Fuel Cell & Metal Fuel.docx

Makalah Advanced Energy Conversion System Fuel Cell & Metal Fuel

Disusun Oleh :

Nama

:

Raphael Discky Z.P

NIM

:

18/425211/TK/46906

Mata Kuliah

:

Kimia Teknik

TEKNIK MESIN DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA

I.

Latar Belakang Energi memiliki peranan penting dan tidak dapat dilepaskan dalam kehidupan

manusia. Terlebih, saat ini hampir semua aktivitas manusia sangat tergantung pada energi. Berbagai alat pendukung, seperti alat penerangan, motor penggerak, peralatan rumah tangga, dan mesin-mesin industri dapat difungsikan jika ada energi. Ada dua kelompok energi yang didasarkan pada pembaruan, yaitu energi terbarukan dan energi yang terbatas di alam. Pemanfaatan energi yang tidak dapat diperbarui secara berlebihan dapat menimbulkan krisis energi. Saat ini dan beberapa tahun ke depan, manusia masih bergantung pada sumber energi fosil yang ketersediaannya terbatas di alam. Melihat kondisi tersebut maka saat ini diperlukan energi alternatif lainnya untuk memenuhi kebutuhan energi manusia seperti fuel cell dan metal fuel yang akan dijelaskan pada makalah ini.

II.

Tujuan Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah untuk mengetahui informasi

tentang fuel cell dan metal fuel, pengertian, prinsip kerja, jenis-jenis dari energi alternatif tersebut, aplikasi serta penggunaannya di Indonesia.

III.

Pembahasan Fuel Cell



Pengertian dan Prinsip Fuel cell merupakan suatu pembangkit listrik yang mengubah energi kimia

langsung menjadi listrik dengan menggunakan hidrogen sebagai bahan bakarnya dan oksigen sebagai oksidannya. Fuel cell berfungsi seperti baterai yaitu menghasilkan tegangan listrik. Tegangan keluaran yang dihasilkan oleh fuel cell adalah tegangan searah. Tegangan output berbeban dari satu sel fuel cell berkisar antara 0,7V, lebih kecil dari tegangan yang dikeluarkan baterai kering.

Fuel cell akan terus menerus memberikan energi listrik selama hidrogen kontinyu disalurkan kepadanya. Jadi tegangan yang dihasilkan oleh fuel cell tidak akan habis selama bahan bakar hidrogen masih ada. Limbah yang dihasilkan oleh fuel cell adalah air. Oleh karena itu sumber energi listrik ini ramah lingkungan dan secara alamiah hidrogen tersedia dalam jumlah besar hingga bisa dimanfaatkan dari generasi ke generasi. Fuel cell juga berfungsi seperti baterai, lalu apa bedanya fuel cell dengan baterai? Fuel cell terdiri dari pelat anoda, pelat katoda dan lapisan elektrolit di tengahnya, diperlihatkan pada gambar dibawah ;

Baterai adalah suatu alat penyimpan energi listrik yang dapat diisi kembali setelah energi digunakan. Kapasitas atau kemampuan menyimpan energi ditentukan oleh semua komponen didalam baterai seperti jenis material yang digunakan dan jenis elektrolitnya sehingga dikenal baterai asam dan baterai alkali. Baterai mempunyai elektroda positif, elektroda negatif dan larutan elektrolit. Sebuah sel fuel cell dalam beberapa aspek mirip dengan baterai. Memiliki elektrolit, dan elektroda positif dan negatif, dan menghasilkan listrik searah melalui reaksi elektrokimia. Namun, tidak seperti baterai, sebuah sel fuel cell membutuhkan pasokan bahan bakar berupa hidrogen dan pasokan oksigen konstan. Elektroda dalam baterai akan mengalami perubahan kimia, sedangkan elektroda dalam sel fuel cell tidak mengalami perubahan kimia. Baterai yang menghasilkan listrik melalui reaksi elektrokimia melibatkan bahan-bahan yang ada di baterai. Karena itu, baterai mungkin akan habis ketika bahan-bahan yang berpartisipasi dalam

reaksi elektrokimia habis, sedangkan tegangan fuel cell tidak akan habis selama pasokan berlangsung terus menerus.



