PEMECAHAN MOLEKUL AIR DENGAN MENGGUNAKAN MEDIA TEPUNG UMBI DAHLIA ( DAHLIA PINNATA )
Isana SYL*, Dewi Yuanita dan Heru Pratomo Al

## Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA UNY
*email: : isana_supiah@uny.ac.id
diterima 22 Agustus, disetujui 4 September 2015

## Abstrak
Air  dan  limbah  cair  melimpah  di  bumi,  sehingga  pemanfaatannya  sebagai  sumber  energi  menjadikan  tantangan tersendiri.  Molekul  air  dapat  dipecah  menjadi  gas-gas  hidrogen  dan  oksigen  dengan  berbagai  cara.  Gas  hidrogen merupakan  bahan  bakar  yang  ramah  lingkungan,  yang  layak  menggantikan  bahan  bakar  fosil,  yang  makin  menipis persediaannya  di  alam,  sehingga  usaha-usaha  yang  berkaitan  dengan  penyediaan  energi  terbarukan  perlu  mendapat dukungan  dari  berbagai  pihak.  Proses  elektrolisis  telah  lama  dikenal,  merupakan  salah  satu  cara  memecah  molekul  air menjadi gas-gas hidrogen dan oksigen, tetapi secara umum masih memiliki efektivitas rendah. Oleh karena itu diperlukan upaya-upaya  peningkatan  efektivitas  elektrolisis,  baik  dari  sisi  elektroda  maupun  elektrolit  yang  digunakan.  Pada penelitian  ini  telah  dilakukan  elektrolisis  air  dalam  suasana  basa  dengan  menggunakan  NaHCO 3 ,  media  tepung  umbi dahlia dan elektroda kerja stainless steel . Metoda  penelitian yang digunakan voltametri siklik dengan menggunakan alat voltameter  eDAQ  EChem,  yang  mampu  menggambarkan  alur  tegangan  dan  arus  yang  digunakan  selama  elektrolisis. Adanya tepung umbi dahlia menyebabkan terjadinya covering di sekitar permukaan elektroda sehingga proses pemecahan molekul air menjadi terhambat. Covering optimum terjadi pada penambahan 9 gram tepung umbi dahlia per liter air.
Kata kunci: pemecahan molekul air , voltamogram , umbi dahlia , stainless steel , covering

## Abstract
Water is abundant on Earth, so its utilization as an energy source makes its own challenges. Water molecules can be  reacted into  hydrogen  and oxygen gasses  in various ways.  Hydrogen gas is  an  environmentally friendly fuel,  reliable substitution for fossil fuel which is depleting within time, so the efforts relating to the provision of renewable energy needs support from various parties. Electrolysis is a well known process, which is one of the ways to react the water molecule into  hydrogen  and  oxygen  gas,  but  it  has  low  effectiveness  generally.  Therefore,  it  is  necessary  to  have  the  efforts increasing the  effectiveness  of electrolysis process, both in  terms  of  electrodes and the  electrolyte  used. This study  had conducted on base condition with NaHCO 3 addition, on dahlia tuber starch media, and using working electrode stainless steel and stainless steel/Fe-Co-Ni. The method of research  was using linear and cyclic voltammetry using eDAQEChem voltammeter apparatus, which is  able  to describe the flow of  voltage  and current used within electrolysis process.  The existence of dahlia tuber starch leads to cover the surface of the electrode so that the process of water molecules reaction becomes obstructed. It is obtained that the optimum covering of electrode surface is achieved in the addition of 9 grams of dahlia tube starch in one liter of water.
Keywords: water molecule dissociation reaction, voltammograms, dahlia tuber starch, stainless steel, covering

