* Corresponding Author: je.jefri15@gmail.com
https://doi.org/10.56064/jps.v26i2.986 Naskah diusulkan: 28 Mei 2024;  Naskah disetujui: 5 Juli 2024 p-ISSN: 1410-7058 e-ISSN: 2597-7059 © 2024 JPS MIPA UNSRI

## Jurnal Penelitian Sains
Journal Home Page: http://ejurnal.mipa.unsri.ac.id/index.php/jps/index

## Simulasi pembangkit listrik Proton Exchange Membrane Fuel Cell

## (PEMFC) untuk kebutuhan daya rumah 1000 watt
Jefri Jefri 1* , Dedi Rohendi 2,4 , Barlin 1,5 , dan Assaidah 3
1 Program Studi Magister Ilmu Material, Program Pascasarjana, Universitas Sriwijaya, Palembang, 30139, Indonesia; 2 Pro- gram Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sriwijaya, Indralaya, 30862, Indonesia; 3 Program Studi Magister Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sriwijaya, Indralaya, 30139, Indonesia; 4 Pusat Unggulan Riset Fuel Cell dan Hidrogen Universitas Sriwijaya, Universitas Sriwijaya, Palembang, 30139, Indonesia; 5 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya, Palembang, 30139, Indonesia
Kata kunci: PEMFC, pembangkit listrik perumahan, simulasi
ABSTRAK: Penelitian ini menyajikan simulasi pembangkit listrik Proton Exchange Mem- brane  Fuel  Cell (PEMFC)  untuk  perumahan,  mempertimbangkan  100  rumah  masing- masing membutuhkan 1000 watt pada tegangan 220 V. Simulasi menunjukkan bahwa untuk mencapai kapasitas daya ini, diperlukan pasokan gas hidrogen sebesar 1609,29, 1514,76, dan 1484,94 gram per jam pada tekanan 1, 2, dan 3 atm. Kondisi optimal ter- jadi  pada  suhu  333K  (60°C)  dan  tekanan  3  atm  dengan  efisiensi  30,72%.  Tegangan keluaran optimal adalah 0,56 V menggunakan 393 sel, mendekati 220 V yang ditarget- kan.  Hasil  sampingan  berupa  air  dan  panas  masing-masing  rata-rata  359,62  watt  dan 0,0020 mL/jam. Asumsi pengeluaran bulanan mencapai Rp. 17.237.929, sehingga dibu- tuhkan konsep yang lebih efisien untuk hasil yang lebih ekonomis. Penelitian ini mem- berikan  wawasan  tentang  kelayakan  dan  optimasi  pembangkit  listrik  berbasis  PEMFC untuk aplikasi perumahan. Keywords: PEMFC, residential power generation, simulation ABSTRACT: This  paper  presents  a  simulation  of  a  Proton  Exchange  Membrane  Fuel Cell  (PEMFC)  power  plant  for  residential  use,  considering  100  houses  each  requiring 1000 watts at a voltage of 220 V. The simulation shows that achieving this power capac- ity requires a hydrogen gas supply of 1609.29, 1514.76, and 1484.94 grams per hour at pressures  of  1,  2,  and  3  atm,  respectively.  Optimal  conditions  were  found  at  333K
(60°C) and a pressure of 3 atm with an efficiency of 30.72%. The optimum output volt- age was 0.56 V using 393 cells, close to the targeted 220 V. By-products of water and heat  averaged  359.62  watts  and  0.0020  mL/hour,  respectively.  The  assumed  monthly expenditure reaches Rp. 17,237,929, indicating that a more efficient concept is needed for more economical results. This research provides insight into the feasibility and opti- mization of PEMFC-based power generation for residential applications.

