SlideShare una empresa de Scribd logo
1 de 11
Descargar para leer sin conexión
Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir
Yogyakarta, 01 Oktober 2011
219
ISSN: 0854 - 2910
PENGARUH VARIASI MASUKAN RAPAT ARUS LISTRIK
MENGGUNAKAN MOLTEN SALT REACTOR (MSR) TERHADAP
NILAI EFISIENSI PRODUKSI HIDROGEN DENGAN SISTEM
ELEKTROLISIS AIR SUHU TINGGI
Muhammad Aditya dan Andang Widi Harto
Prodi Teknik Nuklir, Jurusan Teknik Fisika, Universitas Gadjah Mada,
Jl.Grafika 2, Kampus UGM, Yogyakarta, 55281
Email : Muhammad.aditya@ugm.ac.id
ABSTRAK
PENGARUH VARIASI MASUKAN RAPAT ARUS LISTRIK MENGGUNAKAN MOLTEN
SALT REACTOR (MSR) TERHADAP NILAI EFISIENSI PRODUKSI HIDROGEN
DENGAN SISTEM ELEKTROLISIS AIR SUHU TINGGI. Produksi hidrogen dengan sistem
elektrolisis suhu tinggi mampu menghasilkan hidrogen dalam skala besar dengan tingkat kemurnian
tinggi. Pada penelitian ini telah berhasil dirancang optimasi produksi hidrogen dengan sistem kopel
reaktor generasi IV Molten Salt Reactor (MSR) dengan instalasi produksi hidrogen dengan laju
produksi 5 kg/s. Penelitian ini difokuskan pada pengaruh densitas arus listrik yang disuplai ke dalam
sel-sel electrolyzer, terhadap kinerja electrolyzer dalam produksi hidrogen. Variasi densitas arus
listrik dilakukan pada rentang 4000 A/m2
– 9000 A/m2
pada tekanan operasional 10 atm dan nilai
fraksi massa hidrogen 0,3. Hasil penelitian ini diketahui bahwa kenaikan densitas arus listrik akan
mereduksi panjang sel electrolyzer namun mengurangi efisiensi total sistem kopel instalasi produksi
hidrogen dengan MSR. Efisiensi total tertinggi adalah 54.19473 % pada suplai densitas arus listrik
sebesar 4000 A/m2
. Hubungan antara densitas arus listrik dengan efisiensi produksi hidrogen adalah
y = -3E-10x3
+ 3E-06x2 – 0.011x + 71.96, dengan y adalah efisiensi total produksi hidrogen (%) dan
x adalah densitas arus listrik (A/m2
).
Kata Kunci: elektrolisis, MSR, densitas arus, electrolyzer, efisiensi
ABSTRACT
EFECT OF CURENT DENSITY VARIATION USING MOLTEN SALT REACTOR TO
EFFICIENCY VALUE OF HIDROGEN PRODUCTION WITH HIGH TEMPERATURE
STEAM ELECTROLYSIS SYSTEM. Hydrogen production with high temperature electrolysis can
produce hydrogen on large scale and high purity level. In this research have been successfully
designed optimization hydrogen production with system coupling reactor generation IV, Molten Salt
Reactor (MSR) with hydrogen installation plant and with rate production at 5 kg/s. This research
focused on effect of electrical current density that supplied to electrolyzer cell on the performance
of electrolyzer to produce hydrogen. Electrical current density of this variation in this research in
the range 4000 A/m2
– 9000 A/m2
at 10 atm operating pressure and hydrogen mass fraction value of
0.3. Result of this research discovered that electrical current density will reduce length of
electrolyzer, but also will reduces the total efficiency of hydrogen production system coupling with
MSR installation. The highest total efficiency is 54.19473 % on the supply of electric current density
of 4000 A/m2
. The relationship between electrical current density with hydrogen production
efficiency is y = -3E-10x3
+ 3E-06x2 – 0.011x + 71.96, with y is the total efficiency of hydrogen
production (%) and x is the electric current density (A/m2
).
Keywords: electrolysis, MSR, current density, electrolyzer, efficiency
1. PENDAHULUAN
Semakin menipisnya cadangan energi fosil membuat manusia berusaha mencari energi
pengganti baru bersih yang aman dengan lingkungan. Hingga saat ini banyak dikembangkan energi
baru dan ramah lingkungan, mulai dari pemanfaatan energi surya, energi angin, hingga pemanfaatan
hidrogen untuk energi alternatif. Hidrogen menjadi fokus perhatian pengembang energi terbarukan
Pengaruh Variasi Masukan Rapat Arus Listrik Menggunakan Molten Salt …
M. Aditya dan Andang Widi Harto
220
ISSN: 0854 - 2910
karena lebih bersih (ramah lingkungan karena penggunaanya hanya menghasilkan uap air yang aman
terhadap lingkungan) dan unggul dari segi efisiensi dan sifatnya yang portable. Energi hidrogen
mempunyai peran menggantikan energi fosil dimasa depan khususnya sebagai sumber energi untuk
sarana transportasi[1]
.
Hidrogen merupakan unsur teringan dan yang paling melimpah di dunia (75% dari total
massa unsur alam semesta). Untuk memperoleh hidrogen, maka energi hidrogen harus diproduksi.
Produksi hidrogen dapat dilakukan dengan cara elektrolisa, termolisa, termokimia dan fotolisa.
Diantara berbagai cara metode menghasilkan energi hidrogen, metode yang paling mudah untuk
mendapatkan energi hidrogen ialah dengan cara elektrolisis air, dimana mampu memproduksi energi
hidrogen tanpa menghasilkan gas buang karbon jika dikopel dengan reaktor nuklir[3]
. Akan tetapi
penggunaan elektrolisis air untuk menghasilkan energi hidrogen belum banyak digunakan secara
komersial, akibat dari konsumsi listrik yang banyak dan biaya operasiaonal yang tinggi.
Memiliki banyak beberapa keuunggulan, energi hidrogen secara komersial belum mampu
bersaing dengan energi fosil. Efisiensi yang kecil dalam proses produksi, penyimpanan dan
pendistribusian energi hidrogen membutuhkan biaya yang tinggi, harga material untuk elektrolisis
suhu tinggi masih mahal serta operasi electrolyzer yang masih tergolong pendek. Untuk skala
industri, proses elektrolisis dilakukan pada temperatur tinggi. Reaktor nuklir digunakan sebagai
sumber kalor untuk proses elektrolisis dengan menggunakan kalor buangan pada reaktor. Dengan
sistem kopel kedua instalasi tersebut dapat mengoptimalkan produksi hidrogen.
2. DASAR TEORI
2.1. Molten Salt Reactor (MSR)
Molten Salt Reactor (MSR) merupakan salah satu reaktor nuklir fisi generasi IV dengan
