## PENGARUH VARIASI LUAS PERMUKAAN PLAT ELEKTRODA DAN KONSENTRASI LARUTAN ELEKTROLIT KOH TERHADAP DEBIT GAS HASIL ELEKTROLISIS AIR
1) Agustinus Susanto, 1) Gatut Rubiono, 2) Bunawi
1) Universitas PGRI Banyuwangi, Jl. Ikan Tongkol 22 Banyuwangi 2) SMKN 1 Glagah Banyuwangi Email: rubionov@yahoo.com

## ABSTRACT
This  research  is  aimed  to  get  the  effect  of  electrode  surface  area  and  electrolyte concentration  due  to  gas  volume  flow  rate  of  water  electrolysis.  The  surface  area  is  varied  as 19.264 mm 2 , 38.528 mm 2 and 57.792 mm 2 . The KOH electrolyte concentration is varied as 5 gram, 10  gram,  15  gram,  20  gram,  and  25  gram  in  a  litre  aquades.  The  experiment  is  conduct  in  an electrolyzer.  HHO  gas  is  flowed  pass  trough  an  orifice  for  volume  flow  rate  measurement.  The research shows that the  increase surface area and electrolyte concentration tend to  increase gas volume  flow  rate. The  maximum  gas  volume  flow  rate  happened  at 57792  mm 2 surface  area  and 25  gram  KOH  electrolyte  concentration  which  is  0,00123  m 3 /det.  The  minimum  gas  volume  flow rate  happened  at  19264  mm 2 surface  area  and  5  gram  KOH  electrolyte  concentration  0,00045 m 3 /det.
Keywords: electrode surface area, electrolyte concentration, HHO, gas flow rate

## I. PENDAHULUAN
Energi  menjadi  komponen  penting bagi  kelangsungan  hidup  manusia  karena hampir  semua  aktivitas  kehidupan  manusia sangat tergantung pada ketersediaan energi. Dewasa  ini  dan  beberapa  tahun  ke  depan, manusia  masih  akan  tergantung  pada sumber energi fosil karena sumber energi ini mampu  memenuhi  kebutuhan  energi  dalam skala  besar.  Sedangkan  sumber  energi alternatif/terbarukan  belum  dapat  memenuhi kebutuhan  skala  besar  karena  fluktuasi potensi  dan  perekonomian  yang  belum  bisa bersaing dengan energi konvensional.
Dunia  dihadapkan  pada  menipisnya cadangan sumber energi fosil dan meningkatnya  kerusakan  lingkungan  akibat penggunaan  energi  fosil.  Untuk  itu  sangat diperlukan  penelitian  yang  intensif  untuk mencari, mengoptimalkan dan menggunakan sumber  energi  alternatif.  Hasil  penelitian tersebut diharapkan mampu mengatasi beberapa  permasalahan  yang  berkaitan dengan penggunaan energi fosil.
Salah  satu  bentuk  energi  terbarukan yang  dewasa  ini  menjadi  perhatian  besar pada  banyak  negara,  terutama  di  negara maju adalah
hidrogen. Hidrogen diproyeksikan  oleh  banyak  negara  akan menjadi bahan bakar masa depan yang lebih ramah  lingkungan  dan  lebih  efisien.  Dimana suplai  energi  yang  dihasilkan  sangat  bersih karena  hanya  menghasilkan  uap  air  sebagai emisi selama berlangsungnya proses.
Peralatan untuk menghasilkan hidrogen  salah  satunya  adalah  elektrolizer.
Peralatan  ini  termasuk  mudah  dibuat  dan dioperasikan.  Bahan  utama  yang  digunakan adalah air sehingga mudah didapat. Penelitian mengenai elektrolizer telah banyak dilakukan,  namun  masih  terus  perlu  untuk dikembangkan. Pengembangan tersebut salah  satunya  adalah  bagaimana  membuat elektrolizer  yang  dapat  menghasilkan  debit gas  hidrogen  dalam  jumlah  besar  dengan menggunakan alat yang sederhana sehingga diharapkan  dapat  lebih  menghemat  biaya dalam membuat elektrolizer.
