Jurnal Dinamis, Volume.5, No.3 September 2017
ISSN  0216-7492

## PENGARUH PENAMBAHAN KETEBALAN GASKET PADA
DRYCELL TERHADAP PRODUKTIFITAS HIDROGEN
Umri N. Siregar 1 , A. Halim Nasution 2 , Syahril Gultom 3 , Zulkifli Lubis 4 , Alfian Hamsi 5 1,2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Email: umri_siregar1991@yahoo.com

## ABSTRAK
Manusia  dihadapkan  pada situasi menipisnya  cadangan  sumber  energi  fosil  dan meningkatnya kerusakan  lingkungan  akibat  penggunaan  energi  fosil.  Melihat  kondisi  tersebut  teknologi fuel cell (sel  bahan  bakar)  merupakan  teknologi  yang  tepat  untuk  mengurangi  ketergantungan terhadap  sumber  energi  fosil.  Tujuan  dari  penelitian  ini  untuk  mengetahui  pengaruh penambahan  ketebalan  gasket  terhadap  produksi  hidrogen  pada dry  cell .  Metode  yang digunakan dalam penelitian ini adalah mengubah ikatan air (H 2 O) untuk menghasilkan hidrogen murni  dengan  memvariasikan  ketebalan  gasket  pada drycell .  Hasil  penelitian  diperoleh  waktu produksi  tertinggi  didapatkan  pada  pengujian  tebal  gasket  1,5  mm  dengan  konsentrasi  KOH 4,66% serta kuat arus 26 Ampere yang mencapai 68 detik, laju produktifitas 4,9085 x 10 -5 kg/s dengan temperatur 44,42 O C dan waktu produktifitas minimum yang dihasilkan pada pengujian KOH  4%  dengan  tebal  gasket  6  mm  dengan  kuat  arus  20A  yang  mencapai  132  detik  dengan suhu  38,97 o C  serta  laju  produktifitas  2,528  x  10 -5 kg/s.  Kesimpulan  yang  diperoleh  bahwa waktu produksi dan laju aliran yang dihasilkan semakin menurun jika ketebalan gasket semakin bertambah  dan  suhu  yang  dihasilkan  semakin  menurun  serta  energi  yang  dibutuhkan  semakin besar, begitu juga sebaliknya.
Kata kunci: Fuel cell, Dry cell, hidrogen, Ketebalan gasket, elektrolisis .