pendingin primer leburan garam. MSR menggunakan leburan garam FLIBE (75% LiF - 25%BeF2)
dengan bahan bakar berupa campuran 233UF4 dam 232ThF4 yang terlarut didalamnya, sehingga
penggantian dan pengsisian bahan bakar dapat dilakukan tanpa mematikan reaktor (online
refueling)[13]
.
Gambar 1. Disain Konsep MSR[4]
Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir
Yogyakarta, 01 Oktober 2011
221
ISSN: 0854 - 2910
Tabel 1. Karakteristik Disain MSR[4]
Garam bahan bakar pada MSR mengalir melalui dasar teras menuju atas teras. Reaksi fisi
yang terjadi pada teras akan menghasilkan kalor yang selanjutnya dialirkan menuju sistem penukar
panas utama (heat exchanger), yang kmudian ditransferkan ke sistem sekunder yang berupa garam
yang tidak mengandung bahan bakar ke sistem penukar panas sekunder. Panas dari garam sekunder
akan digunakan untuk membnagkitkan uap pada sistem pembangkit uap untuk memutar turbin yang
selanjutnya menghasilkan listrik. Material penyusun struktur leburan garam harus memiliki sifat
tahan korosif yang tinggi dan tahan pada suhu tinggi. Hasstelloy-N digunakan pada material reaktor
MSR dikarenkan laju korosi yang kurang dari 0,1 mm per tahun pada temperatur sekitar 650°C.
Hastelloy-N adalah alloy berbasis nikel dengan komposisi alloy terdiri dari Inconelm INOR-8 dan
Hastelloy-B[13]
. Disain MSR seperti pada Gambar 1.
2.2. Elektrolisis Air
Teknologi produksi hidrogen dapat dilakukan dengan 4 metode, yaitu teknologi berbasis
hidrokarbon (menggunakan bahan bakar fosil dan biomasa), daur termokimia, daur biologi dan
elektrolisis air[8]
. Metode elektrolisis air sangat tepat digunakan untuk industri yang membutuhkan
hidrogen dengan tingkat kemurnian yang tinggi seperti industri metalurgi, elektronik dan farmasi[8]
.
Prinsip dasar elektrolisis air ditunjukkan pada Gambar 2[5]
.
Gambar 2. Diagram Skematik Proses Elektrolisis Air pada Sel Electrolyzer[5]
Parameter Reaktor Nilai Referensi
Daya 1000 MWe
Densitas daya 22 MWth/m3
Efisiensi termal 44-50%
Bahan bakar garam - suhu masukan 565ο
C
- suhu keluaran 700ο
C (untuk produksi hidrogen 9500
C)
- tekanan uap <0,1 psi
Moderator Grafit
Siklus Daya Multi-reheat recuperative helium Bryton Cycle
Pengaruh Variasi Masukan Rapat Arus Listrik Menggunakan Molten Salt …
M. Aditya dan Andang Widi Harto
222
ISSN: 0854 - 2910
Beda potensial yang dihasilkan oleh arus listrik antara anoda dan katoda akan mengionisasi
molekul air menjadi ion positif dan ion negatif. Pada katoda terdapat ion postif yang menyerap
elektron dan menghasilkan molekul ion H2, dan ion negatif akan bergerak menuju anoda untuk
melepaskan elektron dan menghasilkan molekul ion O2.
Secara kimia reaksi pemecahan molekul air menjadi hidrogen dan oksigen mengikuti
persamaan reaksi berikut.
Katoda : H20(g) + 2e-
→ H2(g) + O2-
(1)
Anoda : O2-
→ ½ O2(g) + 2e-
Total : H2O(l) → H2(g) + ½ O2(g)
2.3. High Temperature Electrolysis (HTE)
High Temperature Electrolysis ialah proses produksi hidrogen yang dilakukan pada
temperature yang tinggi (T≥800ο
C). Sumber energi panas dapat diperoleh dari energi fosil dan energi
terbarukan lainya, dimana dalam penelitian ini digunakan energi fisi nuklir. Semakin tinggi
temperatur operasi maka kebutuhan energi listrik akan semakin minimal[8]
. Proses sederhana
elektrolisis pada temperatur tinggi dapat dilihat pada Gambar 3. Umpan yang digunakan adalah uap
air dan gas H2. Energi masukan merupakan energi kalor dan energi listrik. Hasil produksi berupa
hidrogen, steam, dan oksigen dengan temperatur yang tinggi.
Pada proses elektrolisis suhu tinggi umpan H2O akan dipecah menjadi H2 dan O2 pada site-
site Sel Oxide Electrolysis Cell (SOEC), yaitu pada triple phase boundary (TPB). Site-site pada TPB
terdiri dari conducting phase, steam conducting phase, dan ionic conducting phase yang merupakan
katalis dan bersifat porous yang memingkinkan ion oksigen bermigrasi dari katoda ke anoda
Gambar 3. Diagram Skematik Proses Elektrolisis Air pada Temperatur Tinggi[8]
Selama proses elektrolisis berlangsung sel SOEC akan akan terdegradasi akibat suhu tinggi
dan juga pengaruh impurity umpan, sehingga mengakibatkan terganggungya tekanan parsial oksigen
pada sisi anoda dan memperkecil area TPB yang berujung minimnya proses elektrolisis. Pemberian
umpan gas H2 pada electrolyzer agar dapat menghilangkan pengaruh buruk impurity umpan pada
electrolyzer yang tidak diinginkan (contohnya gas O2), sehingga O2 akan bereaksi dengan H2 untuk
membentuk H20 yang lebih netral. Pemberian umpan gas H2 berfungsi sebagai reductor untuk
menjaga katalis SOEC (ionic conducting phase) tidak teroksidasi selama proses elektrolisis. Selain
Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir
Yogyakarta, 01 Oktober 2011
223
ISSN: 0854 - 2910
itu beberapa peneliti juga menggunakan pemberian gas H2 untuk mengevaluasi equilibrium reaction
selama proses elektrolisis[5]
.
2.4. Kebutuhan Energi Reaksi Elektrolisis
Besarnya energi yang dibutuhkan untuk proses elektrolisis dirumuskan dengan persamaan
berikut.
(2)
dengan T adalah temperatur reaksi. ΔH, ΔG dan ΔS berturut-turut ialah entalpi (J/kg), energi bebas
Gibbs (J/kg) dan entropi reaksi (J/kg.K) pada kondisi T. Kebutuhan energi reaksi sebagai fungsi
suhu tersajikan pada Gambar 4. Energi minimum untuk menguraikan molekul air menjadi unsur-
unsur penyusunya adalah sebesar ΔH (J/kg). Untuk elektrolisis yang dilakukan pada temperatur
rendah, kebutuhan energi tersebut disuplai sepenuhnya dari energi listrik sebesar ΔG (J/kg), ΔH ≈
ΔG. Sedangkan pada proses temperatur tinggi, energi reaksi disuplai dari energi kalor dan energi
listrik, ΔH ≈ ΔG + TΔS. Semakin besar energi kalor yang diberikan maka energi listrik yang