Putra  A.M,  2010  melakukan  penelitian berjudul  analisis  produktifitas  gas  hidrogen dan  gas  oksigen  pada  elektrolisis  larutan KOH. Alat dan bahan yang digunakan adalah tabung  elektrolizer  terbuat  dari  mika  plastik berukuran  20x8x10  cm  dengan  terdapat sekat  di  dalam  tabung  sehingga  membentuk 10  ruangan  yang  masing-masing  ruang berukuran  4x4x8,5  cm.  Kemudian  katoda yang  digunakan  terbuat  dari  bahan  stainless sebanyak 10 buah disusun saling bersilangan  antara  kutub  positif  dan  negatif pada setiap ruang dalam tabung.
Selain  itu  juga  menggunakan  kabel serta  selang  pengukur  gas  yang  diisi  air dihubungkan  dengan  lubang  keluaran  gas pada  tabung,  sehingga  apabila  gas  itu muncul  maka  akan  mendorong  air  yang terdapat pada selang tersebut. Hasil penelitian menunjukkan semakin besar konsenterasi larutan ketika proses elektrolisis maka  semakin  besar  pula  volume  gas  yang dihasilkan.  Sehingga  untuk  menghasilkan  H 2 dan  O 2 dalam  jumlah  yang  banyak  hal  yang
harus  dilakukan  adalah  dengan  memper- besar konsenterasi larutan.
Harus  LG,  et  al,  2010  meneliti pengembangan elektroliser gas HHO dengan sistem  pengendali  laju  produksi.  Pada penelitian  ini  dilakukan  pembuatan  dan pengujian  karakteristik  dari  elektroliser  gas HHO  melalui  model  6  ruang( chamber )
tersusun seri dengan  tegangan kerja tiap sel sebesar 2 volt dengan sistem pengendali laju produksi.  Pengaturan  arus  dilakukan  melalui Pulse  Width  Modulation  (PWM) untuk memvariasikan  produksi  gas.  Produksi  gas dapat diseting mulai aktif pada putaran mesin di  atas  idle  dan  laju  aliran  gas  dapat divariasikan berdasarkan putaran mesin.
Hubungan  konsumsi  daya  dan  laju produksi  gas  HHO  diteliti  dan  efisiensi elektroliser  dihitung.  Hasil  penelitian  menun- jukkan  bahwa  sistem  elektroliser  dengan konsumsi  arus  maksimum  sebesar  7,8  A menghasilkan laju produksi gas 6,5 ml/s dan laju  masa  air  yang  terbawa  aliran  gas sebesar 26,5 mg/s. Efisiensi sitem elektrolisis yang  dibuat  mencapai  56%.  Produksi  gas dapat  disetting  mulai  aktif  pada  putaran mesin  di  atas idle .  Laju  aliran  gas  dapat divariasikan berdasarkan putaran mesin. Palupi B, et al, 2011 meneliti pengaruh variasi  temperatur  input elektrolizer  terhadap efisiensi  produksi  hidrogen  menggunakan Molten  Salt  Reactor (MSR)  dengan High Temperature  Electrolysis  Of  Steam (HTES). Instalasi produksi hidrogen dirancang mampu  menghasilkan  hidrogen  sebesar  5 kg/s  menggunakan  Solid  Oxide  Electrolysis Cell  (SOEC)  berbentuk  planar.  Penelitian  ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi temperatur input elektrolizer terhadap efisiensi produksi hidrogen. Variasi temperatatur  dilakukan  dengan  rentang 1173-1273  K  pada  tekanan  10  atm  dan recycling  ratio sebesar  0,3.  Hasil  penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi temperatur  reaksi  maka  kebutuhan  energi listrik  semakin  berkurang  karena  sebagian energi  disuplai  energi  termal.  Efisiensi elektrolizer semakin meningkat dengan kenaikan  temperatur.  Efisiensi  elektrolizer tertinggi  dicapai  pada  temperatur  1273K yaitu sebesar 90,664%. Kenaikan temperatur juga  akan  meningkatkan  nilai  efisiensi  total
sistem. Efisiensi total sistem tertinggi dicapai pada temperatur 1273 K sebesar 53,651%.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui
pengaruh variasi
luas permukaan  plat  elektroda  dan  konsentrasi larutan  elektrolit  KOH  terhadap  debit  gas hasil elektrolisis air.