## 1. PENDAHULUAN
Energi  menjadi  komponen  penting  bagi  kelangsungan  hidup  manusia  karena hampir semua aktivitas kehidupan manusia  sangat tergantung pada ketersediaan energi yang cukup. Dewasa ini dan beberapa tahun ke depan, manusia masih akan tergantung pada  sumber  energi  fosil  karena  sumber  energi  fosil  inilah  yang  mampu  memenuhi kebutuhan  energi  manusia  dalam  skala  besar.  Sedangkan  sumber  energi alternatif/terbarukan  belum  dapat  memenuhi  kebutuhan  energi  manusia  dalam  skala besar  karena  fluktuasi  potensi  dan  tingkat  perekonomian  yang  belum  bisa  bersaing dengan energi konvensional.
Dilain pihak, kita dihadapkan pada situasi  menipisnya cadangan sumber energi fosil  dan  meningkatnya  kerusakan  lingkungan.  Menurut  Menteri  Energi  dan  Sumber Daya Mineral (ESDM) (2008), ketersediaan potensi sumber daya minyak bumi berkisar 56,6 miliar barrel sedangkan cadangan yang telah tereksplorasi sekitar 8,4 miliar barrel dan  sementara  yang  telah  diolah  sudah  mencapai  348  juta  barrel.  Minyak  bumi  yang dieksplorasi  dan  dikonsumsi  setiap  hari  lambat  laun  akan  habis,  sedangkan  proses terbentuknya minyak bumi memakan waktu jutaan tahun..
Dengan  melihat  kerusakan  lingkungan  dan  menipisnya  cadangan  minyak  bumi akibat penggunaan energi fosil, maka saat ini sangat diperlukan penelitian yang intensif untuk mencari, mengoptimalkan dan menggunakan sumber energi alternatif/terbarukan. Energi  alternatif  yang  digunakan  seperti  hidrogen.  Produksi  hidrogen  dapat  diperoleh dengan  proses  elektrolisis,  namun  dalam  pengoperasiannya  sering  elektrolizer mengalami  kerusakan  sehingga  produksinya  dapat  menurun  drastis  bahkan  tidak berfungsi  lagi,  hal  ini  disebabkan  karena  suhu  yang  ditimbulkan  terlalu  panas  serta gasket  yang  digunakan  tidak  sanggup  menahan  suhu  yang  ditimbulkan  pada elektrolizer.  Dengan  mempertimbangkan  masalah  ini  maka  perlu  dilakukan  penelitian mengenai  pengaruh  penambahan  ketebalan  gasket  terhadap  jumlah  produksi  hidrogen
Jurnal Dinamis, Volume.5, No.3 September 2017
ISSN  0216-7492
yang  dihasilkan.  Oleh  karena  itu  penelitian  dengan  menambah  ketebalan  gasket  dapat menghasilkan suatu alat dry cell yang mampu menghasilkan hidrogen dengan umur alat yang  cukup  lama,  Penambahan  gasket  dapat  mengakibatkan  laju  produktifitas  gas hidrogen sedikit  menurun, namun  suhu yang digunakan dalam proses elektrolisis akan semakin menurun sehingga berdampak pada usia drycell akan semakin lama. Banyaknya  variasi  model Drycell saat  ini  sangat  mempengaruhi  laju produktifitas  dan  ketahanan  dari  elektrolizer.  Elektrolizer  yang  dijual  dipasaran mempunyai  banyak  model  sehingga  perlu  diketahui  pengaruh  ketebalan  gasket  dalam drycell terhadap  laju  produktifitas  dan  ketahanan  panas  yang  terjadi  pada  proses elektrolisis.
Gambar 1. Drycell
Sumber: http//:www.gas-hho.blogspot.com
Didalam  penelitian  ini  peniliti  menggunakan  ketebalan  gasket  mulai  dari  1,5 mm, 3 mm, 4,5 mm dan 6 mm dan kuat arus yang digunakan mulai dari 20 A, 22 A, 24 A, dan 26 A serta larutan KOH yag berfungsi sebagai katalisator.
Katalisator merupakan suatu  zat yang ditambahkan ke dalam sistem  yang akan direaksikan untuk mempercepat reaksi di dalamnya. Pada proses elektrolisis dibutuhkan suatu elektrolit yang dijadikan sebagai katalisator untuk mempercepat reaksi pertukaran ion-ion  di  dalamnya [1] .  Umumnya  kenaikan  konsentrasi  katalisator  mempengaruhi kecepatan  reaksi  dari  proses  elektrolisis.  Semakin  besar  konsentrasi  katalis  maka  akan mempercepat  reaksi  dan  katalisator  menurunkan  tenaga  aktivasi  hingga  kecepatan reaksi lebih besar.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA Proses Elektrolisis Air [2]
Elektrolisis  adalah  suatu  proses  pemecahan  senyawa  kimia  tertentu  menjadi suatu  molekul  baru  dengan  bantuan  arus  listrik  dan  dua  elektroda.  Dimana  arus  listrik tersebut dialirkan pada elektroda positif (anoda) dan elektroda negatif (katoda), apabila diterapkan pada air maka senyawa kimia H 2 O akan terpecah menjadi gas hidrogen (H 2 ) serta  gas  Oksigen  (O 2 ).  Agar  suatu  proses  elektrolisa  bekerja  dengan  cepat  maka diperlukan  zat  lain  yang  disebut  dengan  katalis.  Proses  elektrolisis  air  dapat  terjadi beberapa reaksi antara ain asam, basa maupun setengah reaksi asam ataupun basa.
Gambar 2. Proses Elektrolisis Air Sumber: http//:www.chevinoorcholis.blogspot.com.
Pada reaksi asam, reaksi reduksi terjadi pada elektroda negatif (katoda), dimana elektron  (e - )  dari  katoda  diikat  oleh  kation  H + untuk  membentuk  gas  hidrogen  (H 2(g) ). Sedangkan  pada  elektroda  positif  (anado),  molekul  H 2 O  kehilangan  elektron  (e - ) sehingga terpecah menjadi gas oksigen (O 2(g) ), dan kation H + sebagaimana dapat dilihat pada persamaan reaksi kimia berikut: Reaksi reduksi di anoda (+)  : 2H 2 O (l) → O 2(g) + 4H + (g) + 4e -
Reaksi reduksi di katoda (-)  : 2H + + 2e - → H 2(g)
Reaksi keseluruhan : 2H 2 O (l) → 2H 2(g) + O 2(g) Jika  elektrolit  yang  digunakan  adalah  larutan  basa  seperti  KOH,  NaOH  (basa dari golongan periode IA, alkali tanah) maka akan terjadi reaksi basa. Pada reaksi basa, reaksi  reduksi  terjadi  di  katoda  dimana  molekul  air  mengikat  elektron  (e - )  sehingga terpecah menjadi gas hidrogen (H 2(g) ) dan anion OH - . Anion tersebut kemudian tertarik ke sisi anoda dan terpecah menjadi gas oksigen dan molekul H 2 O (l) , sebagaimana dapat dilihat pada persamaan reaksi kimia berikut: Reaksi reduksi di katoda (-)  : 2H 2 O (l) + 2e - → H 2(g) + 2OH - (aq) Reaksi oksidasi di anoda (+)  : 4OH - (aq) → O 2(g) + 2H 2 O (l) + 4e - Reaksi keseluruhan : 2H 2 O (l) → 2H 2(g) + O 2(g).

