## ANALISIS PRODUKTIVITAS GAS HIDROGEN
BERDASARKAN ARUS DAN TEGANGAN PADA PROSES ELEKTROLISIS H 2 O

## Fitriyanti
Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar email: fitriyanti_fisika@uin-alauddin.ac.id
Abstract: This  study  designed  a  HHO  generator  by  separating  oxygen (O2)  and  Hydrogen  (H2)  gas.  The  controlled  variable  is  the  HHO generator container made of plastic with a width of 12 cm, length 24 cm, height 20 cm in the shape of a rectangle, and filled with aquades as much as  1  litter,  the  distance  between  the  electrodes  is  1.5  mm,  the temperature  that occurs during  the electrolysis  process is 33 o C  to  40 o C. The  research  variables  observed  were  current  and  voltage  used  during the H2O electrolysis process, Brown's gas flow rate in the measuring cup (ml  /  min),  the  efficiency  of  the  HHO  generator,  ie  the  energy  or  power used  in  the  H2O  electrolysis  process.  Based  on  the  research  results obtained by the addition of a PWM Controller to increase the voltage can increase the productivity of the hydrogen gas produced. The value of the power  needed  affects  the  effectiveness  of  the  electrolysis  device,  the greater  the  power  needed,  the  effectiveness  will  decrease,  this  is influenced by the increasing amount of electricity consumption required in the operation of the tool.
Keywords: e lectrolysis, HHO generator, hydrogen.