## II. TINJAUAN PUSTAKA
Elektrolizer  adalah  tempat  terjadinya proses  elektrolisis  yaitu  proses  pemecahan molekul  air  menjadi  oksigen  dan  hidrogen. Kadang disebut pula dengan nama “ hydrogen  generator ”.  Elektrolisis  adalah proses  penguraian  molekul  menjadi  unsur- unsur  asalnya  dengan  mengaliri  arus  listrik. Sedangkan  elektrolisis  air  adalah  proses penguraian  molekul  air  untuk  menghasilkan gas  HHO.  Gas  ini  juga  dinamakan  gas Rhodes (Wibowo, B, 2008).
Prinsip kerja elektrolizer adalah menghasilkan  gas  dengan  cara  elektrolisa (memisahkan molekul cairan dengan menggunakan  energi  listrik).  Elektrolizer menghasilkan  HHO  (2  part  Hydrogen  +  1 Oxygen)  gas  yang  sangat  mudah  terbakar. Air aqua yang dihubungkan dengan elektroda  agar  unsur  oksigen  dan  hidrogen dalam  air  tersebut  terurai.  Setelah  itu,  unsur hidrogennya yang mudah terbakar ditampung  lalu  diambil  sebagai  sumber tenaga. Ada tiga komponen utama penyusun elektrolizer,  yaitu  elektroda  positif  (anoda), elektroda negatif (katoda), dan elektrolit.
Alat elektrolisis terdiri atas sel elektrolisis  yang  berisi  elektrolit  (larutan  atau leburan).  Pada  elektrolisis  biasa  kita  selalu menggunakan elektroda yang sama dimasukkan  dalam  larutan.  Pada  elektrolisis yang  menghasilkan  H 2 dan  O 2 ternyata timbulnya kedua gas ini baru mulai setelah E lebih besar dari 1,7 Volt.

## III. METODOLOGI PENELITIAN
Variabel bebas:
a.  Luas  permukaan  plat  elektroda  stainless steel  dengan  luas  permukaan  19264 mm 2 , 38528 mm 2 , dan 57792 mm 2
b.  Konsentrasi  larutan  KOH  5  gram,  10 gram,  15  gram,  20  gram  dan  25  gram dalam setiap 1 liter air murni.
Variabel  terikatnya  adalah  debit  gas  HHO yang dihasilkan proses elektrolisis air.

## Gambar 1: Skema Peralatan Penelitian

## IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Tabel 1. Data Hasil Penelitian Konsentrasi Larutan KOH (gram) Luas Permukaan Plat Elektroda (mm 2 ) Beda Tinggi Manometer (mm) 5 19264 0,50 10 1,00 15 1,50 20 2,00 25 2,25 5 38528 1,00 10 1,50 15 2,00 20 2,50 25 3,00 5 57792 2,00 10 2,50 15 3,00 20 3,50 25 3,75
Perhitungan  dilakukan  dalam  satuan meter  sehingga  data  beda  tinggi  manometer di  atas  yang  memiliki  satuan  milimeter dirubah  menjadi  satuan  meter.  Selanjutnya dilakukan perhitungan sebagai berikut :
1.  Perhitungan Kecepatan Aliran Gas. Misal  untuk  data  konsentrasi  larutan KOH  5  gram  dan  luas  permukaan elektroda 19264 mm 2 , perhitungan menggunakan persamaan :
) 1 ( 2 4    gh V
Dimana : g = konstanta gravitasi = 9,81 m/dt2 h  =  beda  tinggi  manometer  =  0,50
mm
 = perbandingan diameter orifice = d i /d o Dengan : d i = diameter dalam = 3 mm d o = diameter luar = 5,5 mm Maka :  = 0,0885 Sehingga :
V = 4 0885 , 0 1 005 , 0 81 , 9 2   
= 0,10 m/det
2.  Perhitungan Debit Aliran Gas. Perhitungan  untuk  contoh  data  variasi yang  sama  dan  dilakukan  dengan menggunakan persamaan :
Q = A . V (m 3 /detik) Dimana:
A = luas penampang saluran = ¼  D 2
Dengan D = 0,0055 m Maka : A = ¼ x 3,14 x 0,0055 2
= 0,0043 m 2
V = kecepatan aliran fluida = 0,10 m/detik Sehingga : Q = 0,0043 m 2 . 0,10 m/det = 0,00045 m 3 /det
Gambar 2. Grafik Konsentrasi Larutan KOH vs Debit Gas Hasil Elektrolisa
Grafik  pada  gambar  2  menunjukkan bahwa  debit  gas  hasil  elektrolisa  semakin besar  jika  konsentrasi  larutan  KOH  juga semakin  besar.  Selain  itu  grafik  di  atas  juga menunjukkan bahwa debit gas hasil elektrolisa pada  variasi luas elektrode  57792 mm 2 lebih  besar  dibanding  variasi  luas elektrode  38528  mm 2 dan  variasi  luas
elektrode  19264  mm 2 .  Debit  gas  hasil elektrolisa  maksimum  terjadi  pada  variasi konsentrasi  larutan  sebesar  25  gram  dan luas  57792  mm 2 yaitu  sebesar  0,00123 m 3 /det.  Debit  gas  hasil  elektrolisa  minimum terjadi  pada  variasi  kons  5  gram  dan  luas 19264 mm 2 yaitu sebesar 0,00045 m 3 /det.