## 1 PENDAHULUAN
aat ini energi fosil masih menjadi pilihan utama untuk  memenuhi  kebutuhan  energi  global.
Penggunaan energi fosil secara terus-menerus mem- berikan  dampak  negatif  berupa  krisis  energi, degradasi  lingkungan,  polusi  udara  dan  air,  serta emisi  gas  rumah  kaca  [1].  Sumber  energi  alternatif menjadi solusi terdepan untuk mengurangi dampak yang dihasilkan oleh penggunaan energi fosil. Salah satu  energi  alternatif  yang  digadang-gadang  akan menjadi  teknologi  masa  depan  yaitu  teknologi fuel cell  karena  teknologi  ini  merupakan  sumber  energi terbarukan yang ramah lingkungan, aman, memiliki
tingkat  efisiensi  energi  yang  tinggi,  dan  kepadatan energi yang baik. Fuel cell adalah sebuah perangkat elektrokimia yang mengubah energi kimia dari suatu bahan bakar dan oksigen dari udara secara langsung menjadi energi listrik, dengan menghasilkan air dan panas  sebagai  produk  sampingan  [2]. Fuel  cell dikenal  sebagai  salah  satu  teknologi  energi  bersih yang ramah lingkungan, karena tidak menghasilkan emisi  gas  rumah  kaca  atau  polusi  udara  selama operasinya.  Selain  itu, fuel  cell juga  memiliki keunggulan  dalam  efisiensi  energi  yang  tinggi  dan dapat diaplikasikan dalam berbagai skala, mulai dari perangkat portabel hingga pembangkit listrik besar.
S
Fuel  cell memiliki  beberapa  jenis  meliputi  Direct Methanol  Fuel  Cell  (DMFC), Solid  Oxide  Fuel  Cell (SOFC), Molten  Carbonate  Fuel  Cell (MCFC), Phos- phoric  Acid  Fuel  Cell (PAFC), Alkaline Fuel  Cell (AFC),  dan Proton  Exchange  Membrane Fuel  Cell (PEMFC). Proton  Exchange  Membrane Fuel  Cell (PEMFC)  menjadi  satu    pilihan  utama  untuk  pem- bangkit  listrik  perumahan  karena  kemampuannya untuk  beroperasi  pada  suhu  rendah,  efisiensi  yang tinggi,  dan  kemampuan  untuk  menghasilkan  daya listrik yang stabil [3].
Beberapa  penelitian  telah  dilakukan  terkait PEMFC,  seperti  penelitian  Kang, et  al [4]  mengenai pembangkit  daya High  Temperature- PEMFC  yang dikombinasikan  dengan Organic  Rankine  Cell yang menghasilkan  efisiensi  PEMFC  mencapai  53.7%. Penelitian berikutnya, Colombo, et al [5] melaporkan bahwa efisiensi PEMFC selama proses operasi otom- atis  mencapai  47-54%.  Tao et  al [6]  melakukan penelitian  tentang  PEMFC  dengan  termoelektrik generator  menghasilkan  efisiensi  eksergi  PEMFC sebesai 61.69% dan daya 155.33 kW.
Di  Indonesia,  Herlambang, et  al [7]  melakukan penelitian  PEMFC  skala  kecil  sebagai  pembangkit listrik menghasilkan persentase efisiensi 4,25%. Pada penelitian berikutnya Herlambang, et al [8] kembali melakukan  penelitian  PEMFC  sebagai  pembangkit listrik  dengan  memodifikasi  generator  elektrolizer, nilai efisiensi yang dihasilkan sebesar 4,6%. Nilai ter- sebut  tergolong  sangat  kecil,  karena  pada  dasarnya efisiensi PEMFC dapat mencapai 40-60%. Oleh kare- na itu, untuk menghasilkan nilai efisiensi yang tinggi, sistem  pada  PEMFC  harus  didesain  dengan  baik. Pada penelitian ini, dilakukan simulasi PEMFC pem- bangkit listrik perumahan dimana asumsi daya listrik untuk setiap rumah adalah 1000 watt per bulan pa- da sumber tegangan 220 volt.

## 2 METODE

## 2.1 Rancangan Model Simulasi
Asumsi  model  pada  simulasi  desain  PEMFC  kali  ini adalah sebagai berikut:
a) Model  pembangkit  listrik  PEMFC  dirancang  un- tuk perumahan dengan total 100 rumah. Kapasi- tas daya yang dibutuhkan sebesar 1000 watt per bulan  dengan  luas  area  sel  (A)  =  100  cm 2 dan arus sel (I cell ) = 1 A (Gambar 1).
b) Tegangan  listrik  pada  simulasi  ini  adalah  220  V. Jika  ada  tegangan  berlebih  pada  anoda  dia- baikan.
c) Pada simulasi ini didesain operasi sistem bervari- asi pada 60°C - 80°C.
d) Membran  sel  diasumsikan  dapat  mengantarkan listrik dengan baik.
e) Permukaan  elektroda  memiliki  sifat  yang  me- nyerap dan bentuknya seragam.
f) Tekanan  oksigen  dan  hidrogen  dianggap  sama yaitu 1, 2 dan 3 atm.