## 1.  PENDAHULUAN
Konsumsi energi di Indonesia meningkat rata-rata sebesar 7% per tahun seiring  dengan  meningkatnya  jumlah  penduduk,  kegiatan  ekonomi,  dan perkembangan  industri.  Beberapa  jenis  energi  di  Indonesia  diantaranya  adalah minyak bumi, gas alam, batu bara, tenaga air, dan panas bumi..
Energi  merupakan  salah  satu  komponen  penting  bagi  kelangsungan  hidup manusia.  Pada  umumnya  masyarakat  masih  banyak  bergantung  pada ketersedian sumber daya alam energi fosil yang sifatnya un-renewable, terutama minyak  bumi  yang  semakin  lama  semakin  terbatas  jumlahnya  Dalam perkembangannya, cadangan sumber energi di dunia semakin terbatas dan tidak mampu  memenuhi  kebutuhan  manusia  yang  semakin  bertambah.  Berbagai penelitian  telah  dilakukan  dalam  rangka  mengatasi  ketersedian  sumber  daya alam  yang  terbatas  jumlahnya  tersebut,  dalam  hal  ini  disebut  sebagai  sumber energi alternatif.
Hidrogen  dengan  lambang  kimia  H  merupakan  unsur  paling  sederhana dilihat  dari  segi  susunan  proton  dan  elektronnya.  Satu  atom  hidrogen  hanya memiliki  satu  proton  dan  satu  elektron.  Gas  hidrogen  merupakan  molekul diatomik,  setiap  molekulnya  tersusun  atas  2  atom  hidrogen,  yang  secara  kimia dirumuskan dengan H2. Berbagai penelitian telah membuktikan bahwa hidrogen mampu dijadikan sebagai sumber energi alternatif.
Kelebihan hidrogen dibandingkan dengan bahan bakar fosil lainnya yaitu pembakarannya  tidak  menyebabkan  polusi  karbon.  Ketika  terbakar,  hidrogen
melepaskan energi berupa panas dan menghasilkan air sebagai bahan buangan (2H 2 +  O 2 —>  2H 2 O).  lebih  efektif  dalam  pembakaran  dan  jumlahnya  di  alam sangat melimpah sekitar 93% dari seluruh atom yang ada di alam.
Hidrogen  (H 2 )  ini  sebagai  bahan  bakar  adalah  sifatnya  sebagai  sumber energi  yang  tidak  bersifat  langsung  (primer)  sebagaimana  halnya  gas  alam, minyak  atau  batubara.  Hidrogen  adalah  energi  turunan  (Sekunder),  yang diproduksi  dengan  menggunakan  sumber  energi  lain  seperti  gas  alam,  minyak, batu  bara,  nuklir,  energi  matahari  dan  berbagai  sumber  energi  lainnya.  Karena bersifat sekunder itulah, untuk tahap awal penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar,  kita  harus  mengkombinasikan  penggunaannya  dengan  bahan  bakar primer  (hibrida).  Jadi  fungsi  hidrogen  lebih  sebagai  bahan  bakar  pendamping yang berfungsi membantu mesin mengurangi konsumsi bahan bakar utama.
Kebanyakan  dari  hidrogen  yang  diproduksi  sampai  hari  ini  (di  Amerika maupun  di  negara  lain)  adalah  hidrogen  yang  didapat  dari  gas  alam  (CH4) melalui proses yang disebut “steam reforming”. Tapi yang  lebih potensial untuk dilakukan  dimasa  depan  adalah  memproduksi  hidrogen  dari  air  melalui  proses elektrolisis atau langsung menggunakan reaksi fotokimia. ( Wannur, 2018)
Ada  beberapa  metode  cara  memproduksi  gas  hidrogen,  salah  satunya yaitu dengan metode elektrolisis air. Metode ini mengubah air (H2O) menjadi gas HHO (oxyhidrogen) atau biasa disebut dengan gas brown. Penggunaan hidrogen dalam sel bahan bakar merupakan teknologi yang menjanjikan untuk pemenuhan listrik  dan  panas  dalam  berbagai  keperluan.  Kendaraan  dengan  teknologi  sel bahan  bakar  hidrogen  bahkan  dinilai  memiliki  efisiensi  tiga  kali  lebih  tinggi dibandingkan  dengan  kendaraan  bermesin  yang  menggunakan  bahan  bakar bensin.
Proses elektrolisis air berjalan sangat lambat sehingga perlu diupayakan cara-cara  untuk  meningkatkan  efisiensi  produk.  Misalnya  dengan  penambahan zat terlarut, yang bersifat elektrolit, modifikasi elektroda, variasi daya listrik yang digunakan  atau  dengan  cara-cara  lain  yang  mampu  meningkatkan  efisiensi produk. (Isana, 2010)
Elektrolisis  air  sebagai  sumber  hidrogen  telah  lama  dipelajari  dan  telah menghasilkan  berbagai  penelitian  yang  terkait,  hanya  secara  spesifik  untuk menganalisis  produktivitas  dari  beberapa  metode  yang  dihasilkan  masih  perlu dikembangkan lebih lanjut. Dengan menganalisis seberapa banyak produktivitas hidrogen  yang  dihasilkan  dari  beberapa  metode  diharapkan  mampu menghasilkan suatu alat generator H2O dengan efektifitas yang tinggi
Dari beberapa penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, penelitian  ini akan  memvariasikan  besarnya  arus  dan  tegangan  yang  diperlukan  yang diharapkan dapat menciptakan suatu alat generator HHO dengan efektifitas yang tinggi.  Efektifitas    yang  dimaksud  disini  adalah  seberapa  besar  daya  yang digunakan untuk menghasilkan gas hidrogen, sehingga dapat meningkatkan laju produksi dan efisiensi dari generator HHO yang dibuat.
Penelitian  ini  akan  merancang  sebuah  alat  elektrolisis  yang  mampu menghasilkan  gas  hidrogen  dari  air  (H 2 O)  dengan  cara  yang  sederhana  dan praktis,  dan  menganalisa  efektivitas  dari  alat  tersebut  sehingga  kedepannya mampu menghasilkan suatu alat elektrolisis dengan tingkat efisiensi yang tinggi.

