrik tenaga matahari ini belum sepenuhnya berhasil diterapkan. Penyebabnya diduga karena pasokan daya listrik dari panel surya masih belum mencukupi.

Kata kunci: elektrolisa, gas brown, kompor gas, tenaga matahari. 1. PENDAHULUAN

Kebutuhan bahan bakar untuk memasak merupakan kebutuhan sehari-hari yang tidak mungkin dielakan. Penghapusan subsidi minyak tanah memaksa kita beralih untuk menggunakan gas. Saat semua sudah mengunakan gas tiba-tiba pemerintah mengeluarkan wacana pemerintah mengkhususkan ELPIJI kemasan 3 kg hanya untuk pemilik kartu sakti. Jika ini benar terjadi, sepertinya masyarakat dengan tingkat ekonomi menengah terpaksa harus membeli ELPIJI dengan harga keekonomian yang pasti lebih mahal. Penyesuaian harga ini pasti akan menambah beban pengeluaran masyarakat kelas menengah yang kemampuan ekonominya tidak terpaut jauh dari masyarakat miskin.

Banyak solusi yang sudah ditawarkan, contohnya memanfaatkan biogas. Biogas membutuhkan bahan organik (limbah perternakan, sampah dll) untuk difermentasi hingga menghasilkan gas metan yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Penggunaan biogas, walaupun ramah lingkungan tetapi tidak praktis karena harus selalu mengelola bahan organik yang menjadi bahan baku biogas, apa lagi jika tidak memiliki lahan yang cukup seperti kondisi pemukiman diperkotaan.

Bahan bakar ramah lingkungan lainnya yaitu gas brown yang berasal dari proses elektrolisis air. Gas ini berupa gas Hidrogen (H2) dan Oksigen (O2) yang keduanya bersifat mudah terbakar sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar [2]. Oleh karena bahan bakunya air maka teknologi ini relatif lebih mungkin untuk diwujudkan. Namun karena dalam proses elektrolisis dibutuhkan listrik yang bisanya mengambil dari Perusahaan Listrik Negara (PLN), maka kita juga

(2)

Seminar Nasional dan Gelar Produk | SENASPRO 2016 469 harus memperhitungkan biaya yang harus dikeluarkan untuk membayar listrik yang terpakai. Proses elektrolisis sebenarnya membutuhkan listrik berjenis arus searah (DC), jadi jika menggunakan liktrik PLN harus diubah menjadi listrik arus searah. Sumber lainnya yaitu dari panel surya, saat terpapar sinar matahari panel surya akan menghasilkan listrik. Jika kita melakukan elekrolisis dengan memanfaatkan listrik yang berasal dari panel surya maka kita tidak perlu mengeluarkan biaya untuk listrik tersebut, hal ini dengan asusmsi biaya investasi tidak dihitung. Karena tidak ada biaya yang dikeluarkan menjadikan cara ini membuat kita dapat memperoleh bahan bakar secara “gratis”. Melalui penelitian ini akan coba diungkap bagaimana performa listrik tenaga surya dalam menyuplai reaktor elektrolisis kompor gas brown skala rumah tangga?

Elektrolisis air adalah peristiwa penguraian senyawa air (H2O) menjadi unsur-unsur pembentuk air dengan menggunakan energi listrik. Dua molekul air akan bereaksi dengan menangkap dua elektron pada katoda sehingga tereduksi menjadi gas Hidrogen (H2) dan ion Hidroksida (OH-). Pada kutub anoda, dua molekul air lainnya akan terurai menjadi gas oksigen (O2) dengan melepaskan empat ion (H+) serta mengalirkan elektron ke katoda. Pada reaksi ini ion OH- dan H+ akan mengalami netralisasi sehingga membentuk H2O kembali [3]. Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan oleh reaksi tersebut membentuk gelembung dan mengumpul disekitar elektroda. Gas hasil elektrolisis air ini kemudian dinamai gas Brown.