## 2.2 Persamaan Elektrokimia dalam Simulasi
Tegangan fuel  cell merupakan  potensial  listrik  yang dihasilkan oleh reaksi kimia antara hirogen dan oksi- gen.  Tegangan  operasi  pada fuel  cell mencakup  te- gangan  Nersnt  dan  tegangan  yang  hilang  seperti tegangan  saat  aktivasi,  tegangan  akibat  hambatan dan  saat  perpindahan  massa.  Tegangan fuel  cell (V FC ) dapat dinyatakan menggunakan Persamaan (1) [9].
(1)
dengan:
V FC =  tegangan output FC,  V;  E Nerst =  tegangan Nernst  /tegangan open  circuit ,  V;  V Act =  tegangan aktivitasi  ( activation  polarization ),  V;  V Ohmic =  tega- ngan Ohmic ( Ohmic polarization ),V; dan V Mt = tega- ngan akibat perpindahan ( Mass transport losses ),V

## 2.3 Persamaan Nernst
Tegangan  Nernst  merupakan  tegangan  yang dihasilkan  dari  sel  elektrokimia.  Tegangan  Nernst dapat  dihitung  dengan  menggunakan  persamaan Nersnt.  Persamaan  Nernst  dinyatakan  pada  Persa- maan (2) [10].
(2)
Keterangan:
E Nerst =  tegangan  Nernst  /tegangan open  circuit ,  V; E 0 = potensial sel dalam kondisi standar, V; R= kon- stanta gas ideal; T = Temperatur, K; F = Konstanta Faraday; dan P = tekanan (atm)
Untuk mencari tekanan parsial hidrogen, oksigen, dan  air  pada  elektroda  digunakan  Persamaan  (14) [11].
(3)
(4)
(5)
(6)

## 2.4 Tegangan yang Hilang ( Losses Voltage )
Tegangan  yang  hilang  dalam fuel  cell merupakan penurunan dari potensial yang diakibatkan kerugian yang  terjadi  selama  proses  operasi fuel cell.  Secara matematis,  tegangan  ini  dihitung  mengikuti  Persa- maan (7) [10].
(7)
dengan :
(8)

## 2.5 Tegangan Ohmic
Tegangan  ohmic  merupakan  tegangan  yang hilang  akibat  adanya  hambatan  ketika  proton berpindah  tempat,  dapat  dinyatakan  pada  Persa- maan  (9)  [10].  Nilai  dari  hambatan  internal  R bervariasi antara 0.191 hingga 0.275 [12].
(9)

## 2.6 Mass Transport Losses
Mass  transport  losses adalah  penurunan  kinerja dalam  fuel  cell  yang  disebabkan  oleh  kesulitan mengalirkan  reaktan  (biasanya  oksigen  dan  hi- drogen)  ke  permukaan  elektroda  atau  menge- luarkan  produk  sampingan  dari  permukaan  el- ektroda.  Fenomena  ini  dapat  dijelaskan  dengan Persamaan (10) [10].
(10)

## 2.7 Efisiensi
Efisiensi pada fuel cell merupakan parameter pent- ing  yang  mengukur  seberapa  efisien  proses  kon- versi  energi  kimia  hidrogen  dan  oksigen  menjadi energi listrik. Efisiensi dapat dihitung berdasarkan Persamaan (11) [12].
(11)
Dimana  selama  produksi  air  berbentuk  embun, HHV  ( Higher  Heating  Value =  1.48V)  digunakan pada Persamaan (11).

## 2.8 Produk Sampingan Fuel Cell
Proses  elektrokimia  pada  fuel  cell  akan  menghasil- kan  energi,  air  dan  panas.  Produksi  air  yang dihasilkan oleh fuel cell dapat dihitung dengan Per- samaan (12).
(12)
Sementara untuk total panas yang dihasilkan oleh setiap n unit tumpukan fuel cell (Q cell ) dapat dihi- tung menggunakan persamaan (13) [12].
(13)

## 2.9 Penggunaan Hidrogen
Nilai  dari  penggunaan  hidrogen  sebagai  bahan bakar  PEMFC  tiap  sel  dalam  satuan  mol/s,  dihi- tung dengan Persamaan (14) [12].
(14)
Konstanta  yang  digunakan  pada  simulasi  PEMFC ditunjukkan pada Tabel 1 [10][12].

## 2.7 Diagram Alir Progam
Diagram Alir pada simulasi PEMFC dibuat berdasar- kan  urutan  pemrograman  yaitu  input  data,  pen- golahan  data,  dan  hasil  yang  ditunjukkan  dalam bentuk  kurva  (Gambar  1).  Proses  data  diawali dengan  memasukan  nilai  konstanta  tetap,  model yang  diinginkan,  tekanan  dan  temperatur  operasi. Pengolahan  data  dibuat  untuk  mencari  nilai  tegan- gan  fuel  cell  (tegangan  nerst,  tegangan  aktivasi,  te- gangan  ohmic  dan  tegangan  akibat  perpindahan massa).  Rumus  1-14  digunakan  untuk  proses  pen- golahan data dimana ditampilkan dalam kurva.