## 2. METODE PENELITIAN
Jenis  penelitian  ini  adalah  penelitian  kuantitatif.  Penelitian  ini  untuk mengetahui  efektivitas  dari  produksi  gas  hidrogen  yang  dihasilkan  dari  variasi
arus  dan  tegangan  serta  luas  penampang  katoda  dan  anoda  yang  digunakan. Adapun  lokasi  penelitian  terdapat  di  Laboratorium  Elektronika  Jurusan  Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN Alauddin Makassar.
Variabel  terkontrol  adalah  wadah  generator  HHO  terbuat  dari  plastik dengan lebar 12 cm, panjang 24 cm, tinggi 20 cm berbentuk persegi empat,dan diisi dengan aquades sebanyak 1 liter, jarak antara elektroda 1,5 mm, suhu yang terjadi selama proses elektrolisis sebesar 33 o C sampai 40 o C. Variabel penelitian yang diamati adalah arus dan tegangan yang digunakan saat proses elektrolisis H2O,  laju  aliran Brown’s gas  pada  gelas  ukur  (ml/menit),  efisiensi  generator HHO,  yaitu  energi  atau  daya  yang  digunakan  pada  proses  elektrolisis  H2O. Perumusan untuk mencari seberapa besar efektivitas produktifitas dari gas HHO adalah sebagai berikut :
a. Daya
P = V x I …………..(1)
Dimana : P = Daya generator HHO (Watt) V = Beda potensial/tegangan (Volt) I = Arus listrik (Ampere) b. Laju produksinya ( flow rate gas HHO) adalah :
m = Q x  HHO ..................... (2)
Dimana : m = Laju produksi gas HHO (kg/s) Q = Debit Produksi gas HHO (lt/s)
ρ = Massa jenis gas HHO (gram)
Dengan :
V Q t  .............. (3) V = Volume gas terukur (lt) t = Waktu produksi gas (s) (ρHHO = 0,287 gr/L ) (ρHidrogen = 0,8988 gr/L) (ρOksigen = 0,219 gr/L)
c. Efisiensi Generator HHO.
100% QHHO HHO LHV HHO HHO
P       ……… (4)
Dimana: ηHHO = Efisiensi generator HHO (%) QHHO = Debit produksi gas HHO (lt/s) ρHHO = Massa Jenis gas HHO (g/lt) LHV HHO (Lower Heating Value) = LHV gas HHO (119930 J/g) P = Daya generator HHO (Watt)

## Diagram Alir Penelitian
Gambar 1. Diagram alir penelitian

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian
Pengaruh Arus dan Tegangan pada Proses Elektrolisis H 2 O 1. Tanpa PWM meter Tegangan sumber DC (AKI), v = 12 volt, Arus (I) = 3 Ampere Daya (P) = v x I = 36 Watt suhu awal = 33 o C, suhu akhir = 44 o C
Studi Literatur Pengambilan data Gas Hidrogen Pembuatan Generator HHO Analisis Gas Hidrogen yang dihasilkan
Variasi :  Luas Permukaan elektroda
 Arus dan Tegangan Kesimpulan Mulai
Gambar 2. Grafik hubungan volume gas (liter) dan waktu
Berdasarkan  grafik  pada  gambar  2  dapat  dilihat  adanya  kenaikan  yang mendekati  linear  antara  volume  gas  dalam  proses  elektrolisis  H 2 O  terhadap waktu  yang  diukur  setiap  1  menit  selama  30 menit.  Hal  ini  dapat  terjadi  karena arus  dan  tegangan  yang  tercatat  pada  amperemeter  dan  voltmeter  stabil  jadi volume gas yang terbentuk juga mengalami kenaikan yang stabil dari menit yang satu kemenit yang berikutnya.
Gambar 3. Hubungan laju produksi gas hidrogen dengan waktu (menit)
Gambar  3  menunjukkan  laju  produksi  gas  hidrogen  yang  terbentuk,  nilai laju  produksi  dihitung  berdasarkan  persamaan  2  pada  grafik  dapat  dilihat  laju produksi  agak  lambat  pada  menit  pertama  sekitar  7  menit  pertama  laju  gas hidrogen  mulai  meningkat  dan  mendekati  stabil  pada  menit  kesepuluh.  Hal  ini disebabkan  karena  proses  kerja  alat  membutuhkan  waktu  tanggap  hingga mendapatkan  nilai  maksimal  alat,  adanya  arus  yang  mengalir  menyebabkan terjadinya  pertukaran  ion-ion  antara  elektroda  dan  H 2 O  sehingga  terjadi pemisahan  antara  gas  oksigen  dan  hidrogen,  efek  yang  timbul  terjadinya
y = 0.0144x - 0.0184 R² = 0.9976 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 5 10 15 20 25 30 35 V ol u m e ( lit e r) Waktu (menit) 0 0.000005 0.00001 0.000015 0.00002 0.000025 0 5 10 15 20 25 30 35 La ju p rod u ksi h id rog e n ( g/ s) waktu (menit)
kenaikan suhu pada proses elektrolisis sebesar 44 o C . Karena massa jenis gas lebih  kecil  dibandingkan  aquades  sehingga  mengalir  keluar.  Proses  ini berlangsung selama 30 menit.