Nama Brown diambil dari nama Yull brown merupakan salah satu tokoh pelopor penggunaan gas hasil elektrolisis sebagai bahan bakar melalui temuannya pada tahun 1974. Brown gas merupakan bahan bakar yang kuat (powerfull), dan bersih emisi jika digunakan sebagai bahan bakar. Penggunaan gas brown selama ini masih sebagai suplemen bahan bakar kendaraan. Sifat gas brown yang mudah terbakar seharusnya juga dapat digunakan sebagai bahan bakar kompor. Komponen terpenting dari proses elektrolisis yaitu elektroda dan larutan elektrolit. Komponen tersebut jika kita rakit akan menjadi sebuah alat yang dinamakan electrolyzer atau populer dengan sebutan generator hidrogen (Sudirman 2008). Secara ringkas fungsi komponen penyusun generator hidrogen seperti berikut:

a.Tabung electrolyzer

Tabung electrolyzer merupakan tempat penampung larutan elektrolit sekaligus tempat berlangsungnya proses elektrolisis untuk menghasilkangas HHO. Di dalam tabung ini terdapat tempat elektroda. Tabung electrolyzer sebaiknya terbuat dari kaca atau bahan lain yang tahan panas sebab proses elektrolisis juga menimbulkan sejumlah panas, selain itu tabung ini juga harus cukup kuat untuk menahan tekanan yang terjadi akibat akumulasi gas brown yang dihasilkan. Ukuran tabung sangat berfariasi sesuai dengan kebutuhan dan peruntukannya.

b. Elektroda

Elektroda, tempat dimana arus listrik mengalir ke elektrolit terdiri dari dua kutub yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) yang terendam dalam cairan elektrolit. Elektroda harus berasal dari bahan yang tidak berkarat, contohnya stainless steel. Mutu bahan elektroda sangat penting karena reaksi elektrolisis sangat memicu karat. Beberapa literatur menyarankan penggunaan bahan stainless steel grade 316 L [1] . Bentuk elektroda bebas sesuai kehendak pembuat, namun yang perlu diperhatikan ukuran penampang akan sangat mempengaruhi jumlah arus listrik yang dibutuhkan. Semakin luas penampang elektroda yang digunakan semakin besar arus listrik yang dibutuhkan dan semakin banyak pula gas brown yang dapat dihasilkan.

c.Elektrolit

Elektrolit yang biasa digunakan terdiri dari air murni atau air destilasi yang ditambah dengan katalisator. Penambahan katalisator ini dimaksudkan agar mempermudah terjadinya reaksi elektrolisis. Bahan yang biasa dipakai sebagai katalis contohnya sodium bikarbonat dan kalium hidroksida (KOH). Komposisi yang dapat digunakan sebesar 1,5 sendok teh katalis dicampur dengan 0,9-1 liter air murni.

d.Water trap

Reaksi elektrolisis selain menghasilkan gas brown juga menimbulkan panas yang memungkinkan terjadinya uap air yang ikut terbawa bersama gas yang dihaislkan. Water

(3)

trap digunakan untuk menyaring uap air yang terbawa tersebut dengan menggunakan prinsip pengembunan.

Elektrolit merupakan gabungan antara air dan katalis. Katalis merupakan suatu zat yang dapat mempercepat suatu laju reaksi, namun ia sendiri secara kimiawi, tidak berubah pada akhir reaksi . Katalis digunakan untuk mempercepat laju reaksi menghasilkan gas HHO pada proses elektrolisa. Katalis yang digunakan adalah natrium klorida (NaCl). NaCl sebanyak 6 gr dilarutkan kedalam 500 mL air. Penggunaan natrium klorida dikarenakan natrium memiliki potensial elektrode standar yang lebih negatif dari pada air dengan demikian natrium tidak akan bereaksi namun air yang akan bereaksi. Selain itu, natrium klorida juga mudah didapat. Potensial elektrode standar Natrium (Na) adalah -2,71 dan air (H20) adalah - 0,83 [4][5].

Kompor air merupakan kompor dengan bahan bakar berupa hidrogen dan oksigen yang berasal dari air. Kombinasi gas hidrogen dan oksigen dalam bentuk gas dinamakan gas HHO .Unsur HHO dapat diperoleh melalui elektrolisa air, dimana partikel/molekul air akan terpisah menjadi 2 H untuk hidrogen dan 1O untuk oksigen. Pemecahan molekul air menjadi hidrogen dan oksigen menggunakan prinsip kerja proses elektrolisa. Kompor air dilengkapi dengan dua tabung yang telah diisi air. Air tersebut dicampur bahan kimia dan diberi arus listrik, sehingga air menjadi gas hidrogen dan oksigen kemudian dikeluarkan lewat selang. Ujung selang diberi sumbu dari besi. Sehingga memancar gas dan menyala api [5].