dibutuhkan semakin berkurang.
Gambar 4. Energi yang Dibutuhkan untk Proses Elektrolisis Suhu Tinggi
3. TATA KERJA
Pada penelitian ini telah berhasil mendisain konsep sistem kopel sebuah instalasi produksi
hidrogen dengan reaktor nuklir MSR seperti pada Gambar 5. Instalasi produksi hidrogen didesain
dengan laju roduksi hidrogen sebesar 5 kg/s menggunakan 1000 Solid Oxide Electrlolysis Cell
(SOEC) berbentuk planar. Hasil dari penelitian ini akan dihitung nilai efisiensi (%) produksi
hidrogen sistem kopel instalasi produksi hidrogen dengan reactor MSR dengan variasi densitas arus
4000 – 9000 A/m2
pada tekanan operasi 10 atm dan nilai frak massa hidrogen 0.3.
Kondisi heat exchanger, hydrogen cooler dan oxygen cooler pada penelitian ini didisain
isolasi sempurna sehingga tidak terjadi rugi-rugi kalor (panas yang terbuang ke lingkungan).
Perhitungan proses elektrolisis pada electrolyzer, daya listrik dan daya termal pada elektrolizer dapat
dilakukan dengan menggunakan rumus :
Pengaruh Variasi Masukan Rapat Arus Listrik Menggunakan Molten Salt …
M. Aditya dan Andang Widi Harto
224
ISSN: 0854 - 2910
(3)
(4)
(5)
Perhitungan nilai efisiensi total sistem kopel instalasi produksi hidrogen dan reaktor dihitung dengan
rumus :
(6)
dengan QR adalah daya termal yang dihasilkan reaktor nuklir. Sebagian daya tersebut digunakan
secara langsung untuk instalasi produksi hidrogen (QT) dan sebagian lagi digunakan pada sistem
turbo generator untuk proses pembangkitan listrik (QL).
Gambar 5. Skema Instalasi Produksi Hidrogen yang dikopel dengan MSR
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Kondisi Operasi Electrolyzer
Pada penelitian ini, kondisi operasi dirancang sedemikian rupa agar electrolyzer mampu
memproduksi hidrogen dengan laju produksi 5 kg/s. Kondisi operasi electrolyzer agar mampu
memproduksi hidrogen dengan laju produksi 5 kg/s diperlihatkan pada Tabel 2.
Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir
Yogyakarta, 01 Oktober 2011
225
ISSN: 0854 - 2910
Tabel 2. Kondisi Operasi Electrolyzer
4.2. Pengaruh Densitas Arus Listrik terhadap Perubahan Panjang Sel Electrolyzer
Perubahan geometri panjang electrolyzer berbanding terbalik dengan kenaikan densitas arus
listrik, seperti ditampilkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Pengaruh Densitas Arus Terhadap Geometri Electrolyzer
Nilai panjang geometri electrolyzer terbesar pada densitas arus 4000 A/m2
, yaitu sebesar
24,1236 m. Geometri panjang terkecil pada densitas arus 9000 A/m2
, yaitu sebesar 10,7216 m.
Walaupun ditinjau secara ekonomi densitas arus 4000 A/m2
dianggap tidak menguntungkan karena
harga sel electrolyzer masih tergolong mahal, tetapi memiliki pemanfaatan energi yang cukup baik,
karena densitas arus listrik yang diberikan cukup rendah. Begitu pula halnya pada densitas arus
listrik sebesar 9000 A/m2
, walaupun material panjang sel terkecil sehingga secara ekonomi
menguntungkan tetapi memiliki penggunaan energi listrik yang cukup besar.
4.3. Pengaruh Densitas Arus Terhadap Tegangan Reversible dan Irreversible
Tegangan irreversible ialah tegangan listrik yang dibutuhkan untuk mengetasi rugi-rugi
irreversible yang terjadi pada proses elektrolisis. Rugi-rugi tersebut berupa rugi-rugi ohmic yang
muncul akibat adanya hambatan listrik pada elektroda, hambatan ionik pada elektrolit dan hambatan
listrik pada bagian interkonek, rugi-rugi akibat adanya gradien konsentrasi pada permukaan
elektroda dan rugi-rugi akibat aktivitas molekular pada permukaan anoda. Pada proses elektroisis
Pengaruh Variasi Masukan Rapat Arus Listrik Menggunakan Molten Salt …
M. Aditya dan Andang Widi Harto
226
ISSN: 0854 - 2910
suhu tinggi, tegangan sel total yang disuplai kedalam electrolyzer harus lebih besar dari pada
tegangan reversible, seperti tampak pada Gambar 7.
Gambar 7. Pengaruh Tegangan Reversible dan Irreversible terhadap Densitas Arus
4.4. engaruh Densitas Arus Listrik terhadap Suplai Daya Termal Electrolyzer
Proses elektrolisis pada suhu tinggi menggunakan daya listrik dan daya termal dari reaktor
nuklir. Daya termal untuk reaksi elektrolisis diperoleh dari heat exchanger dan daya listrik dari rugi-
rugi irreversible yang berubah menjadi daya termal. Pada Gambar 8. menunjukkan besarnya daya
termal yang harus disuplai dari heat exchanger ke electrolyzer agar proses elektrolisis suhu tinggi
dapat berlangsung.
Gambar 8. Pengaruh Densitas Arus Listrik terhadap Suplai Daya Termal oleh Heat
Exchanger
Pada Gambar 8 tampak bahwa suplai daya listik ke electrolyzer semakin meningkat seiring
dengan peningkatan densitas arus listrik dan suplai daya kalor ke electrolyzer cenderung konstan.
Pada prakteknya kapasitas daya termal yang disuplai ke electrolyzer menurun sesuai dengan
kenaikan densitas arus listrik, hal ini diakibatkan karena peningkatan rugi-rugi irreversible, yaitu
daya listik yang berubah menjadi daya termal sehingga penggunaan kalor dari reaktor MSR
berkurang.
Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir
Yogyakarta, 01 Oktober 2011
227
ISSN: 0854 - 2910
4.5. Pengaruh Densitas Arus terhadap Efisiensi Sistem Kopel Produksi Hidrogen dengan
Reaktor MSR
Gambar 9. Pengaruh Densitas Arus terhadap nilai efisiensi Total Sistem Kopel Produksi
Hidrogen
Efisiensi total, yaitu efisiensi antara instalasi produksi hidrogen dengan reaktor nuklir
(sistem kopel) memiliki tendensi yang sama dengan efisiensi pada electrolyzer. Grafik penurunan
efisiensi total produksi hidrogen seiring dengan kenaikan densitas arus listrik (Gambar 9) dengan
titik maksimum efisiensi pada suplai densitas arus listrik 4000 A/m2
. Tendensi penurunan total
sejalan dengan penelitian sebelumnya tentang pengaruh efisiensi total produksi hidrogen dengan