## 2. Dengan Menggunakan PWM Controller
Tegangan sumber DC (AKI), v = 38 volt, Arus (I) = 6.3 Ampere Daya (P) = v x I = 239.4 Watt suhu awal = 33 o C, suhu akhir = 50 o C
Gambar 4. Grafik hubungan volume gas (liter) dan waktu
Gambar  4  manunjukkan  hubungan  volume  gas  yang  dihasilkan  pada proses  elektrolisis  setiap  menit  selama  30  menit.  Dengan  menggunakan PWM Controller arus dan tegangan pada aki 12 volt, 60 Ah dapat ditingkatkan menjadi 38 volt dan 6.3 ampere. Proses pengambilan data dengan mengontrol agar arus dan tegangan yang terbaca pada voltmeter dan amperemeter statis dengan cara mengatur PWM  Controller sedemikian  rupa.  Pada PWM  Controller yang digunakan pada penelitian, maksimum pada tegangan 38 volt dan 6.3 ampere, di atas dari nilai tersebut nilai tegangan dan arus menjadi tidak stabil bahkan drop . Semakin  besar  nilai  tegangan  dan  arus,  maka  volume  gas  hidrogen  yang terbentuk  juga  semakin  besar.  Adanya  peningkatan  arus  dan  tegangan menyebabkan  proses  elektrolisis  juga  berlangsung  cepat,  karena  perpindahan molekul-molekulnya  juga  semakin  meningkat,  suhu  pada  proses  ini  juga mengalami  peningkatan  disebabkan  pergerakan  ion-ion  selama  proses elektrolisis semakin cepat. Dengan suhu yang terukur pada termometer sebesar 50 o C. -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 5 10 15 20 25 30 35 V ol u m e ( lit e r) Waktu (menit)
Gambar 5. Hubungan laju produksi gas hidrogen dengan waktu
Gambar 5 menunjukkan grafik  laju produksi yang terbentuk pada proses elektrolisis  setiap  menit,  sama  halnya  pada  gambar  4  laju  produksi  pada  menit pertama juga membutuhkan waktu untuk melakukan proses elektrolisis sehingga volume gas yang dihasilkan juga sedikit. Pada menit ke-7 laju produksinya mulai meningkat.  Berdasarkan  grafik  terlihat  adanya  sedikit  ketidakstabilan  pada  nilai laju  produksi.  Hal  ini  disebabkan  karena  pengaruh PWM  Controller untuk menaikkan arus dan tegangan sumber. Pengontrolan harus terus dilakukan untuk mendapatkan nilai yang stabil juga.