Gambar 3. Grafik Luas permukaan Plat Elektroda vs Debit Gas Hasil Elektrolisa
0.0004 0.0006 0.0008 0.0010 0.0012 0 5 10 15 20 25 30 Konsentrasi larutan KOH (gram) Deb it g a s h a sil e lekt ro lisa ( m 3 /d t) Luas elektrode 19264 mm2 Luas elektrode 38528 mm2 Luas elektrode 57792 mm2
0.0004 0.0006 0.0008 0.0010 0.0012 10000 20000 30000 40000 50000 60000 Luas permukaan elektrode (mm2) Deb it g a s h a sil e lekt ro lisa ( m 3 /d t) KOH 5 gr KOH 10 gr KOH 15 gr KOH 20 gr
KOH 25 gr
Grafik  pada  gambar  3  menunjukkan bahwa  debit  gas  hasil  elektrolisa  semakin besar  jika  Luas  permukaan  plat  elektroda juga  semakin  besar.  Selain  itu  grafik  di  atas juga  menunjukkan  bahwa  debit  gas  hasil elektrolisa  pada  variasi  Konsentrasi  Larutan KOH sebesar 25 gram lebih besar dibanding variasi konsentrasi  larutan  KOH 20  gram, 15 gram,  10  gram  dan  variasi  konsentrasi larutan  KOH  5  gram.  Debit  gas  hasil elektrolisa  maksimum  terjadi  pada  variasi kons  25  gram  dan  luas  57792  mm 2 yaitu sebesar  0,00123  m 3 /det.  Debit  gas  hasil elektrolisa minimum terjadi pada variasi kons 5  gram  dan  luas  19264  mm 2 yaitu  sebesar 0,00045 m 3 /det. Grafik  Konsentrasi  Larutan  KOH  vs Debit Gas Hasil Elektrolisa di atas menunjukkan bahwa debit gas hasil elektrolisa  semakin  besar  jika  konsentrasi larutan  KOH  juga  semakin  besar.  Larutan KOH  dengan  konsentrasi  lebih  banyak berarti  kandungan  atom  hidrogennya  juga semakin  banyak.  Hal  ini  menyebabkan semakin  besar  konsentrasi  larutan  elektrolit KOH  maka  akan  semakin  banyak  atom hidrogen  yang  bereaksi  ketika  proses elektrolisis.  Sehingga ketika semakin banyak atom  Hidrogen  yang  bereaksi  maka  gas HHO  yang  dihasilkan  juga  akan  semakin besar.
Konsentrasi  larutan  KOH  yang  lebih besar  menunjukkan  tingkat  penghantaran listrik yang lebih besar karena sifat elektrolitnya. Pada proses pengambilan data, konsentrasi  larutan  KOH  yang  lebih  besar menghasilkan  gelembung-gelembung  yang lebih banyak. Hal ini menyebabkan konsumsi daya  listrik  menjadi  semakin  besar  pula.  Hal ini  sesuai  dengan  hukum  Faraday  tentang proses  elektrolisa  dimana  massa  yang dihasilkan  dari  proses  elektrolisa  sebanding dengan arus listrik yang digunakan.