## Tabel 1. Karakteristik Kalium Hidroksida (KOH)
No Karakteristik Satuan  Nilai 1. Berat Molekul Gr/mol 56,1 2. Titik Lebur o C 360 3. Titik Didih o C 1320 4. Densitas Gr/cm 3 2,04 5. Sangat korosif

## Energi Dalam Proses Elektrolisis
Sel  elektrolisis  merupakan  sel  elektrokimia  yang  bereaksi  secara  tidak  spontan (E o sel  (-)  atau  ΔG  >  0),  karena  energi  listrik  disuplai  dari  sumber  luar  dan  dialirkan melalui sebuah sel [3] .
Jurnal Dinamis, Volume.5, No.3 September 2017
Untuk mengetahui besar energi yang digunakan dalam proses elektrolisis adalah perkalian antara voltase, kuat arus dan waktu elektrolisis. Besarnya jumlah energi yang digunakan  pada  proses  elektrolisa  dihitung  menggunakan  persamaan  1  dan  jumlah energi yang terbuang menggunakan persamaan 3, serta untuk mencari persentase energi yang hilang gunakan persamaan 4.
E = V x I x t.. ............................... (1) ΔT = T f -T S . ................................ (2)
H Lost = ΔT -V f . ............................ (3) %Lost = 𝐻𝑙𝑜𝑠𝑡 𝐸 x 100%. ................ (4)
Dimana :
E =  Energi  yang digunakan dalam mesin drycell (Watt-hours). V =Tegangan yang digunakan mesin drycell (Volt).
I  = Kuat arus yang digunakan mesin drycell (Ampere). T = Waktu yang dibutuhkan untuk proses elektrolisis (hours).
ΔT = Perubahan Temperatur (C).
T f = Tempertur Akhir (C).
T S = Temperatur Awal (C).
V f = Volume air (cm 3 ). H Lost = Energi Terbuang (kalori). %Lost  = Persentase energi yang terbuang.