## Pendahuluan
Banyak  cara  untuk  membuat  gas  hidrogen, antara  lain  dengan  cara  elektrolisis air. Elektrolisis air yang banyak dilakukan umumnya menggunakan elektroda  inert  seperti  logam  platinum,  sebagai katalis  utama  karena  platinum  memiliki  sifat  yang tidak  mudah  berkarat,  tetapi  sumber  platinum terbatas  dan  memiliki  harga  relatif  mahal.  Oleh karena  itu  perlu  dikembangkan  katalis  berbasis logam  non  platinum.  Banyak  metoda  elektrolsiis dengan  berbagai  variasi  yang  telah  dipatenkan.  de Nora  [1]  telah  mematenkan  sel  elektrolisis  untuk
memproduksi  natrium  hipoklorit  dari  air  laut.  de Nora  dan  Spaziante  [2]  telah  mematenkan  sel elektrolisis yang meliputi anoda dan katoda porous, membran  permeabel  ion  dan  elektrolit  berupa larutan  halida  untuk  memproduksi  halogen. Shaaban  dan  Dobyne  [3]  mematenkan  sel elektrolisis yang menggunakan partikel ultramikroelektroda  dengan  ukuran  5  –  10  mikron untuk  memproduksi  gas  hidrogen  dan  oksigen secara efisien, dengan kemurnian 99,99%. Basseguy  [4]  telah  mematenkan  alat  elektrolisis
untuk  memproduksi  hidrogen  melalui  reduksi  air. Nicholson  dan  Carlisle  [5]  menggunakan  sel elektrolisis    untuk  mendemonstrasikan  proses dekomposisi  elektrolitik  air  menjadi  gas  hidrogen dan oksigen, sedangkan Davy [6] menggunakannya untuk  mengelektrolisis  leburan  garam  alkali  dan alkali  tanah  untuk  mengisolasi  logam  alkali  dan alkali tanah.
Proses  elektrolisis  sangat  bergantung  pada jenis  elektrolit,  jenis  elektroda,  arus,  voltase  dan waktu  yang  digunakan.  Hidrogen  merupakan  gas mudah  terbakar,  yang  dapat  digunakan  sebagai sumber  energi  terbarukan  yang  ramah  lingkungan. Produksi  hidrogen  secara  aman,  ramah  lingkungan dan murah merupakan upaya mewujudkan pemenuhan  energi  secara  komersial,  mengingat bahan  bakar  fosil  semakin  langka  dan  tidak  dapat diperbarui.
Sebelumnya telah dipelajari elektrolisis minuman  isotonik  yang  beredar  di  pasaran,  baik berupa cairan maupun serbuk, menunjukkan bahwa secara  umum  elektroisis  air  memiliki  efisiensi relatif  rendah  [7].  Termogram  temperatur  terhadap waktu  elektrolisis  larutan  garam  dapur  berbagai merk  dengan  menggunakan  elektroda  karbon, menunjukkan  keberagaman  termogram,  yang berbeda satu dengan yang lain (khas untuk masing- masing  merk)  [8].  Perilaku  sel  elektrolisis  air sumur  dari  berbagai  tempat  dengan  elektroda stainless steel , menunjukkan bahwa masing-masing air  sumur  memiliki  perilaku  elektrolisis  yang berbeda  [9].  Preparasi,  karakterisasi  dan  aplikasi elektroda  elektrokatalis  berbasis stainless  steel untuk memproduksi gas hidrogen [10]. Voltamogram  elektroda  terner stainless  steel /Fe- Co-Ni pada elektrolisis air dalam suasana basa [11] dan  dipelajari  reaksi  evolusi  hidrogen  pada elektroda stainless
steel /Fe-Co-Ni [12], menunjukkan  bahwa  elektroda  terner  relatif memiliki aktivitas katalitik lebih baik dibandingkan elektroda biner dan tunggal. Pada tahun 2013 telah dipelajari  reaksi  evolusi  hidrogen  pada  elektroda Fe-Co/s,  Fe-Ni/s  and  Co-Ni/s  [14].  Pada  tahun 2014  telah  dipelajari  voltamogram stainless  steel pada elektrolisis air dalam suasana basa.
Pada penelitian ini telah dilakukan  elektrolisis air  dalam  suasana  basa  dengan  menggunakan elektroda stainless  steel dan  media  tepung  umbi dahlia.  Tepung  umbi  dahlia  tersusun  atas  berbagai komponen  yang  berpengaruh  terhadap  elektrolit dan  situs  aktif  elektroda  sehingga  berpengaruh terhadap  aktivitas  elektrolisis  air  dan  produksi  gas hidrogen. Aktivitas elektrolisis air dipelajari secara voltametri  siklik.  Penelitian  ini  mempelajari
karakter stainless  steel dan  aplikasinya  sebagai elektroda dalam elektrolisis air dalam suasana basa dengan menggunakan media tepung umbi dahlia.