variasi suplai energi kalor masukan pada electrolyzer[4]
. Pada penelitian tersebut diketahui bahwa
semakin besar jumlah energi termal yang berasal dari heat exchanger maka akan semakin
mengurangi penggunaan energi listrik, ataupun dengan keadaan sebaliknya. Efisiensi total produksi
hidrogen juga tidak terlepas dari pengearuh nilai recycling hidrogen. Pada penelitian yang telah
dilakukan sebelumnya, efisiensi total produksi hidrogen cenderung meningkat pada nilai recycling
hidrogen sebesar 0,05-0,3[6]
. Peningkatan nilai efisiensi total produksi hidrogen akan cenderung
menurun, seiring dengan peningkatan nilai recycling hidrogen.
Pada penelitian ini dicapai efisiensi optimal sistem kopel produksi hidrogen dengan nilai
efisiensi 54.1947 % pada suplai densitas arus listrik 4000 A/m2
. Sebuah regresi pada Gambar 9
menghasilkan sebuah persamaan efisiensi total sebagai fungsi densitas arus listrik, yaitu y = -3E-
10x3
+ 3E-06x2 – 0.011x + 71.96 , dengan y adalah efisiensi total produksi hidrogen (%) dan x
adalah densitas arus listrik (A/m2
).
5. KESIMPULAN
1. Efisiensi total keseluruhan tertinggi yang berhasil didapatkan dari penelitian ini sebesar
54.1947 % pada suplai densitas arus listrik 4000 A/m2
,tekanan operasi 10 atm dan recycling
hidrogen sebesar 0,3.
Pengaruh Variasi Masukan Rapat Arus Listrik Menggunakan Molten Salt …
M. Aditya dan Andang Widi Harto
228
ISSN: 0854 - 2910
2. Dihasilkan sebuah persamaan regresi efisiensi total produksi hidrogen sebagai fungsi
densitas arus listrik yaitu y = -3E-10x3
+ 3E-06x2 – 0.011x + 71.96dengan nilai y adalah
efisiensi total produksi hidrogen dan x adalah densitas arus listrik (A/m2
).
3. Peningkatan nilai densitas arus yang lebih tinggi akan mengakibatkan penurunan efisiensi
total sistem kopel instalasi produksi hidrogen dengan MSR.
4. Peningkatan nilai densitas arus akan menyebabkan kenaikan daya termal yang berasal dari
rugi-rugi irreversible.
6. UCAPAN TERIMAKASIH
Peneliti mengucapkan terima kasih kepada Reynold Dipu, asisten peneliti Tokyo Tech G-
COE Energy at Tokyo Institute Technology, atas bantuan journal dan ilmunya. Teman-teman
seperjuangan peneliti untuk penelitian tugas akhir, terima kasih banyak atas semangat dan
motivasinya
7. DAFTAR PUSTAKA
[1]. Ryutaro Hino. “R&D on Hydrogen Production High-Temperature Electrolysis of Steam”.
Nuclear Engineering and Design, 233:363_375, 2008.
[2]. Steve Hearing. “High Temperature Solid Oxide Electrolyzer System”. Idaho National
Engineering and Enviromental Laboratory, Gaithersburg, 2004.
[3]. Jun Udagawa. “Hydrogen Production Through Steam Electrolysis: Model-based Dynamic
Behaivor of a Cathode-Supported Intermediate Temperature Solid Oxide Electrolysis Cell”,
2007.
[4]. Elsa Melfiana. Pengaruh Variasi Temperatur Keluaran Molten Salt Reactor Terhadap
Efisiensi Produksi Hidrogen dengan High Temperature Electrolysis (HTE). Skripsi, Jurusan
Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 2007.
[5]. Arnoldus Lambertus Dipu. Pengaruh Variasi Densitas Arus Listrik Terhadap Kinerja
Electrolyzer pada Proses Elektrolisis Suhu Tinggi Menggunakan Molten Salt Reactor.
Skripsi, Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 2008.
[6]. Thomas Ari Negara. Efek Recycling Hidrogen pada Electrolyzer Terhadap Kinerja
Elektrolisis Suhu Tinggi. Skripsi, Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah
Mada, Yogyakarta, 2007.
[7]. Andang Widi Harto. Desain Reaktor Nuklir Maju Bersuhu Tinggi PCMSR dengan Sifat
Selamat Melekat, Seminar, Yogyakarta, 2007.
[8]. Sebastian Pronce Richard. A Techno-Economic Analysis of Decentralized Electrolytic
Hydrogen Production for Fuel Cell Vehicles. Disertasi, University of Victoria, Victoria,
2004.
[9]. Akhmad Khoirul Anam. Optimasi Penggunaan Energi dalam Sistem Kogenerasi Pembangkit
Listrik dan Produksi Hidrogen dengan GT-MHR. Skripsi, Jurusan Teknik Fisika,Fakultas
Teknik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 2005.
Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir
Yogyakarta, 01 Oktober 2011
229
ISSN: 0854 - 2910
[10]. Bilge Yildiz dan Mujid S. Kazimi. “Efficiency of Hydrogen Production System Using
Alternative Nuclear energy Technologies”. International Journal of Hydrogen Energy. 31:77-
92, 2006.
[11]. Yukitaka Kato.”Hydrogen Career System for Fuel Cell Vehicles”. Prociding of VI Minsk
International Seminar Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, pp. 30, Sep. 2005.
[12]. Andang Widi Harto. Sistem Turbin PCMSR JurusanTeknik Fisika, Fakultas Teknik,
Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 2011.
[13]. Mac.Pherson. Molten Salt Reactor-Part II-Introduction, Chapter 11, Oak Ridge National
Laboratory (ORNL), 1958.
DISKUSI/TANYA JAWAB:
1. PERTANYAAN: (Wiwik Diah Ratnasari, UNY)
Untuk kedepannya, apa harapan pemakalah tentang penelitian H2 yang dilakukan dan bagaimana
penerapannya agar bisa bermanfaat bagi masyarakat?
JAWABAN: (Muhammad Aditya, Teknik Fisika-UGM)
Energi hidrogen kedepannya akan digunakan untuk sarana transportasi sebagai fuel cell car
untuk meminimalisasi penggunaan bahan bakar minyak.
2. PERTANYAAN: (R. Yosi A., UNY)
Efisiensi pada kondisi ideal sistem adiabatik, bagaimana untuk kondisi yang lebih realitas?
JAWABAN: (Muhammad Aditya, Teknik Fisika-UGM)
Pada penelitian ini memang sistem dibuat sempurna karena penelitian ini berskala S1
(Sarjana). Terlalu sulit untuk menghitung sistem yang lebih kompleks, perhitungan sistem yang
kompleks ditujukan untuk penelitian selanjutnya (S2, S3 atau Post Doctoral). Diharapkan
penelitian selanjutnya dapat menghitung yang lebih detail terutama tentang sistem dan
komponen-komponen pada instalasi.