## Metode  Pemisahan Hidrogen dan Oksigen Dry Cell
Hal  pertama  yang  harus  diperhatikan  agar  hidrogen  terpisah  dengan  Oksigen yaitu memisahkan aliran air  yang akan dielektrolisis menjadi dua bagian aliran. Untuk membagi  aliran  air  ini,  lubang  pada  gasket  yang  menjadi  inti  pembagiannya.  Gasket dibuat seperti gambar berikut. Ketika disusun, aliran dibagi menjadi aliran sisi kiri dan aliran  sisi  kanan,  dimana  aliran  sisi  kiri  tidak  bersentuhan  dengan  aliran  sisi  kanan sehingga gas yang dihasilkan juga tidak bercampur karna dialirkan pada sisi yang tetap [4] .
Gambar 3.Bentuk Gasket Yang Dipakai Sumber: http//:www.hho4free.com
Kemudian  plat,  membran  dan  gasket  akan  disusun  seperti  gambar  berikut, sehingga dapat dilihat aliran gas yang akan dihasilkan.
Gambar 4. Aliran Oksigen dan Hidrogen Sumber: http//:www.hho4free.com

## 3. METODOLOGI Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam pengujian penambahan tebal gasket pada drycell terhadap  produktifitas  hidrogen  antara  lain,  Plat  Stainless  steel,  gasket,  plat akrilik, mesh membrane, gerinda tangan, mesin bor, adaptor, gunting, tang pembolong, tang, multimeter, stopwatch, dan Thermocouple Agilent.
Konstruksi Penelitian
Gambar 5. Konstruksi Penelitian
Dari  gambar  di  atas  dapat  dijelaskan,  arus  listrik  dialirkan  melalui  mesin  las yang berfungsi sebagai adaptor, kemudian air yang mengandung KOH mengalir masuk kedalam Dry  Cell. Didalam dry  cell terjadi  elektrolisis.  Hasil  elektrolisis  berupa  gas hidogen  dan  oksigen  mengalir  ke  penampung  masing-masing  yang  berisi  air  yang berfungsi  memastikan  adanya  gas  yang  dihasilkan.  Dari  tabung  penampung  gas,  gas dialirkan ke flow meter untuk mengetahui volume gas yang dihasilkan.
Jurnal Dinamis, Volume.5, No.3 September 2017 ISSN  0216-7492

