I. JUDUL PENELITIAN
PEMANFAATAN KOLAM LIMBAH DETERGEN SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK ALTERNATIF BERBASIS SEL GALVANI
II. ABSTRAK
Melihat sering terjadinya pemadaman listrik bergilir di Indonesia membuat banyak ilmuwan Indonesia mencoba mencari sumber energi listrik alternatif. Salah satunya adalah sumber energi listrik dari buah belimbing wuluh, kulit manggis, jeruk nipis dan lain-lain. Sayangnya sumber energi listrik yang telah ditemukan terbuat dari bahan baku yang masih dapat dimanfaatkan sebagai produk yang lebih menguntungkan. Dalam penelitian ini dilakukan pengembangan sumber energi listrik alternatif yang terbuat dari limbah detergen dalam bentuk kolam berbasis sel Galvani. Dalam detergen banyak terdapat senyawa-senyawa ionik seperti Na2SO4, Na2CO3, NaHCO3, dan lain-lain yang mampu
menghantarkan elektron maupun menghasilkan energi listrik. Sumber energi listrik ini menggunakan konsep sel Galvani dimana elektroda yang digunakan adalah elektroda alumunium (anoda) dan elektroda karbon (katoda). Kolam yang dibuat berupa kolam plastik dengan ukuran 1 m3 yang terdiri atas 50 sel, tiap sel berukuran (10 x 20 x 100)cm3. Elektroda alumunium berukuran (20 x 110)cm2 sedangkan elektroda karbon berbentuk silider dengan diameter 2 cm dan panjang 110 cm. Dalam kolam tersebut tiap sel disusun secara seri parerel, sehingga terdapat 10 rangkaian seri dan 5 rangkaian pararel tiap sisi kolam. Pengukuran dalam skala kecil tiap sel mampu menghasilkan tegangan sekitar 1 V dan arus sekitar 10 mA.
Kata kunci: limbah detergen, elektroda, sel galvani
III. PENDAHULUAN
Seiring berkembangnnya ilmu pengetahuan dan teknologi, perkembangan peradaban umat manusia pun berkembang pesat. Hal ini tentunya memberikan dampak positif bagi kehidupan manusia. Namun dibalik dampak positif tersebut juga terdapat dampak negatif yang cukup serius yakni semakin menipisnya sumber energi dan semakin maraknya pencemaran lingkungan. Sehingga hal ini memicu kenaikan harga BBM, terjadinya pemadaman listrik bergilir, dan timbulnya berbagai macam penyakit akibat pencemaran lingkungan di berbagai tempat di Indonesia. Banyak ilmuwan Indonesia mencoba mencari solusi untuk mengatasi hal tersebut, salah satunya adalah menciptakan sumber energi
alternatif ramah lingkungan seperti biodiesel, bioetanol, dan listrik organik. Namun bahan baku untuk pembuatan sumber energi khususnya listrik organik masih dapat dimanfaatkan menjadi produk yang lebih menguntungkan. Salah satu bahan baku yang sudah tidak dapat dimanfaatkan sebagai produk lain yang lebih menguntungkan adalah limbah detergen.
Dalam detergen banyak terdapat senyawa-senyawa ionik berupa Na2SO4, Na2CO3,
NaHCO3 dan lain-lain yang mampu menghantarkan elektron menuju elektroda dan mampu
menghasilkan energi listrik. Namun pemanfaatan limbah detergen sebagai sumber energi masih sangat sedikit bahkan belum ada. Untuk itu perlu diadakan penelitian lebih lanjut mengenai pemanfaatan limbah detergen sebagai sumber energi listrik berbasis sel galvani dengan judul penelitian ”Pemanfaatan Kolam Limbah Detergen Sebagai Sumber Energi Listrik Alternatif Berbasis Sel Galvani”.
IV. PERUMUSAN MASALAH
Berdasarkan uraian latar belakang masalah di atas, perumusan masalah dalam penelitian ini meliputi:
1. Bagaimana proses pembuatan kolam limbah detergen sebagai sumber energi listrik berbasis
sel galvani?
2. Berapa tegangan dan arus yang dihasilkan oleh kolam limbah detergen?
3. Bagaimana potensi kolam limbah detergen untuk menyalakan peralatan elektronik?
V. PEMBATASAN MASALAH
Agar penelitian ini fokus pada permasalahan yang dibahas, maka penelitian ini hanya dibatasi pada limbah detergen yang akan digunakan sebagai cairan pengisi kolam untuk menghasilkan sumber energi listrik.