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

Laporan kemajuan pkmkc
Laporan kemajuan pkmkcLaporan kemajuan pkmkc
Laporan kemajuan pkmkcErfan Widodo
 
Makalah pembangkit listrik tenaga nuklir sebagai Kebutuhan Masyarakat
Makalah pembangkit listrik tenaga nuklir sebagai Kebutuhan MasyarakatMakalah pembangkit listrik tenaga nuklir sebagai Kebutuhan Masyarakat
Makalah pembangkit listrik tenaga nuklir sebagai Kebutuhan MasyarakatSahat Tua
 
Potensi pembangkit daya termoelektrik untuk
Potensi pembangkit daya termoelektrik untukPotensi pembangkit daya termoelektrik untuk
Potensi pembangkit daya termoelektrik untuka8iGaming
 
Diagram black box input output sistem perencanaan gedung apartemen dengan ene...
Diagram black box input output sistem perencanaan gedung apartemen dengan ene...Diagram black box input output sistem perencanaan gedung apartemen dengan ene...
Diagram black box input output sistem perencanaan gedung apartemen dengan ene...Debby Rahmawati
 
Pemanfaatan energi panas laut
Pemanfaatan energi panas lautPemanfaatan energi panas laut
Pemanfaatan energi panas lautfadlanmukti
 
Siap presentasi ayu (2)
Siap presentasi ayu (2)Siap presentasi ayu (2)
Siap presentasi ayu (2)rahmadfauzan09
 
ALLIN - Rencana Implementasi Life Cycle Assessment (LCA) pada Kegiatan Pemban...
ALLIN - Rencana Implementasi Life Cycle Assessment (LCA) pada Kegiatan Pemban...ALLIN - Rencana Implementasi Life Cycle Assessment (LCA) pada Kegiatan Pemban...
ALLIN - Rencana Implementasi Life Cycle Assessment (LCA) pada Kegiatan Pemban...ALLIN
 
Kelebihan dan Kekurangan Penggunaan Tenaga Nuklear sebagai Penjana Tenaga Ele...
Kelebihan dan Kekurangan Penggunaan Tenaga Nuklear sebagai Penjana Tenaga Ele...Kelebihan dan Kekurangan Penggunaan Tenaga Nuklear sebagai Penjana Tenaga Ele...
Kelebihan dan Kekurangan Penggunaan Tenaga Nuklear sebagai Penjana Tenaga Ele...Sherly Jewinly
 
Pkm p tentang kontribusi arang aktif terhadap penurunan suhu GRB
Pkm p tentang kontribusi arang aktif terhadap penurunan suhu GRBPkm p tentang kontribusi arang aktif terhadap penurunan suhu GRB
Pkm p tentang kontribusi arang aktif terhadap penurunan suhu GRBLailatul Arofah
 
Pengajian am bahagian b penggal 3
Pengajian am bahagian b penggal 3Pengajian am bahagian b penggal 3
Pengajian am bahagian b penggal 3NURUL NATASHA
 
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)sknramadhaniah
 

La actualidad más candente (20)

Hydrogen Storage
Hydrogen Storage Hydrogen Storage
Hydrogen Storage
 
Laporan kemajuan pkmkc
Laporan kemajuan pkmkcLaporan kemajuan pkmkc
Laporan kemajuan pkmkc
 
Konversi Energi Terbarukan (My Ppt)
Konversi Energi Terbarukan (My Ppt)Konversi Energi Terbarukan (My Ppt)
Konversi Energi Terbarukan (My Ppt)
 
Biogas
BiogasBiogas
Biogas
 
Makalah pembangkit listrik tenaga nuklir sebagai Kebutuhan Masyarakat
Makalah pembangkit listrik tenaga nuklir sebagai Kebutuhan MasyarakatMakalah pembangkit listrik tenaga nuklir sebagai Kebutuhan Masyarakat
Makalah pembangkit listrik tenaga nuklir sebagai Kebutuhan Masyarakat
 
Ilmu alamiah dasar bab 7
Ilmu alamiah dasar bab 7Ilmu alamiah dasar bab 7
Ilmu alamiah dasar bab 7
 
Potensi pembangkit daya termoelektrik untuk
Potensi pembangkit daya termoelektrik untukPotensi pembangkit daya termoelektrik untuk
Potensi pembangkit daya termoelektrik untuk
 
Diagram black box input output sistem perencanaan gedung apartemen dengan ene...
Diagram black box input output sistem perencanaan gedung apartemen dengan ene...Diagram black box input output sistem perencanaan gedung apartemen dengan ene...
Diagram black box input output sistem perencanaan gedung apartemen dengan ene...
 
Pemanfaatan energi panas laut
Pemanfaatan energi panas lautPemanfaatan energi panas laut
Pemanfaatan energi panas laut
 
Siap presentasi ayu (2)
Siap presentasi ayu (2)Siap presentasi ayu (2)
Siap presentasi ayu (2)
 
ALLIN - Rencana Implementasi Life Cycle Assessment (LCA) pada Kegiatan Pemban...
ALLIN - Rencana Implementasi Life Cycle Assessment (LCA) pada Kegiatan Pemban...ALLIN - Rencana Implementasi Life Cycle Assessment (LCA) pada Kegiatan Pemban...
ALLIN - Rencana Implementasi Life Cycle Assessment (LCA) pada Kegiatan Pemban...
 
Bab 1
Bab 1Bab 1
Bab 1
 
Ilmu alamiah dasar bab 6.
Ilmu alamiah dasar bab 6.Ilmu alamiah dasar bab 6.
Ilmu alamiah dasar bab 6.
 
Kelebihan dan Kekurangan Penggunaan Tenaga Nuklear sebagai Penjana Tenaga Ele...
Kelebihan dan Kekurangan Penggunaan Tenaga Nuklear sebagai Penjana Tenaga Ele...Kelebihan dan Kekurangan Penggunaan Tenaga Nuklear sebagai Penjana Tenaga Ele...
Kelebihan dan Kekurangan Penggunaan Tenaga Nuklear sebagai Penjana Tenaga Ele...
 