## 3 HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Analisis Hasil Simulasi
Simulasi PEMFC yang telah dilakukan menghasilkan kurva  penggunaan  hidrogen  dan  polarisasi.  Selain itu,  pada  simulasi  ini  juga  diperhitungkan  produksi air,  total  panas  dan  efisiensi.  Model  simulasi  yang digunakan  sesuai  pada  Tabel  1,  dengan  memvaria- sikan  suhu  operasi  333K – 353K  atau  60°C – 80°C dan tekanan 1-3 atm. Pemilihan suhu ini didasarkan pada  penelitian  Tawalbeh, et  al [13]  yang  menya- takan bahwa suhu optimal PEMFC yang dikategori- kan low  temperature (LT-PEMFC) berkisar  60°C – 85°C. Pada penelitian lainnya dinyatakan bahwa su- hu  optimal  LT-PEMFC  berada  dikisaran  suhu  80°C [14][15]. Pemilihan suhu rendah untuk simulasi pada
PEMFC lebih cocok untuk digunakan sehari-hari dan memiliki  tingkat  keamanan  yang  lebih  tinggi  serta densitas daya yang dihasilkan cenderung lebih ting- gi.

## Analisis Penggunaan Hidrogen
Analisis  penggunaan  hidrogen  bertujuan  untuk mengetahui  banyaknya  hidrogen  yang  diperlukan dalam  simulasi.  Simulasi  menggunakan  MATLAB pada  penggunaan  hidrogen  menghasilkan  kurva linear (Gambar 3). Kurva (Gambar 3) memperlihat- kan bahwa semakin besar suhu tidak mempengaruhi banyaknya  hidrogen  yang  digunakan.  Hal  ini  di- asumsikan  bahwa  suhu  tidak  berpengaruh  secara signifikan  terhadap  daya  dan  tegangan  yang dihasilkan,  sehingga  besaran  hidrogen  yang  dibu- tuhkan cenderung tidak terpengaruh.
Gambar  3  juga  menunjukkan  bahwa  tekanan mempengaruhi  penggunaan  konsumsi  hidrogen. Semakin besar tekanan yang diberikan, penggunaan hidrogen  semakin  berkurang.  Pada  tekanan  yang lebih tinggi, konsentrasi molekul hidrogen dan oksi- gen  di  elektroda  meningkat.  Peristiwa  ini  dapat meningkatkan  laju  reaksi  elektrokimia  karena  lebih banyak  molekul  bahan  bakar  yang  tersedia  untuk bereaksi  pada  permukaan  katalis  [16].  Dengan demikian,  efisiensi  sel  bahan  bakar  meningkat,  dan lebih  sedikit  hidrogen  yang  dibutuhkan  untuk menghasilkan jumlah daya yang sama.
Pada  Tabel  2  diperlihatkan  hasil  perhitungan penggunaan  hidrogen  disetiap  variasi  suhu  operasi dan tekanan PEMFC. Rata-rata pengunaan hidrogen untuk tekanan 1, 2, dan 3 atm secara berturut-turut 0,22, 0,21, dan 0,20 mol/detik, kemudian dikonversi menjadi  1609,29,  1514,76, dan  1484,94  gram/jam. Kemudian  dihitung  waktu  yang  dibutuhkan  untuk menghabiskan satu tabung hidrogen. Jika diasumsi- kan menggunakan tabung hidrogen 12,8 kg. Estimasi waktu yang dibutuhkan ditunjukkan Pada Tabel 3.
Berdasarkan  Tabel  4  dapat  diketahui  bahwa  da- lam satu bulan jumlah tabung yang dibutuhkan ada- lah 91 tabung (12,8 Kg). Diasumsikan bahwa harga satu  tabung  hidrogen  (12,8  Kg)  adalah  $10  ($1  = Rp.  16.032,3).  Estimasi  jumlah  pengeluaran  dalam satu  bulan  ditunjukkan  pada  Tabel  4.  Jika  dihitung total pengeluaran yang harus dikeluarkan untuk se- tiap variasi tekanan secara berturut-turut Rp18.674.423,  Rp.  17.648.356  dan  Rp.  17.237.929. Meskipun  tekanan  memberikan  pengaruh  terhadap total  pengeluaran,  jika  dibandingkan  dengan  listrik energi fossil masih sangat mahal (listrik 1300 watt = 1444,70  per  kWh).  Dengan  demikian,  masih  perlu adanya  penelitian  untuk  menekan  penggunaan  hi- drogen agar menghasilkan listrik yang lebih murah.