## Langkah Kerja Penelitian
1. Dioperasikan  mesin  dengan  cara  merakit  susunan  power  supply  ke  mesin drycell dengan menyambung tang jepit buaya ke kabel yang ada pada mesin drycell tersebut.
2. Disiapkan gaket pada pengujian dengan tebal mulai dari 1,5 mm, 3 mm, 4,5 mm dan 6 mm, yang disusun diantara plat netral dan menggunakan 8 plat netral, kemudian kabel termocouple  agilent dihubungkan  ke drycell untuk  menghitung  suhu  pada  saat terjadinya reaksi.
3. Diatur kuat arus 20 A, kemudian dilanjutkan ke 22 A, 24 A, dan 26 A dan voltase 50 V
4. Disiapkan jumlah volume air 1500 ml dan katalis KOH 4%, 4,33%, dan 4,66% dalam masing-masing tabung pengisi air.
5. Disediakan  tabung  penampungan  gas  hidrogen  dan  tabung  penampung  oksigen dihubungkan  pada  gas  out  masing-  masing    pada dry  cell dan  masing-  masing penampung dihubungkan pada Flow meter .
6. Dicatat  waktu  yang  dibutuhkan  untuk  memproduksi  hidrogen  sebanyak  300  ml dengan memperhatikan flowmeter .
7. Dicatat  suhu  yang  terjadi  pada  proses  elektrolisis  tersebut  dengan  melihat  data  dari termocouple.
8. Dinyalakan  Mesin  las  (power  supply)  sampai  volume  gas  hidrogen  yang  dihasilkan pada flow meter mencapai 300 ml.
9. Volume  gas  hasil  elektrolisis  yang  telah  diketahui  kemudian  diuraikan  sehingga didapatkan volume gas hidrogen dan oksigen dengan persamaan kimia,
2KOH + 2H 2 O → K 2 + 3H 2 +2O 2 . Dalam 100 ml gas hasil elektrolisis terdapat 60 ml gas hidrogen dan 40 ml gas oksigen.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  percobaan  digambarkan  dalam  bentuk  grafik,  yaitu  grafik  waktu  vs  kuat arus  pada  gambar  6,  gambar  8,  dan  gambar  10  serta  grafik  suhu  vs  kuat  arus  pada gambar 7, gambar 9 dan gambar 11.
Gambar 6 Grafik Waktu vs Kuat Arus pada KOH 4%
Dari  gambar  6  dapat  dilihat  bahwa  semakin  tinggi  kuat  arus  maka  waktu  yang dibutuhkan  akan  semakin  rendah,  waktu  produksi  semakin  menurun  sehubung  dengan penambahan tebal gasket.
Gambar 7 Grafik Suhu vs Kuat Arus pada KOH 4%
Dari  gambar  7  dapat  dilihat  bahwa  semakin  tinggi  kuat  arus  maka  suhu  yang dibutuhkan  akan  semakin  tinggi  serta  tebal  gasket  semakin  tinggi  maka  suhunya
semakin menurun.
Gambar 8 Grafik Waktu vs Kuat Arus pada KOH 4,33%
Dari  gambar  8  dapat  dilihat  bahwa  semakin  tinggi  kuat  arus  maka  waktu  yang dibutuhkan  akan  semakin  rendah,  waktu  produksi  semakin  menurun  sehubung  dengan penambahan tebal gasket.
Gambar 9 Grafik Suhu vs Kuat Arus pada KOH 4,33%
Dari  gambar  9  dapat  dilihat  bahwa  semakin  tinggi  kuat  arus  maka  suhu  yang dibutuhkan  akan  semakin  tinggi  serta  tebal  gasket  semakin  tinggi  maka  suhunya semakin menurun.
Jurnal Dinamis, Volume.5, No.3 September 2017
Dari gambar 10 dapat dilihat bahwa semakin tinggi kuat arus maka waktu yang dibutuhkan  akan  semakin  rendah,  waktu  produksi  semakin  menurun  sehubung  dengan penambahan tebal gasket.
Gambar 11 Grafik Suhu vs Kuat Arus pada KOH 4,66%
Dari  gambar  11  dapat  dilihat  bahwa  semakin  tinggi  kuat  arus  maka  suhu  yang dibutuhkan  akan  semakin  tinggi  serta  tebal  gasket  semakin  tinggi  maka  suhunya semakin menurun.
Dengan  mengambil  kuat  arus  konstant  yaitu  pada  kuat  arus  20  A  grafik  waktu produksi  vs  tebal  gasket  dapat  dilihat  pada  gambar  12  dan  grafik  suhu  vs  tebal  gasket pada gambar 13.
Gambar 12 Grafik Waktu produksi vs tebal gasket pada Kuat arus 20 A.
Dari  gambar  12  dapat  dilihat  bahwa  semakin  tinggi  tebal  gasket  maka  waktu produksi yang dibutuhkan akan semakin tinggi namun dengan penambahan KOH waktu produksi semakin cepat.
Gambar 13 Grafik Suhu vs tebal gasket pada Kuat arus 20 A.
Dari  gambar  13  dapat  dilihat  suhu  semakin  menurun  terhadap  penambahan ketebalan gasket dan semakin meningkat terhadap kenaikan konsentrasi KOH.
Jurnal Dinamis, Volume.5, No.3 September 2017
ISSN  0216-7492

## Menghitung Laju Produksi Gas H 2
Hasil pengujian ini menghasilkan volume hidrogen dari proses elektrolisis. Pada proses  elektrolisis  diperoleh  waktu  untuk  memproduksi  gas  hidrogen  dan  pada  proses nya  terdapat  laju  aliran  produksi  gas  hidrogen.  Laju  aliran  produksi  dapat  diperoleh dengan menggunakan persamaan:
ṁ = 𝑄 𝜌 ,
Dimana: ṁ  =  Laju produksi gas H 2 (kg/s)
Q  =   Debit produksi gas H 2 (m 3 /s) ρ = Massa jenis gas H 2 (kg/m 3 ) (0,08988 kg/m 3 )
Dengan Q = 𝑉 𝑡 ,
Dimana: V  = Volume gas H 2 terukur (m 3 ) t   = waktu produksi (detik) hasil  perhitungan  laju  produksi  gas  hidrogen  dengan  tebal  gasket  1,5  mm  pada  KOH 4%, 4,33% dan 4,66% dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel  2  Perhitungan  Laju  Aliran  pada  tebal  gasket  1,5  mm  dengan  konsentrasi  KOH 4%, 4,33% dan 4,66% .
Dari tabel 2 dapat dilihat pengaruh penambahan KOH terhadap laju produksi gas hidrogen. Grafik laju produktifitas dengan ketebalan gasket pada kuat arus konstan  20 A dapat dilihat pada gambar 14.
Gambar 14 Grafik Laju Produktifitas H 2 vs tebal gasket pada kuat arus 20 A.
Jurnal Dinamis, Volume.5, No.3 September 2017
Laju  produksi  menurun  sehubung  meningkatnya  tebal  gasket,  dan  waktu produktifitas naik sehubung bertambahnya konsentrasi KOH.