## Metode Penelitian
Alat  yang digunakan  meliputi  alat gelas untuk preparasi,  tabung  elektrolisis,  alat  voltameter eDAQ  EChem,  SEM-EDX  ( Scanning  Electron Micrographs-Energy  Dispersive  X-ray )  dan  GSA ( Gas  Sorption  Analyzer ).  Bahan  yang  digunakan meliputi stainless  steel ,  NaHCO 3 p.a,  elektroda platinum,  elektroda  Ag/AgCl,  akuades  dan  tepung umbi  dahlia.  Di  awal  penelitian  dilakukan pembuatan  tepung  umbi  dahlia.  Umbi  dicuci dengan  disikat,  dikupas,  diiris  tipis  dan  dijemur hingga  kering,  selanjutnya  diblender  dan  diayak. Karakterisasi stainless  steel menggunakan  SEM- EDX  dan  GSA.  Elektrolisis  air  dilakukan  dalam suasana basa dengan penambahan 5 gram NaHCO 3 per  liter  air  dengan  menggunakan  elektroda stainless steel dan media tepung umbi dahlia.
Tabel 1. Sistem yang dipelajari dalam penelitian
No Sistem Berat tepung umbi dahlia (gram) 1 a 0 2 b 1 3 c 2 4 d 3 5 e 4 6 f 5 7 g 6 8 h 7 9 i 8 10 j 9 11 k 10 Konsentrasi tepung umbi dahlia yang digunakan  bervariasi  dari  1  –  10  gram  per  1  liter air, sehingga ada 11 sistem yang diteliti, yakni satu sistem  tanpa  media  tepung  umbi  dahlia  (sebagai blanko)  dan  10  sistem  dengan  media  tepung  umbi dahlia, seperti Tabel 1.
Efisiensi  proses  elektrolisis  (ε)  ditentukan dengan  membandingkan  puncak  arus  katodik  (ic, untuk  produksi  hidrogen)  dan  puncak  arus  anodik (ia,  untuk  produksi  oksigen)  antara  sistem  yang menggunakan dan tanpa media tepung umbi dahlia. Efisiensi  proses  elektrolisis  paling  optimum merupakan target utama yang hendak dicapai, yang selanjutnya  dapat  diaplikasikan  pada  produksi hidrogen  sebagai  sumber  bahan  bakar  alternatif. Kondisi  optimum  merupakan  kondisi  pada  saat
terbentuk  gas  hidrogen  paling  optimum,  yakni harga efisiensi optimum.

## Hasil dan Pembahasan
Elektroda stainless  steel yang  digunakan adalah tipe Ferritic grades S-430 dengan ketebalan 1,2  mm,  yang  diuji  komposisinya  dengan menggunakan EDX mengandung kadar Fe, Co dan Ni  masing-masing  sebanyak  80,11  %b,  0,05  %b dan  Ni  tidak  terdeteksi.  Data  Foto  SEM-EDX stainless steel dapat dilihat Gambar 1. Berdasarkan data GSA (ada pada peneliti) dapat ditentukan luas muka  spesifik,  volum  pori  total  dan  jejari  pori stainless steel dengan metoda BJH (Barrett, Joyner
&  Halenda)  masing-masing  sebesar  6,628  m 2 /g, 0,0106 cc/g dan 32,8356 Å.
Voltamogram  elektroda stainless  steel pada elektrolisis  air  dalam  suasana  basa  (penambahan  5 gram  NaHCO 3 per  liter  air)  dengan  media  tepung umbi  dahlia  dapat  dilihat  pada  Gambar  3.  Hasil penelitian  menunjukkan  bahwa  adanya  media tepung  umbi  dahlia  menyebabkan  terjadinya covering di  sekitar  permukaan  elektroda  sehingga proses  elektrolisis  menjadi  lebih  lambat,  yang ditunjukkan  oleh  makin  menurunnya  puncak  arus katodik  dan  anodik. Covering paling  optimum terjadi  pada  penambahan  tepung  umbi  dahlia sebanyak 9 gram per liter air (Gambar 2 dan 3).
Gambar 1. Foto SEM-EDX Stainless Steel
Gambar 2. Voltamogram Elektroda Stainless Steel dengan Media Tepung Umbi Dahlia 0 – 10 Gram Per Liter Air (a-k)
Gambar 3. Grafik Puncak Arus Katodik ( i c ) dan Anodik ( i a ) Elektroda Stainless Steel terhadap Berat Tepung Umbi Dahlia

## Simpulan
Pemanfatan  limbah  cair  sebagai  sumber hidrogen
secara elektrolisis, hendaknya memperhatikan  kandungan  material  yang  ada dalam  limbah  itu,  adanya  tepung  umbi  dahlia ternyata dapat menyebabkan terjadinya covering di sekitar  permukaan  elektroda,  sehingga  proses pemecahan  molekul  air  menjadi  terhambat.  Oleh karena itu perlu penanganan awal untuk menghilangkan  atau  meminimalkan  kandungan tepung  umbi  dahlia  dalam  limbah  cair  itu.  Hal demikian  juga  dapat  terjadi  bila  limbah  cair mengandung  tepung  maizena  (Isana  dan  Dhaulika, 2015) dan tepung mokaf (Isana dan Yulia, 2015).
Hasil  penelitian  dapat  diterapkan  dalam industri,  terutama  dalam  upaya  memproduksi elektroda yang memiliki aktivitas katalitik terhadap adsorpsi dan desorpsi H + dalam rangka memproduksi gas hidrogen, yang dapat dimanfaatkan  sebagai  bahan  bakar  yang  murah, aman  dan  ramah  lingkungan.  Demikian  juga  perlu diupayakan  kondisi  elektrolisis  yang  paling optimum memproduksi gas hidroegn.