## Analisis Polarisasi
Kurva  polariasi  pada  simulasi  ini  tidak  dipengaruhi oleh  daya  melainkan  suhu  dan  tekanan,  serta  jenis sampel yang diberikan. Karena jenis sampel dan su- hu  yang  diberikan  sama,  maka  sifat  polarisasi  yang dihasilkan  juga  sama.  Pada  simulasi  ini,  konstanta dan karakteristik dibuat berdasarkan penelitian sebe- lumnya  dan  kondisi  yang  dipasarkan.  Kurva  polar- isasi ditunjukkan pada Gambar 4.
Kurva  polariasi  dibuat  dengan  variasi  tekanan dan suhu. Pada variasi tekanan dapat dilihat bahwa semakin  besar  tekanan  yang  diberikan,  tegangan yang  dihasilkan  semakin  meningkat.  Rata-rata  te- gangan fuel  cell yang  dihasilkan  pada  variasi tekanan  1,  2,  dan  3  atm  secara  berturut-turut  0,52, 0,55,  dan  0,56  volt.  Hal  ini  dapat  dikaitkan  dengan laju  reaksi  yang  meningkat  akibat  tekanan  yang  di- perbesar sehingga tegangan yang dihasilkan semakin besar.
Dari  Gambar  4  juga  terlihat  bahwa  semakin meningkat  suhu  operasi,  tegangan  yang  dihasilkan juga  menurun.  Fenomena  ini  dapat  dijelaskan  me- lalui konsep energi bebas Gibbs, di mana penurunan suhu  menyebabkan  peningkatan  energi  Gibbs  [17]. Hal  ini  menunjukkan  bahwa  energi  bebas  Gibbs berperan  dalam  menentukan  perubahan  tegangan pada sistem dengan suhu yang berbeda.

## Analisis Efisiensi
Efisiensi fuel  cell merupakan  perbandingan  antara energi  listrik  yang  dihasilkan  dengan  bahan  bakar yang  digunakan  dalam  simulasi  ini,  hidrogen. Efisiensi yang ada mengacu pada nilai tegangan saat suhu  diberikan  berupa  konstanta  atau  E HHV sebesar 1.48  volt.  Hasil  perhitungan  Efisiensi  ditunjukkan pada Tabel 5.
Pada  Tabel  5  dapat  diketahui  bahwa  rata-rata efisiensi  pembangkit  listrik  untuk  setiap  variasi tekanan mencapai 27,94, 29,67, dan 30,31%. Sejalan dengan  tegangan  yang  dihasilkan  persentase efisiensi  semakin  meningkat  seiring  meningkatnya tekanan.  Peningkatan  tegangan  dalam  sistem PEMFC memungkinkan untuk mengurangi arus yang mengalir  sehingga  kerugian  daya  dapat  dikurangi dan efisiensi meningkat.
Selain itu, persentase efisiensi pada setiap variasi suhu  operasi  menunjukkan  semakin  tinggi  suhu operasi  maka  nilai  efisiensi  semakin  menurun.  Hal ini  bersesuaian  dengan  tegangan output yang didapat  sebelumnya,  berdasarkan  Persamaan  11 nilai efisiensi berbanding lurus dengan tegangan fuel cell. Semakin  tinggi  nilai  tegangan  yang  dihasilkan maka persentase efisiensi akan semakin besar.