Jenis-Jenis Fuel Cell

Jenis

Elektrolit

Katalis

Temperatur

Karakteristik

Operasi (oC) Alkaline Fuel cell KOH

Platinum

60-120

Efisiensi energi tinggi,

160-200

Efisiensi energi terbatas,

(AFC) Phosphoric

Acid Phosphoric Acid Platinum

Fuel cell (PAFC)

(H+)

peka terhadap CO2(<1,5% Vol)

Molten Carbonate Molten

Electrode

Fuel cell (MCFC)

Material

Carbonate

500-650

Rentan korosi temperature tinggi

(CO22-) Solid Oxide Fuel Lapisan

Electrode

cell (SOFC)

Material

Keramik(O2-)

800-1000

Efisiensi

sistem

tinggi,

temperatur operasi perlu direduksi

Polymer

Polymer

Electrolyte

Electrolyte (H+)

Membrane

Platinum

60-100

Kerapatan energi tinggi, memiliki

Fuel

kepekaan

terhadap CO (<100ppm)

cell (PEMFC) Direct

Methanol Electrolyte

Fuel cell (DMFC)

Polymer(H+)

Platinum

60-120

Efisiensi sistem tinggi, peka terhadap hasil oksidasi di anoda



Pemanfaatan dan Kemungkinan Dimanfaatkan di Indonesia Pemanfaatan fuel cell sebagai energi penghasil tentu sangat bermanfaat dan

memuaskan karena beberapa kelebihan yang jelas-jelas dimiliki fuel cell ini dibandingkan dengan motor penggerak konvensional yaitu motor bakar, beberapa hasil yang menguntungkan seperti polusi yang rendah, efisiensi lebih tinggi, lebih

tidak bising, umur lebih panjang, perawatan lebih murah dan mudah. Bagaimana penerapannya di Indonesia? Setelah melihat keadaan birokrasi yang sangat sulit, mungkin penerapan ini tidak akan berhasil. Peneliti, mahasiswa, dan siswa diperlukan untuk kontribusi dalam pengembangan fuel cell ini. Selain itu, pemerintah juga perlu peka dan cepat dalam membantu untuk melakukan penelitian tersebut.

Metal Fuel 

Pengertian dan Prinsip Metal fuel dibuat dengan menggiling logam menjadi bubuk, yang kemudian

dimasukkan ke dalam pembakar. Hal tersebut sangat efisien sehingga lebih banyak energi dan panas dihasilkan per liter serbuk besi, dibandingkan dengan satu liter gas. Metal fuel redox cycle, dimana proses pembakaran mampu dimanfaatkan sebagai energi dan residu/ solid waste dari hasil pembakaran mampu direcycle untuk digunakan kembali membangkitkan energi dengan menggunakan siklus redox. Metal powder fuels dapat menjadi energi yang bersih dan diterapkan secara global, dengan rantai distribusi yang mudah. metal fuels dapat digunakan untuk combustor untuk heat engine, dan beberapa untuk penggunaan transportasi dan pembangkit listrik. 

Contoh Reaksi Kimia yang Terlibat

Proses pembakaran Magnesium Ketika magnesium berada dalam bentuk logam maka akan terbakar dengan sangat mudah di udara. Namun, untuk memulai reaksi (pembakaran) logam magnesium membutuhkan sumber energi. Api memberikan sumber panas yang dapat menjadi energi aktivasi magnesium. Ketika energi aktivasi tercapai maka

reaksi kimia dengan oksigen di lingkungan dapat berlangsung spontan. Ketika logam magnesium terbakar dan bertemu dengan oksigen maka terbentuk magnesium oksida dan melepaskan energi.