Pkm p tentang kontribusi arang aktif terhadap penurunan suhu GRB
Pkm p tentang kontribusi arang aktif terhadap penurunan suhu GRBPkm p tentang kontribusi arang aktif terhadap penurunan suhu GRB
Pkm p tentang kontribusi arang aktif terhadap penurunan suhu GRB
 
Handout sumber energi
Handout sumber energiHandout sumber energi
Handout sumber energi
 
Ppt diva prakarya
Ppt diva prakaryaPpt diva prakarya
Ppt diva prakarya
 
Pengajian am bahagian b penggal 3
Pengajian am bahagian b penggal 3Pengajian am bahagian b penggal 3
Pengajian am bahagian b penggal 3
 
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
 
ENERGI NUKLIR
ENERGI NUKLIRENERGI NUKLIR
ENERGI NUKLIR
 

Destacado

Fery supriyanto pengaruh motivasi & lingkungan kerja serta disiplin kerja ter...
Fery supriyanto pengaruh motivasi & lingkungan kerja serta disiplin kerja ter...Fery supriyanto pengaruh motivasi & lingkungan kerja serta disiplin kerja ter...
Fery supriyanto pengaruh motivasi & lingkungan kerja serta disiplin kerja ter...Feri Supriyanto
 
Proposalmetpen'
Proposalmetpen'Proposalmetpen'
Proposalmetpen'orinaries
 
Dampak kepemimpinan transformasional dan kepemimpinan servant terhadap pembel...
Dampak kepemimpinan transformasional dan kepemimpinan servant terhadap pembel...Dampak kepemimpinan transformasional dan kepemimpinan servant terhadap pembel...
Dampak kepemimpinan transformasional dan kepemimpinan servant terhadap pembel...keziahutajulu
 
Faktor Faktor yang berhubungan dengan Sisa Makanan Biasa pada Pasien Pasca Me...
Faktor Faktor yang berhubungan dengan Sisa Makanan Biasa pada Pasien Pasca Me...Faktor Faktor yang berhubungan dengan Sisa Makanan Biasa pada Pasien Pasca Me...
Faktor Faktor yang berhubungan dengan Sisa Makanan Biasa pada Pasien Pasca Me...dela aristi
 

Destacado (7)

Fery supriyanto pengaruh motivasi & lingkungan kerja serta disiplin kerja ter...
Fery supriyanto pengaruh motivasi & lingkungan kerja serta disiplin kerja ter...Fery supriyanto pengaruh motivasi & lingkungan kerja serta disiplin kerja ter...
Fery supriyanto pengaruh motivasi & lingkungan kerja serta disiplin kerja ter...
 
Analisis faktor
Analisis faktorAnalisis faktor
Analisis faktor
 
Proposalmetpen'
Proposalmetpen'Proposalmetpen'
Proposalmetpen'
 
Dampak kepemimpinan transformasional dan kepemimpinan servant terhadap pembel...
Dampak kepemimpinan transformasional dan kepemimpinan servant terhadap pembel...Dampak kepemimpinan transformasional dan kepemimpinan servant terhadap pembel...
Dampak kepemimpinan transformasional dan kepemimpinan servant terhadap pembel...
 
makalah
makalahmakalah
makalah
 
Skripsi
SkripsiSkripsi
Skripsi
 
Faktor Faktor yang berhubungan dengan Sisa Makanan Biasa pada Pasien Pasca Me...
Faktor Faktor yang berhubungan dengan Sisa Makanan Biasa pada Pasien Pasca Me...Faktor Faktor yang berhubungan dengan Sisa Makanan Biasa pada Pasien Pasca Me...
Faktor Faktor yang berhubungan dengan Sisa Makanan Biasa pada Pasien Pasca Me...
 

Similar a 12

1622-Article Text-10057-1-10-20210917.pdf
1622-Article Text-10057-1-10-20210917.pdf1622-Article Text-10057-1-10-20210917.pdf
1622-Article Text-10057-1-10-20210917.pdfAfiqPraditio
 
artikel SEL BAHAN BAKAR , SOLUSI ENERGI MASA DEPAN
artikel SEL BAHAN BAKAR , SOLUSI ENERGI MASA DEPANartikel SEL BAHAN BAKAR , SOLUSI ENERGI MASA DEPAN
artikel SEL BAHAN BAKAR , SOLUSI ENERGI MASA DEPANLindha D Apecawati
 
Review sintesis nanomaterial
Review sintesis nanomaterialReview sintesis nanomaterial
Review sintesis nanomaterialhena ayu
 
PENGENALAN INDUSTRI MIGAS 1 & PANAS BUMI
PENGENALAN INDUSTRI MIGAS 1  &  PANAS BUMIPENGENALAN INDUSTRI MIGAS 1  &  PANAS BUMI
PENGENALAN INDUSTRI MIGAS 1 & PANAS BUMIYOHANIS SAHABAT
 
Rancang bangun kolektor surya
 Rancang bangun kolektor surya Rancang bangun kolektor surya
Rancang bangun kolektor suryaHelmas Tanjung
 
Achmad Fathoni El Fikri_03012682024008_BKU Teknik Energi Reguler.pptx
Achmad Fathoni El Fikri_03012682024008_BKU Teknik Energi Reguler.pptxAchmad Fathoni El Fikri_03012682024008_BKU Teknik Energi Reguler.pptx
Achmad Fathoni El Fikri_03012682024008_BKU Teknik Energi Reguler.pptxAchmadFathoniElFikri
 
Teknologi Pembakaran Batubara pada Boiler.pdf
Teknologi Pembakaran Batubara pada Boiler.pdfTeknologi Pembakaran Batubara pada Boiler.pdf
Teknologi Pembakaran Batubara pada Boiler.pdfAndiKasmarSafri
 
Teknologi gasifikasi by Kiman Siregar
Teknologi gasifikasi by Kiman SiregarTeknologi gasifikasi by Kiman Siregar
Teknologi gasifikasi by Kiman SiregarKiman Siregar
 
Ppt cu dan nikel fix
Ppt cu dan nikel fixPpt cu dan nikel fix
Ppt cu dan nikel fixIsponi Umayah
 
Teknik Tokamak pada Reaktor Fusi ITER
Teknik Tokamak pada Reaktor Fusi ITERTeknik Tokamak pada Reaktor Fusi ITER
Teknik Tokamak pada Reaktor Fusi ITERSulistiyo Wibowo
 
2 bagaimana masyarakat_berkontribusi-arya_rezavidi-meti
2 bagaimana masyarakat_berkontribusi-arya_rezavidi-meti2 bagaimana masyarakat_berkontribusi-arya_rezavidi-meti
2 bagaimana masyarakat_berkontribusi-arya_rezavidi-metiInstansi
 