## Analisis Panas dan Air
Selain  menghasilkan  energi,  PEMFC  juga menghasilkan  produk  samping  berupa  panas  dan air. Pada katoda, oksigen dari udara dioksidasi men- jadi  ion  oksigen  dan  mengikuti  reaksi  pengurangan dengan  proton  dan  elektron  dari  anoda  untuk membentuk  air  [18].  Air  ini  kemudian  dikeluarkan dari sel sebagai uap air. Selain itu, energi kimia yang dikonversi  menjadi  energi  listrik  di  dalam  sel  juga disertai  dengan  pembuangan  panas.  Proses  ini disebabkan  oleh  konversi  energi  kimia  menjadi  en- ergi  listrik  yang  tidak  bersih  secara  sempurna,  se- hingga  sebagian  energi  tersebut  hilang  dalam  ben- tuk  panas.  Hasil  perhitungan  total  panas  dan produksi air terhadap variasi tekanan dan suhu pada simulasi PEMFC ditunjukkan pada Tabel 6.
Dari  Tabel  6  dapat  diketahui  bahwa  tekanan yang  lebih  besar  dapat  menekan  total  panas  yang terbuang. Peningkatan tekanan dalam sistem fuel cell dapat secara signifikan  mengurangi panas yang ter- buang  dan  meningkatkan  efisiensi  keseluruhan. Tekanan  yang  lebih  tinggi  memperbaiki  konduktivi- tas  ionik  dalam  membran  elektrolit,  mengurangi overpotential , dan meningkatkan transfer massa reak- tan, seperti hidrogen dan oksigen, ke elektroda. Hal ini  memungkinkan  reaksi  elektrokimia  terjadi  lebih efisien, menghasilkan lebih banyak energi listrik dan mengurangi  energi  yang  hilang  sebagai  panas. Selain itu, distribusi gas yang lebih merata di bawah tekanan  tinggi  mengurangi  risiko  pembentukan  hot spots, yang dapat menyebabkan peningkatan panas yang tidak diinginkan [19]
Berbanding terbalik dengan variasi suhu operasi, suhu  operasi  meningkat  maka  total  panas  yang dihasilkan juga meningkat. Hal ini dapat terjadi keti- ka  suhu  ditingkatkan  maka  kemungkinan  energi termal  yang  tidak  dapat  dikonversi  menjadi  listrik semakin  meningkat.  Selain  itu,  Ketika  panas  diting- katkan  efisiensi  dari  termodinamika  PEMFC menurun  karena  tegangan  yang  dihasilkan  berku- rang. Ketika tegangan berkurang maka lebih banyak energi  kimia  yang  tidak  dikonversi  menjadi  energi listrik, tetapi menjadi panas [20]. Namun panas yang dihasilkan  ini  dapat  dimanfaatkan  untuk  berbagai aplikasi,  seperti  pemanasan  ruangan  atau  untuk memanaskan  air  dan  seringkali  dimanfaatkan  se- bagai  sumber  energi  tambahan,  meningkatkan efisiensi keseluruhan sistem.
Produksi air yang dihasilkan tidak berbeda secara signifikan. Dapat diketahui bahwa tekanan dan suhu yang diberikan tidak berpengaruh terhadap volume produksi air. Air sebagai produk sampingan PEMFC merupakan  produk  sampingan  yang  bersih  dan
ramah lingkungan, dibandingkan dengan energi fosil yang  dapat  meningkatkan  emisi  gas  karbon.  Pem- bangkit  listrik  PEMFC  dapat  dikatakan  merupakan sumber  energi  alternatif  yang  bersih  bersih  untuk industri dan rumah tangga.