## Pembahasan
Besarnya volume gas yang terbentuk pada penelitian ini bergantung pada besarnya arus dan tegangan yang dapat memberikan hasil yang signifikan. Rata- rata  laju  produksi  gas  hidrogen  yang  terbentuk  pada  arus  dan  tegangan  3 ampere dan 12 volt yaitu 1.78 x 10 -5 gram/liter dengan rata-rata debit volume gas sebesar  0.000199034  liter/sekon.  Dengan  mengubah  besarnya  arus  dan tegangan yaitu 38 volt dan 6.3 ampere maka gas hidrogen yang dihasilkan juga meningkat.  laju  produksi  rata-rata  gas  hidrogen  yang  dihasilkan  sebesar  3.46  x 10 -5 gram/sekon  dengan  debit  volume  gas  rata-rata  sebesar  0.000396663 liter/sekon.  Hasil  maksimal  diperoleh  dengan meningkatkan  arus  dan  tegangan, produksi gas hidrogen rata-rata sebesar 4.197 x 10 -5 gram/liter dengan rata-rata debit volume gas hidrogen perdetik yaitu 0.000467 liter/sekon. Nilai efisiensi dicari dengan menggunakan persamaan 4 dapat dilihat pada tabel dibawah ini
Tabel 1. Nilai efisiensi generator HHO (%) No Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Daya (Watt) Efisiensi (%) 1 12 3 36 5,959 3 38 6.3 239,4 1,786
Berdasarkan  tabel  dapat  disimpulkan  bahwa  efisiensi  dipengaruhi  oleh beberapa  faktor  yaitu  produktivitas  yang  dinyatakan  dengan volume  alir,  massa jenis gas HHO, LHV HHO, dan energi yang digunakan untuk melakukan proses
0 0.000005 0.00001 0.000015 0.00002 0.000025 0.00003 0.000035 0.00004 0.000045 0 5 10 15 20 25 30 35 la ju p rod u ksi ( gr am /sekon ) Waktu (menit)
elektrolisis  yang  dinyatakan  dengan  daya.  Besarnya  daya,  mempengaruhi peningkatan efisiensi pada generator HHO. Apabila  daya yang diperlukan tinggi maka efisiensi akan semakin menurun.  Semakin besar arus dan tegangan yang digunakan maka konsumsi daya yang digunakan juga semakin besar. Penurunan efisiensi disebabkan oleh kenaikan energi listrik yang digunakan (Wiryawan, dkk 2013).

## 4.  SIMPULAN
Telah  dibuat  sebuah  alat  elektrolisis  sebagai  Generator  HHO,  dengan variasi  arus  dan  tegangan.  Arus  dan  tegangan  pada  alat  elektrolisis  H 2 O mempengaruhi efektivitas dari generator HHO, semakin besar arus dan tegangan menyebabkan  semakin  meningkatnya  daya  yang  digunakan  sehingga menyebabkan  efektifitasnya  menurun.  Efisiensi  yang  terbaik  didapatkan  pada arus 3 Ampere dan tegangan 12 volt yaitu sebesar 5,959 %

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terimakasih  penulis  haturkan  pada  segenap  tim  dosen,  staff Fisika  UIN  Alauddin  Makassar  beserta  tim jurnal  JFT  atas  selesainya  penelitian ini.  Beserta  segenap  pihak  yang  telah  membantu  penulis  dalam  proses penyelesaian penelitian

## DAFTAR PUSTAKA
Achmad, H. 1992. Elektro Kimia dan Kinetika Kimia . Bandung : Citra Aditya Bakti. Emoto, M. 2006. The True Power Of Water . Bandung : MQ Publishing. Brady, J.E. 1999. General Chemistry Principles And Structure . Jakarta: Binarupa Aksara.
Cheng, T.S. 1992. Chemistry Book 3. Second Edition . Singapura : EPB Publisher Pte.
Indarto  Bachtera,  2015, Pengaruh  Variasi  Lapisan  Pelat  Sejajar  pada  Laju Produksi    HHO  dari  Generator  Oxyhydrogen  Berbasis  Sel  Elektrolisisis , https://www.researchgate.net/publication/301900762.
Isyana  S.Y.L,  2010. Perilaku  Elektrolisis  Air  dengan  Elektroda  Stainless  Steel . Yogyakarta Indonesia : Universitas Negeri Yogyakarta.
Michael  Kwan,  2006. Prototype  car  runs  100  miles  on  four  ounces  of  water  as fuel . Mobile Magazine.
Sukardjo. 1989. Kimia Fisika . Jakarta : Rineka Cipta.
Wiryawan,  D.,  D.  Widhiyanuriyawan.,  N.  Hamidi.  2013. Pengaruh  Variasi  Arus Listrik  Terhadap  Produksi  Brown’s  Gas  pada  Elekrtroliser. Malang  : Universitas Brawijaya.