## Ucapan Terima Kasih
Terimakasih  diucapkan  kepada  Rektor  UNY dan  Dekan  FMIPA  UNY  yang  telah  mengijinkan
dan  mengalokasikan  dana  untuk  penelitian  ini. Penelitian ini didanai oleh DIPA FMIPA UNY.

## Pustaka
[1] de Nora, O., de Nora,  V. dan Spaziante, P.M., 1977, Electrolysis  Cells ,  United  States  Patent No.: 4,032,426.
[2] de  Nora,  O.  dan  Spaziante,  M.,  1986, Electrolysis  Cells ,  United  States  Patent  No.: 4,592,822.
[3] Shaaban,  A.H.  dan  Dobyne,  E.K.,  1999, Electrolysis  Cells ,  United  States  Patent No.:5,879,522.
[4] Basseguy,  R.,  dkk.,  2009, Water  Electrolysis Device ,  United  States  Patent  Application Publication, No.:US 2009/0294282 A1.
[5] Isana,  S.Y.L,  2007,  Variasi  Suhu  dan  Waktu Sel  Elektrolisis  Berbagai  Merk  Minuman dengan Elektroda Karbon, Laporan Penelitian , DIPA UNY, UNY, Yogyakarta.
[6] Isana,  S.Y.L,  2009,  Variasi  Temperatur  dan Waktu pada Elektrolisis Larutan Garam Dapur Berbagai  Merk, Seminar  Nasional  Kimia , Jurusan  Pendidikan  Kimia  FMIPA  UNY  pada tanggal 17 Oktober 2009
[7] Isana,  S.Y.L,  2010,  Perilaku  Sel  Elektrolisis Air dengan Elektroda Stainless Steel, Seminar Nasional  Kimia ,  Jurusan  Pendidikan  Kimia FMIPA UNY pada tanggal 30 Oktober 2010
[8] Isana,  S.Y.L,  2011,  Preparasi,  Karakterisasi dan Aplikasi Elektroda Elektrokatalis Berbasis Stainless  Steel  untuk  Produksi  Hidrogen,
Seminar Nasional , FMIPA  UNY pada tanggal 19 September 2011
[9] Isana,  S.Y.L,  2012,  Voltamogram  Elektroda Terner Stainless
Steel/Fe-Co-Ni pada
Elektrolisis  Air  dalam  Suasana  Basa, Seminar Nasional ,  FMIPA  UNY  pada  tanggal  29 September 2012.
[10]  Isana,  S.Y.L,  2014,  Voltamogram Stainless Steel pada  Elektrolisis  Air  dalam  Suasana Basa, Seminar  Nasional  Kimia ,  Jurusan Pendidikan  Kimia  FMIPA  UNY pada tanggal 15 November 2014.
[11]  Isana,  S.Y.L.,  Wega  Trisunaryanti,  Agus Kuncaka,  Triyono,  2012,  Studies  on  The Hydrogen  Evolution  Reaction  on  Fe-Co- Ni/Stainless  Steel  Electrode, IOSR  Journal  of
Applied  Chemistry  (IOSR-JAC), ISSN:  2278- 5736. Volume 3, Issue 1  (Nov.  – Dec. 2012),
PP 06-1.
[12]  Isana,  S.Y.L.,  Wega  Trisunaryanti,  Agus Kuncaka,  Triyono,  2013,  Studies  on  The Hydrogen Evolution Reaction on Fe-Co/s, Fe- Ni/s  and  Co-Ni/s  Electrodes, Seminar Internasional , The International Post Graduate
Conference  on  Science  and  Mathematics
2013”  pada  tanggal  5-6  Oktober  2013  di
Convention Hall, e-Learning Building, Universiti Pendidikan Sultan Idris, Malaysia.
[13]  Isana,  SYL  dan  Dhaulika  Maysarrah,  2015, Voltamogram Stainless Steel pada Elektrolisis Air  dalam  Suasana  Basa  dengan  Media Tepung Maizena, Prosiding Seminar Nasional Kimia  UNY,  Jurusan  Pendidikan  Kimia FMIPA  UNY  pada  tanggal  14  November 2015.
[14]  Isana,  SYL  dan  Yulia  Arie  Astuti,  2015, Elektrolisis  Air  dalam  Suasana  Basa  dengan Elektroda  Stainless  Steel  dan  Media  Tepung Mokaf,  Prosiding  Seminar  Nasional  Kimia
UNY,  Jurusan  Pendidikan  Kimia  FMIPA UNY pada tanggal 14 November 2015.