VI. SIGNIFIKASI PENELITIAN
Setelah dilakukan penelitian ini diharapkan mengetahui potensi limbah detergen sebagai sumber energi listrik untuk menanggulangi krisis energi dan maraknya pencemaran lingkungan di Indonesia.
VII. TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dari penelitian yang dilakukan ini adalah:
1. Dapat memanfaatkan limbah detergen sebagai sumber energi listrik berbasis sel galvani
dalam bentuk kolam
3. Dapat mengaplikasikan sumber energi listrik kolam limbah detergen pada alat-alat elektronik
rumah tangga
VIII. MANFAAT
Dengan menulis penelitian ini, diharapkan memberikan informasi tentang manfaat limbah detergen, yaitu:
1. Dapat digunakan sebagai sumber energi listrik alternatif
2. Dapat mengetahui potensi limbah detergen sebagai sumber energi listrik alternatif
3. Dapat meminimalisir maraknya pencemaran lingkungan akibat limbah detergen
4. Dapat dijadikan referensi penelitian selanjutnya mengenai pemanfaatan limbah detergen
sebagai sumber energi listrik alternatif
IX. KAJIAN RISET SEBELUMNYA
Nama Penulis (tahun) Tujuan Harapan/Kesimpulan 1. Dewi Nugrahawati (2009)
1. Dapat membuat cairan
akumulator dengan memanfaatkan buah Averrhoa bilimbi.
2. Dapat mengetahui
derajat keasaman yang
Dapat digunakan sebagai cairan
pengisi akumulator yang ramah
lingkungan.
Mengetahui tingkat keasaman dari
cairan yang dihasilkan.
dihasilkan dari buah Averrhoa bilimbi.
selanjutnya dalam pemanfaatan dan pengembangan buah belimbing wuluh (Averrhoa bilimbi) sebagai cairan alternative aki. 2. Heryani Adhiastuti (2008) Mengetahui kondisi operasi peruraian limbah domestik (deterjen) menggunakan trickling filter.
Semakin lama waktu sirkulasi
semakin banyak LAS terurai, khusus untuk Daia dengan kadar LAS awal 0,205 dapat diuraikan lebih cepat dibanding yang lain, yaitu sekitar 3 jam
Rata-rata peruraian LAS per waktu
dapat dilihat dari data : dc/dt Rinso Anti Noda = 0,0228 dc/dt Attack Softener = 0,0254 dc/dt Daia = 0,0394
Dari data di atas dapat disimpulkan
bahwa Trickling Filter yang
digunakan pada penelitian ini efektif menguraikan LAS pada konsentrasi rendah.
X. KAJIAN PUSTAKA 1. Detergen
Detergen adalah campuran berbagai bahan, yang digunakan untuk membantu pembersihan dan terbuat dari bahan-bahan turunan minyak bumi. Dibanding dengan sabun, detergen mempunyai keunggulan antara lain mempunyai daya cuci yang lebih baik serta tidak terpengaruh oleh kesadahan air.
Pada umumnya komposisi detergen mengandung senyawa-senyawa sebagai berikut: a. Surfaktan
Surfaktan (surface active agent) merupakan zat aktif permukaan yang mempunyai ujung berbeda yaitu hidrofil (suka air) dan hidrofob (suka lemak). Bahan aktif ini berfungsi menurunkan tegangan permukaan air sehingga dapat melepaskan kotoran yang menempel pada permukaan bahan. Secara garis besar, terdapat empat kategori surfaktan yaitu:
• Anionik terdiri atas:
-Alkyl Benzene Sulfonate (ABS) -Linier Alkyl Benzene Sulfonate (LAS) -Alpha Olein Sulfonate (AOS)
• Kationik terdiri atas:
• Non ionik terdiri atas :
-Nonyl phenol polyethoxyle • Amphoterik terdiri atas:
-Acyl Ethylenediamines b. Builder
Builder (pembentuk) berfungsi meningkatkan efisiensi pencuci dari surfaktan dengan cara menon-aktifkan mineral penyebab kesadahan air.