-

Reaksi kimia diatas terjadi dengan menggunakan partikel besi (small particle).

-

Logam seperti besi ini diklasifikasikan sebagai logam reaktif karena bereaksi secara spontan dengan oksigen, berlawanan dengan logam emas yang tidak bereaksi spontan dengan oksigen (logam mulia).

-

Golongan nomor 1-8 dan 12-14 menjadi perhatian karena logam kimia tersebut dapat bereaksi dengan oksigen dan melepaskan energi ke lingkungan serta dapat dijadikan rujukan energi baru.



Pemanfaatan dan Kemungkinan Dimanfaatkan di Indonesia

a.

Pembakaran metal dalam internal combustion engine Performa pembarakan yang buruk karena ukuran partikel yang cukup besar

dan proses difusi pembakaran yang tidak merata pada permukaan metal dan sekelilingnya b.

Rankine cycle power generation Penggunaan metal powder untuk pembangkit listrik stasioner yang biasa

menggunakan bahan bakar fossil, dan panas bumi. sistem pembangkit dapat diadopsi dengan mempertimbangkan metal powder sebagai bahan bakar untuk memanaskan steam untuk keperluan turbin sebagai pembangkit listrik c.

Metal fueled combustor dengan sistim pembangkit Metal fuel combuster dikombinasikan dengan cyclone separator dapat

meningkatkan performance pembakaran metal powder disamping dapat memisahkan metal oxide hasil dari proses pembakaran. Turbulensi yang terjadi pada separator meningkatkan laju reaksi pembakaran.

d.

Produk hasil pembakaran metal oxide Pembakaran dari aluminium dan magnesium dapat menghasilkan produk

hasil pembakaran berupa nanometric metal oxide. Cyclone separator memiliki efisiensi tinggi dalam memisahkan partikel metal oxide hasil pembakaran.

IV.

Kesimpulan Energi adalah suatu bentuk kekuatan yang dihasilkan atau dimiliki suatu

benda. Energi menjadi komponen penting bagi kelangsungan hidup manusia karena hampir semua aktivitas manusia sangat bergantung kepada persediaan energi yang cukup. Untuk menghindari krisis energi karena keterbatasan energi di alam maka diperlukan energi alternatif. Fuel cell dan metal fuel merupakan contoh energi alternatif yang perlu dikembangkan di Indonesia. Kesiapan akan teknologi baru yang menggantikan teknologi lama ini, sangat diharapkan oleh semua pihak. Diharapkan dengan adanya energi alternatif tersebut kebutuhan manusia akan sumber energi tidak akan berkurang.

Daftar Pustaka 

Energy, U.D.o., Fuel Cell Handbook. 7th Edittion ed. 2004, Morgantown, West Virginia: EG & G Technical Inc.



Chris, R. and S. Scott, Introduction to Fuel Cell Technology. 2003, Notre Dame.



Colleen Spiegel, PEM Fuel Cell Modeling and Simulation Using MATLAB, Elsevier Inc, 2008. Matthew Mench, Fuel cell engines, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2008 Frano Barbir, PEM Fuel Cells: Theory and Practice, Elsevier Inc, 2005 J. Larminie, Andrew Dicks, Fuel Cell Systems Explained Second Edition, John Wiley & Sons Ltd, England 2003. Michael W. Ellis, Michael R. Von Spakovsky, Douglas J. Nelson, Fuel Cell Systems: Efficient, Flexible Energy Conversion for the 21st Century, Proceedings of IEEE, 2001, 89 (12). ………., Fuel Cell Vehicles(From Auto Manufacturers),http://www.fuelcells. org/info/charts/carchart.pdf http://www.ultimatecarpage.com/car/1405/Honda-FCX.html Sandeep Dhameja, Electric Vehicle Battery Systems, Newnes, Woburn 2002.

   

  