## Besarnya Energi Yang Digunakan
Pengujian  pengaruh  ketebalan  gasket  terhadap  produktifitas  gas  hidrogen membutuhkan  energi  untuk  mengelektrolisis  air.  Besarnya  jumlah  energi  yang digunakan  pada  proses  elektrolisa,  jumlah  energi  yang  terbuang  dan  persentase  energi yang hilang diperoleh dari perhitungan pada tabel 3.
Tabel 3. Data hasil Penelitian pada KOH 4%,
Dari  tabel  3  dapat  dilihat  hasil  perhitungan  energi,  dan  persentase  energi  yang terbuang dan diperoleh grafik energi vs kuat arus seperti gambar 15.
Gambar 15 Grafik Energi Vs Kuat Arus pada KOH 4%.
Dari gambar 15 dapat dilihat bahwa semakin tinggi kuat arus dan semakin tebal gasket, maka energi yang digunakan semakin tinggi.
Pengaruh penambahan KOH dapat dilihat melalui grafik Energi vs tebal gasket pada kuat arus konstan  20 A dan terlihat pada gambar 16.
Gambar 16 Grafik Energi Vs Tebal Gasket pada kuat arus 20 A.
Jurnal Dinamis, Volume.5, No.3 September 2017
ISSN  0216-7492
Dari gambar 16 dapat dilihat bahwa energi yang digunakan meningkat sehubung meningkatnya  tebal  gasket,  dan  energi  cendrung  menurun  sehubung  bertambahnya konsentrasi KOH.

## 5. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil dan pembahasan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Dari  hasil  penelitian  waktu  produktifitas  minimum  yang  dihasilkan  pada  pengujian adalah 127 detik untuk mencapai 300 ml volume gas hidrogen dengan tebal gasket 6 mm dengan kuat arus 20 Ampere dengan suhu 39,02 o C serta laju produktifitas 2,628 x  10 -5 kg/s  dengan  konsentrasi  KOH  4,66  %  dan  waktu  produktifitas  maksimum yang dihasilkan pada pengujian adalah 68 detik untuk mencapai 300 ml volume gas hidrogen  dengan  tebal  gasket  1,5  mm  dengan  kuat  arus  26A  dengan  temperatur 44,42 o C serta laju produktifitas 4,9085 x 10 -5 kg/s dengan konsentrasi KOH 4,66 %. 2. Semakin  tinggi  kuat  arus  dan  konsentrasi  KOH  yang  digunakan  maka  laju produktifitas akan semakin tinggi pula namun seiring penambahan tebal gasket pada drycell maka laju produktifitas cendrung menurun.
3. Semakin  besar  penambahan  tebal  gasket  dan  kuat  arus  pada drycell maka  akan semakin  besar  energi  yang  digunakan,  tetapi  energi  yang  digunakan  akan  menurun sehubung semakin besarnya konsentrasi KOH.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Gesser,  H.D.2002.  Applied  Chemistry  :  A  text  book  for  Engineers  and Technologists. Kluer Academic/Plenum Publisers, New York.
[2] Herring  S.  2004, High  Temperatur  Electrolysis ,  Idaho National  Engineering and Environmental Laboratory, Gaithersburg.
[3]   Emoto, M. 2006. The True Power Of Water . MQ Publishing: Bandung.
[4] http//:www.hho4free.com