• Fosfat :
-Sodium Tri Poly Phosphate (STPP) • Asetat :
- Nitril Tri Acetate (NTA)
- Ethylene Diamine Tetra Acetate (EDTA) • Silikat :
-Zeolit • Sitrat :
-Asam Sitrat c. Filler
Filler (pengisi) adalah bahan tambahan detergen yang tidak mempunyai kemampuan meningkatkan daya cuci, tetapi menambah kuantitas. Contoh Sodium sulfat.
d. Aditif
Aditif adalah bahan suplemen/tambahan untuk membuat produk lebih menarik, misalnya pewangi, pelarut, pemutih, pewarna dan lain-lain, tidak berhubungan langsung dengan daya cuci detergen. Additives ditambahkan lebih dengan maksud komersialisasi produk. Contoh : Enzim, Boraks, Sodium klorida, Carboxy Methyl Cellulose (CMC).
2. Sel Galvani
Sel galvani adalah serangkaian peralatan percobaan untuk menghasilkan energi listrik dengan memanfaatkan reaksi redoks spontan. Sel galvani diberi nama dari nama ilmuan italia Luigi Galvani dan Alessandro Volta, yang membuat versi awal dari alat ini. Sebatang seng
bila dicelupkan ke dalam larutan ZnSO4, dan sebatang tembaga dicelukan ke dalam larutan
CuSO4. Sel bekerja berdasarkan asas bahwa oksidasi Zn menjadi Zn2+ dan reduksi Cu2+
menjadi logam Cu dapat dibuat serentak dalam lokasi-lokasi yang terpisah di mana transfer elektron antara lokasi-lokasi tersebut terjadi melalui kawat eksternal. Batang seng dan
tembaga dinamakan elektroda. Susunan elektroda (Zn dan Cu) dan larutan (ZnSO4 dan
CuSO4) ini disebut sel Daniell. Berdasarkan definisi, anoda adalah tempat terjadinya
oksidasi dan katoda adalah tempat terjadinya reduksi. Untuk sel Daniell, reaksi-reaksi setengah selnya yaitu:
Elektroda Zn (anoda) : Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e
-Elektroda Cu (katoda) : Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)
Reaksi keseluruhan : Cu2+(aq) + Zn(s) → Cu(s) + Zn2+(aq)
Untuk melengkapi rangkaian listriknya, kedua larutan harus dihubungkan oleh suatu medium penghantar agar kation dan anion dapat bergerak dari suatu kompartemen elektroda ke kompartemen elektroda lainnya. Persyaratan ini terpenuhi oleh jembatan garam dalam bentuk sederhana yaitu berupa tabung U terbalik yang berisi larutan inert, seperti larutan KCl
atau NH4NO3, yang ion-ionya tidak ikut bereaksi dengan ion lain dalam larutan atau dengan
elektroda. Selama reaksi redoks keseluruhan berjalan, elektron mengalir keluar dari anoda (elektroda Zn) melalui kawat eksternal dan voltmeter menuju katoda (elektroda Cu). Di
dalam larutan katon-kation (Zn2+, Cu2+, dan K+) bergerak ke arah katoda, sedangkan
anion-anion (SO42- dan Cl-) bergerak ke arah anoda.
Arus listrik mengalir dari anoda ke katoda karena ada selisih energi potensial listrik di antara kedua elektroda. Energi potensial listrik ini dapat dihitung menggunakan persamaan: E0sel = E0katoda – E0anoda
E0katoda dan E0anoda dapat diketahui melalui tabel potensial reduksi standar sebagai berikut:
Setengah reaksi E0(V) Au3+(aq) + 3e- → Au(s) +1,50 V Ag+(aq) + e → Ag(s) +0,80 V SO42-(aq) + 4H+(aq) + 2e- → SO2(g) + 2H2O +0,20 V Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s) +0,34 V Fe2+(aq) + 2e- → Fe(s) -0,74 V Zn2+(aq) + 2e- → Zn(s) -0,76 V Al3+(aq) + 3e- → Al(s) -1,66 V Na+(aq) + e- → Na(s) -2,71 V
Tabel 1.1. Semakin ke atas semakin mudah mengalami reduksi sedangkan semakin ke bawah semakin mudah teroksidasi
Dalam penelitian ini diambil bahan berupa limbah detergen, karena dalam detergen banyak terdapat senyawa-senyawa ionik, seperti Alkyl Benzene Sulfonate (ABS), Linier Alkyl Benzene Sulfonate (LAS), Alpha Olein Sulfonate (AOS) dan garam ammonium. Sedangkan dalam sel galvani tidak pernah terlepas dari senyawa-senyawa ionik, karena kemampuannya dalam hal transfer elektron dari elektroda ke elektroda lainnya. Sehingga dalam hal ini kemungkinan besar limbah detergen mampu menghasilkan energi listrik secara spontan sesuai konsep yang dijelaskan dalam sel galvani.