## 4 KESIMPULAN
Berdasarkan  simulasi  pembangkit  listrik  PEMFC  un- tuk perumahan, beberapa kesimpulan dapat ditarik. Untuk  mencapai  kapasitas  daya  1000  watt,  diper- lukan  pasokan  gas  hidrogen  sebesar  1609,29, 1514,76, dan 1484,94 gram/jam pada masing-masing variasi  tekanan  1,  2,dan  3  atm.  Kondisi  optimum dalam  simulasi  ini  terjadi  pada  suhu  operasi  333K atau 60°C dan tekanan 3 atm menghasilkan persen- tase  efisiensi  30,72%.  Tegangan  optimum  berkisar 0,56  V  dengan  menggunakan  393  sel,  mendekati total tegangan yang ditargetkan sebesar 220 V. Hasil sampingan berupa air dan panas sebesar 359,62 dan 0,0020mL/jam.  Asumsi  pengeluaran  satu  bulan dengan  menggunakan  desain  PEMFC  pada  kondisi optimum mencapai Rp. 17.237.929, sehingga diper- lukan  konsep  yang  lebih  efisien  untuk  mencapai hasil yang lebih ekonomis.
REFERENSI ______________________________
[1] C. Briggs, D. Gilfillan, M. Hefner, E. Marland, and G. Marland, “Annual Estimates of Global and National CO^2 Emissions from Fossil Fuels: Tracking Revisions to The United Nations Energy Statistics Database Input Energy Data,” Environ. Data Sci. , vol. 2, pp. 1 – 13, 2023, doi: 10.1017/eds.2023.38.
[2] Y. M. A. Welaya, M. M. El Gohary, and N. R. Ammar, “A comparison between fuel cells and other alterna- tives for marine electric power generation,” Int. J. Nav. Archit. Ocean Eng. , vol. 3, no. 2, pp. 141 – 149, 2011, doi: 10.3744/JNAOE.2011.3.2.141.
[3] J. Wang and W. Azam, “Natural Resource Scarcity, Fossil Fuel Energy Consumption, and Total Green- house Gas Emissions in Top Emitting Countries,” Ge- osci. Front. , vol. 15, no. 2, p. 101757, 2024, doi: 10.1016/j.gsf.2023.101757.
[4] H. S. Kang, M. H. Kim, and Y. H. Shin, “Thermody- namic modeling and performance analysis of a com- bined power generation system based on HT-PEMFC and ORC,” Energies , vol. 13, no. 23, pp. 1 – 18, 2020, doi: 10.3390/en13236163.
[5] E. Colombo, A. Baricci, A. Bisello, L. Guetaz, and A. Casalegno, “PEMFC performance decay during real - world automotive operation: Evincing degradation mechanisms and heterogeneity of ageing,” J. Power Sources , vol. 553, no. July 2022, p. 232246, 2023, doi: 10.1016/j.jpowsour.2022.232246.
[6] X. Chen et al. , “Thermodynamic study of a hybrid PEMFC-solar energy multi-generation system com-
bined with SOEC and dual Rankine cycle,” Energy Convers. Manag. , vol. 226, no. October, p. 113512, 2020, doi: 10.1016/j.enconman.2020.113512.
[7] Y. D. Herlambang and A. Roihatin, “Teknologi Pem- bangkit Listrik Energi Baru Terbarukan Menggunakan Proton Exchange Membrane (PEM) Fuel Cell Skala Kecil,” Eksergi , vol. 15, no. 1, p. 27, 2019, doi:
10.32497/eksergi.v15i1.1464.
[8] Y. D. Herlambang, K. Kurnianingsih, A. Roihatin, and F. Arifin, “Unjukkerja Electrolyzer tipe Dry Cell Ter- hadap Variasi Konsentrasi Elektrolit dan Arus Listrik pada Mesin PEM Fuel Cell Skala Kecil untuk Pembang- kit Listrik,” J. Rekayasa Mesin , vol. 16, no. 3, p. 447, 2021, doi: 10.32497/jrm.v16i3.3077.
[9] EG&G Services and I. Parson, Fuel Cell Handbook , Fifth Edit. U.S Departmen of of Energy, 2000.
[10] A. Mansouri, S. A. Alenabi, and R. Gavagsaz- ghoachani, “Investigating Performance of Hydrogen Fuel Cells in Different Charge Transfer Coefficients and its Effect on Maximum PowerPoint,” Iran. J. Energy En- viron. , vol. 15, no. 3, pp. 311 – 318, 2024, doi:
10.5829/ijee.2024.15.03.10.
[11] C. Spiegel, PEM Fuel Cell : Modelling and SImulation Using Matlab. Elsevier, 2008.
[12] V. A. Kashyap, PEM Fuel Cell Power Plant Simulation Using Matlab . University of South Alabama, 2004.
[13] M. Tawalbeh, S. Alarab, A. Al-Othman, and R. M. N. Javed, “The Operating Parameters, Structural Compo- sition, and Fuel Sustainability Aspects of PEM Fuel Cells: A Mini Review,” Fuels , vol. 3, no. 3, pp. 449 – 474,
2022, doi: 10.3390/fuels3030028.
[14] A. Zucconi, J. Hack, R. Stocker, T. A. M. Suter, A. J. E. Rettie, and D. J. L. Brett, “Challenges and opportuni-
ties for characterisation of high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells: a review,” J. Mater. Chem. A , vol. 12, no. 14, pp. 8014 – 8064, 2024, doi:
10.1039/d3ta06895a.
[15] Q. Meyer, C. Yang, Y. Cheng, and C. Zhao, Overcom- ing the Electrode Challenges of High-Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells , vol. 6, no. 1. Springer Nature Singapore, 2023. doi: 10.1007/s41918-023- 00180-y.
[16] U. I. F. Styana and N. Uyasaroh, “Pengaruh Laju Alir dan Tekanan Hidrogen terhadap Arus dan Tegangan yang Dihasilkan oleh Proton Exchange Membrane Fuel Cell ,” pp. 382– 388, 2019.
[17] J. J. Stephanos and A. W. Addison, “Free Energi and Temperature at Constant Pressure,” in Energy Free Gibss , Elsevier, 2023, p. 171.
[18] G. Anilkumar, N. Puneetha, G. V. Brahmendra Kumar, K. Palanisamy, and A. Gupta, “Design and testing of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) power pack for platform vehicle,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. , vol. 937, no. 1, pp. 0 – 12, 2020, doi:
10.1088/1757-899X/937/1/012007.
[19] G. Radica, I. Tolj, M. V. Lototskyy, and S. Pasupathi, “Air Mass Flow and Pressure Optimization of a PEM Fuel Cell Hybrid System for a Forklift Application,” En- ergies , vol. 17, no. 1, 2024, doi: 10.3390/en17010120.
[20] V. Tjahyono, M. R. Kirom, and A. Qurthobi, “Analisis pengaruh temperatur terhadap daya yang dihasilkan microbial fuel cell (mfc) dengan substrat campuran lumpur sawah dan air tebu,” e-Proceeding Eng. , vol. 7, no. 1, pp. 1178 – 1183, 2020.
__________________________________
________________________________________________