Panel Surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya menjadi listrik. Panel surya sering kali disebut sel photo voltaic (PV), yang artinya "cahaya-listrik". Sel surya atau sel PV bergantung pada efek photo voltaic untuk menyerap energi matahari dan menghasilkan arus listrik yang mengalir antara dua lapisan penyusun dengan muatan yang berlawanan. Panel surya pada umum terbuat dari crystalline silicon. Bahan crystalline dapat terdiri dari mono atau single-crystalline, dan poly atau multi-crystalline. Selain itu panel surya ada yang terbuat dari lapisan tipis amorphous silicon. Sel surya dari single crystalline lebih efisien dibandingkan dengan poly-crystalline. Kelebihan panel surya sebagai sumber listrik:

• Panel surya memanfaatkan energi matahari dan matahari adalah bentuk energi paling berlimpah yang tersedia di planet kita.

• Panel surya mudah dipasang dan memiliki biaya pemeliharaan yang sangat rendah karena tidak ada bagian yang bergerak.

• Harga panel surya terus turun meskipun mereka masih harus bersaing dengan bahan bakar fosil.

• Panel surya tidak kehilangan banyak efisiensi dalam masa pakai mereka yang mencapai 20+ tahun.

• Masa pakainya yang panjang, mecapai 25-30 tahun, menggaransi penggunanya akan menghemat biaya energi dalam jangka panjang pula.

Komponen penyusun sistem pembangkit listrik tenaga surya antara lain: 1. Panel surya / solar panel

Panel surya mengkonversikan tenaga matahari menjadi listrik. Panel surya yang disinari matahari, membuat photon yang menghasilkan arus listrik. Sebuah panel suryas menghasilkan kurang lebih memiliki tegangan 0.5 Volt. Jadi sebuah panel surya yang akan menghasilkan tegangan 12 Volt akan terdiri dari kurang lebih 36 sel. Spesifikasi panel surya biasanya dinyatakan dalam daya listrik yang mampu dihasilkan dalam satuan watt. Di pasaran panel surya tersedia dalam berbagai daya, mulai dari 60 watt sampai 120 watt. Semakin besar daya yang dapat dihasilkan oleh panel surya maka harganya juga akan semakin mahal.

2. Voltage controller

Voltage controller berfungsi mengatur daya listrik dari panel surya ke beban. Alat elektronik ini berfungsi untuk melindungi peralatan dengan cara memyetabilkan arus dan tegangan yang dihasilkan oleh panel surya. Panel surya memerlukan controler karena intensitas sinar matahari tidak tetap, dipengaruhi cuaca dan waktu. Cuaca siang hari yang

(4)

Seminar Nasional dan Gelar Produk | SENASPRO 2016 471

Build

Design

Requirements

Gathering

Plan

Set Boundaries Define Strategic KPIs Relevance &

Complexity Detail Plan Construct

Stakeholder Interviews

Setting Expectations Explore Functionality Define Data Types Build Prototype

User Interface Confirm Data Source Define Queries Determine Drill Paths

Coding

panas terik pasti akan menyebabkan panel surya menghasilkan listrik lebih besar dibanding saat cuaca mendung atau pagi dan sore hari. Tegangan listrik yang tidak stabil ini dapat merusak peralatan yang dicatu.

2. METODE

Metode yang digunakan dalam penelitian ini ditunjukan dalam gambar berikut:

Gambar Tahapan penelitian

a. Perencanaan

Tahap ini diisi dengan membuat prinsip kerja alat yang ditunjukan seperti gambar dibawah ini.

b. Identifikasi kebutuhan alat

Kebutuhan bahan pada penelitian ini sebagai berikut: - kompor

- Reaktor eletrolisis - Panel Surya

- Elektroda stainless steel - Kabel penghantar

- Selang gas

Sinar matahari Panel

Surya

Reaktor elektrolisi

Kompor gas

(5)

c. Desain alat

Gamabar skema alat

d. Pembuatan Alat dan pengujian

Proses pembuatan dimulai dengan membuat tabung reaktor elektrolisis kemudian

dilanjutkan dengan pembuatan rangka panel surya. Setelah keduanya selesai maka langkah selanjutnya pemasangan dan perakitan.

Reaktor HHO perlu media perantara yang disebut katalis berupa KOH (Potasium Hydroxide). Reaktor ini menggunakan dua kawat stainless steel yang dicelupkan ke dlm air yang telah diberi katalis tadi, logam Stainless yang digunakan pada Cell Reaktor yaitu Grade 316L. Selain tabung reaktor juga ditambahkan tabung Bubbler untuk memurnikan gas HHO (menangkap uap air kimia)yang diisi air setengahnya. Langkah-langkah pembuatan:

1. Persiapkan wadah (tabung) dari bahan tahan panas dengan volume 1 liter

2. Gunakan stainless seukuran penggaris yang dilubangi salah satu ujungnya untuk dijadikan sebagai elektroda positif dan negatif.