Dalam penelitian sebelumnya, telah dilakukan penelitian mengenai sumber energi listrik alternatif yang berasal dari berbagai buah-buahan, seperti jeruk, belimbing wuluh, bahkan singkong. Hal tersebut dapat terjadi karena dalam buah-buahan banyak terkandung senyawa ionik yang mampu menghantarkan elektron, demikian pula dalam detergen.
XI. METODOLOGI PENELITIAN DAN DESAIN PENELITIAN
Penelitian ini adalah penelitian eksperimental yang akan dilaksanakan di laboratorium prodi kimia fakultas tarbiyah IAIN Walisongo Semarang. Tujuan akhir dalam penelitian ini adalah dapat memanfaatkan limbah detergen sebagai sumber energi listrik alternatif guna meminimalisir/menanggulangi krisis sumber energi dan maraknya pencemaran lingkungan di Inonesia. Tahapan Pelaksanaan 1. Tahap awal a. Pembelian peralatan b. Pencarian bahan 2. Tahap pelaksanaan
a. Pembuatan sel dalam wadah berupa kolam plastik berukuran 1 m3 (kolam plastik dapat dibeli
di toko atau di pasar johar).
Sekat kolam plastik tersebut dengan lembaran plastik hingga 50 bagian (sel). Ukuran tiap sel
adalah (10 x 20 x 100) cm3 Penyekatan jangan sampai ada yang bocor antara satu sel dengan
sel yang lainnya, hal ini dapat dilakukan perekatan dengan lem plastik. b. Pembuatan elektroda karbon
Elektroda karbon dapat dibuat dengan cara penghalusan arang hasil pembakaran kayu. Campur arang yang sudah halus tersebut dengan tanah liat dan aduk hingga rata. Lalu bakar campuran tersebut hingga mengeras seperti batu bata. Ukuran elektroda karbon adalah diameter 2 cm dan panjang 110 cm.
Logam alimunium dapat dibeli di toko-toko bangunan atau tempat-tempat pembelian dan penjualan logam-logam bekas (cari yang berupa lembaran). Pemotongan logam alumunium
dapat menggunakan gunting atau tang dengan ukuran (20 x 110) cm2.
d. Pemasangan elektroda dan pengisian limbah detergen tiap sel dalam kolam
Setelah semua elektroda telah dibuat, tahap selanjutnya adalah pemasangan elektroda, yakni dengan memasukkan kedua elektroda ke dalam masing-masing sel dalam kolam. Tiap sel diisi dengan elektroda karbon dan elektroda alumunium seluruhnya. Untuk menghindari gayangnya elektroda, kedua elektroda dapat dilem pada sisi dalam kolam (tiap sel).
e. Perangkaian tiap elektroda pada masing-masing sel dalam kolam
Pada tahap ini, kedua elektroda pada masing-masing sel dirangkai secara seri-paralel, yakni untuk rangkaian seri elektroda dirangkai dengan menghubungkan elektroda karbon dan alumunium secara terus-menerus hingga 10 sel lurus, sementara rangkaian paralel dirangkai dengan menghubungkan elektroda karbon dengan korbon dan elektroda alumunium dengan alumunium pada sisi tepi (kanan dan kiri) kolam sebanyak 5 sel.
f. Pengukuran tegangan dan arus listrik tiap sel dan seluruh sel pada kolam.
Pengukuran tegangan dan arus listrk dapat menggunakan multitester, dengan menghubungkan tanda positif pada elektroda karbon dan tanda negatif dengan elektroda alumunium. Pengamatan garak jarum pada multitester.
g. Uji coba pada alat-alat elektronik
-pada lampu LED -pada lampu neon -pada radio
3. Tahap akhir
Penyusunan laporan
Instumental pelaksanaan 1. Multitester
2. Pengukuran arus dan tegangan
3. Uji coba sumber energi listrik alternatif
DAFTAR PUSTAKA
1. H. Petrucci, Ralph dan Suminar, (1985), KimiaDasar Prinsip dan terapan Modern, Jakarta:
2. Chang, Raymond, (2004), Kimia Dasar Jilid 2, Jakarta: Penerbit Erlangga
3. Achmad, Hiskia, (2001), Elektrokimia dan Kinetika Kimia, Bandung: PT. Citra Aditya Bakti
4. Hart, Harold, (1983), Kimia Organik, Suatu Kuliah Singkat, Jakarta: Penerbit Erlangga