Substitusi proses konvensional pada pembangkit listrik dengan proses teknolog...
Substitusi proses konvensional pada pembangkit listrik dengan proses teknolog...Substitusi proses konvensional pada pembangkit listrik dengan proses teknolog...
Substitusi proses konvensional pada pembangkit listrik dengan proses teknolog...Pambudi Pajar Pratama
 

Similar a 12 (20)

Ppt krbon aktif
Ppt krbon aktifPpt krbon aktif
Ppt krbon aktif
 
Sde tm8-7
Sde tm8-7Sde tm8-7
Sde tm8-7
 
1622-Article Text-10057-1-10-20210917.pdf
1622-Article Text-10057-1-10-20210917.pdf1622-Article Text-10057-1-10-20210917.pdf
1622-Article Text-10057-1-10-20210917.pdf
 
ENERGY STORAGE.pptx
ENERGY STORAGE.pptxENERGY STORAGE.pptx
ENERGY STORAGE.pptx
 
artikel SEL BAHAN BAKAR , SOLUSI ENERGI MASA DEPAN
artikel SEL BAHAN BAKAR , SOLUSI ENERGI MASA DEPANartikel SEL BAHAN BAKAR , SOLUSI ENERGI MASA DEPAN
artikel SEL BAHAN BAKAR , SOLUSI ENERGI MASA DEPAN
 
Review sintesis nanomaterial
Review sintesis nanomaterialReview sintesis nanomaterial
Review sintesis nanomaterial
 
PENGENALAN INDUSTRI MIGAS 1 & PANAS BUMI
PENGENALAN INDUSTRI MIGAS 1  &  PANAS BUMIPENGENALAN INDUSTRI MIGAS 1  &  PANAS BUMI
PENGENALAN INDUSTRI MIGAS 1 & PANAS BUMI
 
Rancang bangun kolektor surya
 Rancang bangun kolektor surya Rancang bangun kolektor surya
Rancang bangun kolektor surya
 
Achmad Fathoni El Fikri_03012682024008_BKU Teknik Energi Reguler.pptx
Achmad Fathoni El Fikri_03012682024008_BKU Teknik Energi Reguler.pptxAchmad Fathoni El Fikri_03012682024008_BKU Teknik Energi Reguler.pptx
Achmad Fathoni El Fikri_03012682024008_BKU Teknik Energi Reguler.pptx
 
Teknologi Pembakaran Batubara pada Boiler.pdf
Teknologi Pembakaran Batubara pada Boiler.pdfTeknologi Pembakaran Batubara pada Boiler.pdf
Teknologi Pembakaran Batubara pada Boiler.pdf
 
BOiler.pdf
BOiler.pdfBOiler.pdf
BOiler.pdf
 
Teknologi gasifikasi by Kiman Siregar
Teknologi gasifikasi by Kiman SiregarTeknologi gasifikasi by Kiman Siregar
Teknologi gasifikasi by Kiman Siregar
 
Ppt cu dan nikel fix
Ppt cu dan nikel fixPpt cu dan nikel fix
Ppt cu dan nikel fix
 
Pltbs chapter ii
Pltbs chapter iiPltbs chapter ii
Pltbs chapter ii
 
Ppt anor
Ppt anorPpt anor
Ppt anor
 
Teknik Tokamak pada Reaktor Fusi ITER
Teknik Tokamak pada Reaktor Fusi ITERTeknik Tokamak pada Reaktor Fusi ITER
Teknik Tokamak pada Reaktor Fusi ITER
 
Makalah ikatan hidrogen
Makalah ikatan hidrogenMakalah ikatan hidrogen
Makalah ikatan hidrogen
 
Makalah ikatan hidrogen
Makalah ikatan hidrogenMakalah ikatan hidrogen
Makalah ikatan hidrogen
 
2 bagaimana masyarakat_berkontribusi-arya_rezavidi-meti
2 bagaimana masyarakat_berkontribusi-arya_rezavidi-meti2 bagaimana masyarakat_berkontribusi-arya_rezavidi-meti
2 bagaimana masyarakat_berkontribusi-arya_rezavidi-meti
 
Substitusi proses konvensional pada pembangkit listrik dengan proses teknolog...
Substitusi proses konvensional pada pembangkit listrik dengan proses teknolog...Substitusi proses konvensional pada pembangkit listrik dengan proses teknolog...
Substitusi proses konvensional pada pembangkit listrik dengan proses teknolog...
 

Más de Rohmat Sholeh

Skripsi kualitas layanan (inovasi listrik prabayar) pt. pln (persero) di wila...
Skripsi kualitas layanan (inovasi listrik prabayar) pt. pln (persero) di wila...Skripsi kualitas layanan (inovasi listrik prabayar) pt. pln (persero) di wila...
Skripsi kualitas layanan (inovasi listrik prabayar) pt. pln (persero) di wila...Rohmat Sholeh
 

Más de Rohmat Sholeh (6)

Analisis faktor
Analisis faktorAnalisis faktor
Analisis faktor
 
Analisis faktor
Analisis faktorAnalisis faktor
Analisis faktor
 
Skripsi kualitas layanan (inovasi listrik prabayar) pt. pln (persero) di wila...
Skripsi kualitas layanan (inovasi listrik prabayar) pt. pln (persero) di wila...Skripsi kualitas layanan (inovasi listrik prabayar) pt. pln (persero) di wila...
Skripsi kualitas layanan (inovasi listrik prabayar) pt. pln (persero) di wila...
 