## LAMPIRAN
Tabel 1. Data Konstanta untuk Simulasi Konstanta Nilai Io 10-6,912 A / cm2 r 0,191 W / cm 2 α 0,5 α 1 0,085 k 1,1 b 0, 06 V / doc β 1,148 cm 2 / A µ f 0,8014
Tabel 2. Total Hidrogen yang Digunakan Terhadap Variasi Suhu dan Tekanan
Suhu (K) Tekanan (atm) 1 2 3 N (mol/s) Konsumsi gram/jam N (mol/s) Konsumsi (gram/jam) N (mol/s) Konsumsi gram/jam 333 0,22 1609,29 0,21 1514,76 0,20 1484,94 343 0,22 1609,29 0,21 1514,76 0,20 1484,94 353 0,22 1609,29 0,21 1514,76 0,20 1484,94
Tabel 3. Estimasi Waktu yang Dibutuhkan untuk Menghabiskan 1 Tabung Hidrogen (12,8 Kg)
Suhu (K) Tekanan (atm) 1 2 3 Konsumsi (gram/jam) t a (jam) Konsumsi gram/jam t a (jam) Konsumsi gram/jam t a (jam) 333 1609,29 7,95 1514,76 8,45 1484,94 8,62 343 1609,29 7,95 1514,76 8,45 1484,94 8,62 353 1609,29 7,95 1514,76 8,45 1484,94 8,62 *t a = waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan satu tabung 12,8 Kg Tabel 4. Estimasi Pengeluaran dalam Satu Bulan Suhu (K) Tekanan (atm) 1 2 3 Jumlah ta- bung/bulan Total Penge- luaran Jumlah ta- bung/bulan Total Penge- luaran Jumlah ta- bung/bulan Total Penge- luaran 333 91 Rp. 18.674.423 86 Rp. 17.648.356 84 Rp. 17.237.929 343 91 Rp. 18.674.423 86 Rp. 17.648.356 84 Rp. 17.237.929 353 91 Rp. 18.674.423 86 Rp. 17.648.356 84 Rp. 17.237.929
Tabel 5. Hasil Perhitungan Efisiensi PEMFC terhadap Variasi Tekanan dan Suhu Operasi
Suhu (K) Efisiensi (%) 1 atm 2 atm 3 atm 333 29,10 30,17 30,72 343 28,32 29,71 30,33 353 26,40 29,13 29,88
Tabel 6. Total Panas dan Produksi Air terhadap Variasi Suhu
Suhu (K) Tekanan (atm) 1 2 3 Tota Panas (watt) Produksi Air (mL/jam) Tota Panas (watt) Produksi Air (mL/jam) Tota Panas (watt) Produksi Air (mL/jam) 333 402,5 0,0022 370,99 0,0021 359,62 0,0020 343 408,6 0,0022 374,42 0,0021 362,46 0,0020 353 423,8 0,0022 378,71 0,0021 365,70 0,0020
Gambar 1 Skema desain sel
Gambar 2. Diagram Alir Program Selesai Tampilan Grafik Perhitungan Produksi air, total panas, dan hidrogen yang digunakan
Perhitungan tegangan Nersnt, ohmic, akibat perpindahan massa, dann tegangan output
dengan variasi suhu operasi
Perhitungan tekanan saturasi air, tekanan parsial oksigen dan hidrogen
dengan variasi suhu
Input daya konstanta tetap, model yang diinginkan, variasi tekanan (1-3 atm), dan temperatur suhu (60-80°C)
Mulai
Gambar 3. Penggunaan Hidrogen pada Simulasi PEMFC terhadap Daya dengan Variasi Suhu dan Tekanan
Gambar 4. Kurva Polarisasi Hasil Simulasi Menggunakan MATLAB