Selain  itu  grafik  juga  menunjukkan bahwa debit gas hasil elektrolisa pada variasi luas  elektrode  57792  mm 2 lebih  besar dibanding  variasi  luas  elektrode  38528  mm 2 dan variasi luas elektrode 19264 mm 2 . Hal ini disebabkan karena semakin luas permukaan plat  elektroda  maka  pengikatan  electron  dan H + akan  semakin  banyak.  Proses  ini selanjutnya  menyebabkan  pembentukan  gas H 2 semakin banyak.
Permukaan pelat elektrode yang semakin  luas  berarti  bahwa  luasan  pelat penghantar  yang  berfungsi  untuk  mengalir- kan  arus  listrik  juga  semakin  besar  pula. Dengan demikian, sesuai lagi dengan hukum Faraday  maka  arus  listrik  yang  dihantarkan
akan  semakin  besar  pula.  Besarnya  arus listrik  ini  selanjutnya  akan  mempengaruhi proses  elektrolisa  atau  dalam  hal  ini  gas HHO  yang  dihasilkan  dari  proses  elektrolisa tersebut. Hasil  penelitian secara umum telah sesuai dengan hukum-hukum Faraday tentang proses elektrolisa. Hal ini
menunjukkan bahwa penelitian yang dilakukan  telah  sesuai  dengan  teori-teori yang ada. Hal ini dapat dilihat dari data hasil penelitian,  pengolahan  data  atau  grafik  hasil penelitian  maupun  dari  pembahasan  yang dilakukan di atas.
Dari  pembahasan  di  atas  maka  dapat diambil  suatu  kesimpulan  bahwa  terdapat pengaruh  dari  variasi  luas  permukaan  plat elektroda  dan  konsentrasi  larutan  KOH terhadap  debit  gas  hasil  elektrolisis  air. Pengaruhnya  adalah  semakin  besar  luas permukaan plat elektroda dan semakin besar konsentrasi  larutan  KOH  maka  semakin besar  debit  gas  hasil  elektrolisis  yang dihasilkan.

## V. KESIMPULAN DAN SARAN
1.  Luas  permukaan  plat  elektroda  dan konsentrasi  larutan  KOH  berpengaruh terhadap debit gas hasil elektrolisis air.
2.  Pengaruhnya  adalah  semakin  besar  luas permukaan  plat  elektroda  dan  semakin besar  konsentrasi  larutan  KOH  maka semakin  besar  pula  debit  gas  hasil elektrolisis yang dihasilkan.
3.  Debit  gas  hasil  elektrolisa  maksimum terjadi pada luas permukaan plat elektroda  57792  mm 2 dan  Konsentrasi Larutan  KOH  25  gram  yaitu  sebesar 0,00123 m 3 /det.
4.  Debit gas hasil elektrolisa minimum terjadi pada  Luas  permukaan  plat  elektroda 19264  mm 2 dan  konsentrasi  larutan  KOH 5 gram yaitu sebesar 0,00045 m 3 /det.
Untuk  penelitian  selanjutnya  dapat dilakukan dengan cara:
1.  Mencoba  katalis  jenis  lain  misalnya  dari jenis  asam  HCl,  H 2 SO 4, atau  dari  jenis garam.
2.  Membuat orifice flow meter lebih baik lagi agar  hasil  pengukuran  debit  gas  lebih akurat.

## DAFTAR PUSTAKA
Harus  LG,  Rasiawan,  Sampurno  B,  Sutantra IN,  2010, Pengembangan  Elektroliser Gas  Hho  Dengan  Sistem  Pengendali Laju  Produksi, Politeknik  Perkapalan Negeri Surabaya, ITS
Putra  A.M,  2010, Analisis  Produktifitas  Gas Hidrogen  Dan  Gas  Oksigen  Pada Elektrolisis  Larutan  KOH ,  Universitas
Islam  Negeri  (UIN)  Maulana  Malik Ibrahim, Malang Palupi B, 2011, Pengaruh Variasi Temperatur Input Elektrolizer Terhadap  Efisiensi  Produksi  Hidrogen Menggunakan  Molten  Salt  Reactor (MSR)  Dengan  High  Temperature Electrolysis Of Steam (HTES), Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta Saripudin  A,  2009, Praktis  Belajar  Fisika  2. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta Vebrina AD, 2009, Pengaruh Luas Permukaan Elektroda Berupa Lempeng  Stainless  Steel  Terhadap Volume  Hasil  Elektrolisis  H 2 O  Dengan Katalisator KCl 10% , Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Lampung.