3. Lubangi tutup wadah tesebut untuk baut pengait yang akan menyatukan elektroda di bagian dalam dan kabel penghantar daari solar panel di bagian luar.

4. Tambahkan satu lubang lagi sebagai jalur keluarnya gas HHO yang dihasilkan dan disambuyng dengan selang 8mm.

5. Isi tabung reaktor tesebut dengan mnggunakan air murni ditambah KOH.

6. Sediakan lagi satu tabung untuk dijadikan bubles yang akan memurnikan gas Hho yang dihasilkan.

7. Terakhir sambungkan selang keluaran tabungn bubbler ke kompor.

8. Sebagai tindakan keamanan, pastikan sambungan semua selang telah rapat dan kabel telah tersambung dengan baik.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian system dilakukan dengan sekala laboratorium dimana alat masih dalam bentuk prototipe. Pengujian dilakukan untuk melihat kinerja alat. Pengamatan dilakukan dengan cara melihat kinerja perbagian, yang meliputi memastikan besar listrik yang dihasilkan solar panel, memastikan generator HHO mengeluarkan gas, dan yang terakhit melihat bagai mana nyala api kompor. Hasilnya sebagai berikut:

Regulator Panel surya

(6)

Seminar Nasional dan Gelar Produk | SENASPRO 2016 473  Output solar panel : Peak power (panas terik) 17 volt, rata-rata 12 volt, mendung 6 volt.  Arus listrik yang mengalir ke generator : 0,3 – 4 Ampere

 Volume gas yang dihasilkan rata-rata 200 ml/menit

 Kompor hanya dapat menyala saat peak power dengan nyala kecil dan terputus-putus (sering padam)

Gambar. Pengukuran arus Gambar. nyala api 4. KESIMPULAN

Reaktor gas HHO yang didesain dengan kebutuhan daya listrik sebesar 25 Ampere pada tegangan 12-13,8 Volt dan mampu menghasilkan gas HHO sebesar 0,31 – 1 liter/menit saat dicatu oleh panel surya dengan daya maksimal 2x76 watt pada kondisi 12 volt hanya mampu menghasilkan gas brown sebanyak 0,2 liter/ menit. Jumlah gas sebanyak ini ternyata belum mencukupi kebutuhan kompor yang sebanyak 0,5 liter/menit, sehingga nyala api kompor masih terputus putus. Hal ini sesuai dengan hasil pengukuran arus listrik dari panel surya panel surya yang hanya sebesar 8 ampere pada kondisi peak power. Dari hasil percobaan ini diperoleh kesimpulan bahwa konsep ini belum sepenuhnya berhasil diterapkan. Dugaan penyebab ketidakmaksimalan tersebut diduga karena kurangnya pasokan daya listrik yang berasal dari solar panel yang spesifikasinya kurang besar, atau bias juga dilakukan pengembangan pada reaktor agar dapat bekerja maksimal pada arus kecil serta mungkin juga dilakukan penyesuaian pada desain kompor agar kebutuhan pasokan gasnya dapat diperkecil.

Bagi yang berminat untuk mengembangkan konsep ini diharapkan untuk memperhatikan masalah keamanan mengingat bahaya gas brown yang mudah sekali meledak dan perambatan nyalanya yang cepat.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Harianto, A., & Kawano, D. S. (2015). Studi Eksperimen Pengaruh Pencampuran Gas HHO Pada Gas LPG Secara Premixed Terhadap Bentuk Nyala Api Bunsen Burner. Elemen, 1-4. [2] Hurtak, J. J., & Hurtak, D. (2014, Juni-Juli). The History And Future Of Brown's Gas.

Nexusmagazine, 49-81.

[3] K, V., & G, J. C. (2015). Fabrication of Hydrogen Powered Engine. International Journal of Research in Mechanical Engineering, 8-10.

[4] Pratama, R. A., & Kawano, D. S. (2013). Pengaruh Penggunaan Frekuensi Listrik Terhadap Performa Generator HHO dan Unjuk Kerja Engine Honda Kharisma 125CC. Jurnal Teknik Pomits, 294-298.

[5] w, R. T., & Supa’at , N. (2009). Proses Elektrolisa Pada prototipe 'Kompor Air' Dengan Pengaturan Arus dan Temperatur. Surabaya: ITS .