2820 5402-1-sm
2820 5402-1-sm2820 5402-1-sm
2820 5402-1-sm
 
50 65-2-pb
50 65-2-pb50 65-2-pb
50 65-2-pb
 
Journal
JournalJournal
Journal
 

12

  • 1. Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir Yogyakarta, 01 Oktober 2011 219 ISSN: 0854 - 2910 PENGARUH VARIASI MASUKAN RAPAT ARUS LISTRIK MENGGUNAKAN MOLTEN SALT REACTOR (MSR) TERHADAP NILAI EFISIENSI PRODUKSI HIDROGEN DENGAN SISTEM ELEKTROLISIS AIR SUHU TINGGI Muhammad Aditya dan Andang Widi Harto Prodi Teknik Nuklir, Jurusan Teknik Fisika, Universitas Gadjah Mada, Jl.Grafika 2, Kampus UGM, Yogyakarta, 55281 Email : Muhammad.aditya@ugm.ac.id ABSTRAK PENGARUH VARIASI MASUKAN RAPAT ARUS LISTRIK MENGGUNAKAN MOLTEN SALT REACTOR (MSR) TERHADAP NILAI EFISIENSI PRODUKSI HIDROGEN DENGAN SISTEM ELEKTROLISIS AIR SUHU TINGGI. Produksi hidrogen dengan sistem elektrolisis suhu tinggi mampu menghasilkan hidrogen dalam skala besar dengan tingkat kemurnian tinggi. Pada penelitian ini telah berhasil dirancang optimasi produksi hidrogen dengan sistem kopel reaktor generasi IV Molten Salt Reactor (MSR) dengan instalasi produksi hidrogen dengan laju produksi 5 kg/s. Penelitian ini difokuskan pada pengaruh densitas arus listrik yang disuplai ke dalam sel-sel electrolyzer, terhadap kinerja electrolyzer dalam produksi hidrogen. Variasi densitas arus listrik dilakukan pada rentang 4000 A/m2 – 9000 A/m2 pada tekanan operasional 10 atm dan nilai fraksi massa hidrogen 0,3. Hasil penelitian ini diketahui bahwa kenaikan densitas arus listrik akan mereduksi panjang sel electrolyzer namun mengurangi efisiensi total sistem kopel instalasi produksi hidrogen dengan MSR. Efisiensi total tertinggi adalah 54.19473 % pada suplai densitas arus listrik sebesar 4000 A/m2 . Hubungan antara densitas arus listrik dengan efisiensi produksi hidrogen adalah y = -3E-10x3 + 3E-06x2 – 0.011x + 71.96, dengan y adalah efisiensi total produksi hidrogen (%) dan x adalah densitas arus listrik (A/m2 ). Kata Kunci: elektrolisis, MSR, densitas arus, electrolyzer, efisiensi ABSTRACT EFECT OF CURENT DENSITY VARIATION USING MOLTEN SALT REACTOR TO EFFICIENCY VALUE OF HIDROGEN PRODUCTION WITH HIGH TEMPERATURE STEAM ELECTROLYSIS SYSTEM. Hydrogen production with high temperature electrolysis can produce hydrogen on large scale and high purity level. In this research have been successfully designed optimization hydrogen production with system coupling reactor generation IV, Molten Salt Reactor (MSR) with hydrogen installation plant and with rate production at 5 kg/s. This research focused on effect of electrical current density that supplied to electrolyzer cell on the performance of electrolyzer to produce hydrogen. Electrical current density of this variation in this research in the range 4000 A/m2 – 9000 A/m2 at 10 atm operating pressure and hydrogen mass fraction value of 0.3. Result of this research discovered that electrical current density will reduce length of electrolyzer, but also will reduces the total efficiency of hydrogen production system coupling with MSR installation. The highest total efficiency is 54.19473 % on the supply of electric current density of 4000 A/m2 . The relationship between electrical current density with hydrogen production efficiency is y = -3E-10x3 + 3E-06x2 – 0.011x + 71.96, with y is the total efficiency of hydrogen production (%) and x is the electric current density (A/m2 ). Keywords: electrolysis, MSR, current density, electrolyzer, efficiency 1. PENDAHULUAN Semakin menipisnya cadangan energi fosil membuat manusia berusaha mencari energi pengganti baru bersih yang aman dengan lingkungan. Hingga saat ini banyak dikembangkan energi baru dan ramah lingkungan, mulai dari pemanfaatan energi surya, energi angin, hingga pemanfaatan hidrogen untuk energi alternatif. Hidrogen menjadi fokus perhatian pengembang energi terbarukan
  • 2. Pengaruh Variasi Masukan Rapat Arus Listrik Menggunakan Molten Salt … M. Aditya dan Andang Widi Harto 220 ISSN: 0854 - 2910 karena lebih bersih (ramah lingkungan karena penggunaanya hanya menghasilkan uap air yang aman terhadap lingkungan) dan unggul dari segi efisiensi dan sifatnya yang portable. Energi hidrogen mempunyai peran menggantikan energi fosil dimasa depan khususnya sebagai sumber energi untuk sarana transportasi[1] . Hidrogen merupakan unsur teringan dan yang paling melimpah di dunia (75% dari total massa unsur alam semesta). Untuk memperoleh hidrogen, maka energi hidrogen harus diproduksi. Produksi hidrogen dapat dilakukan dengan cara elektrolisa, termolisa, termokimia dan fotolisa. Diantara berbagai cara metode menghasilkan energi hidrogen, metode yang paling mudah untuk mendapatkan energi hidrogen ialah dengan cara elektrolisis air, dimana mampu memproduksi energi hidrogen tanpa menghasilkan gas buang karbon jika dikopel dengan reaktor nuklir[3] . Akan tetapi penggunaan elektrolisis air untuk menghasilkan energi hidrogen belum banyak digunakan secara komersial, akibat dari konsumsi listrik yang banyak dan biaya operasiaonal yang tinggi. Memiliki banyak beberapa keuunggulan, energi hidrogen secara komersial belum mampu bersaing dengan energi fosil. Efisiensi yang kecil dalam proses produksi, penyimpanan dan pendistribusian energi hidrogen membutuhkan biaya yang tinggi, harga material untuk elektrolisis suhu tinggi masih mahal serta operasi electrolyzer yang masih tergolong pendek. Untuk skala industri, proses elektrolisis dilakukan pada temperatur tinggi. Reaktor nuklir digunakan sebagai sumber kalor untuk proses elektrolisis dengan menggunakan kalor buangan pada reaktor. Dengan sistem kopel kedua instalasi tersebut dapat mengoptimalkan produksi hidrogen. 2. DASAR TEORI 2.1. Molten Salt Reactor (MSR) Molten Salt Reactor (MSR) merupakan salah satu reaktor nuklir fisi generasi IV dengan pendingin primer leburan garam. MSR menggunakan leburan garam FLIBE (75% LiF - 25%BeF2) dengan bahan bakar berupa campuran 233UF4 dam 232ThF4 yang terlarut didalamnya, sehingga penggantian dan pengsisian bahan bakar dapat dilakukan tanpa mematikan reaktor (online refueling)[13] . Gambar 1. Disain Konsep MSR[4]
  • 3. Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir Yogyakarta, 01 Oktober 2011 221 ISSN: 0854 - 2910 Tabel 1. Karakteristik Disain MSR[4] Garam bahan bakar pada MSR mengalir melalui dasar teras menuju atas teras. Reaksi fisi yang terjadi pada teras akan menghasilkan kalor yang selanjutnya dialirkan menuju sistem penukar panas utama (heat exchanger), yang kmudian ditransferkan ke sistem sekunder yang berupa garam yang tidak mengandung bahan bakar ke sistem penukar panas sekunder. Panas dari garam sekunder akan digunakan untuk membnagkitkan uap pada sistem pembangkit uap untuk memutar turbin yang selanjutnya menghasilkan listrik. Material penyusun struktur leburan garam harus memiliki sifat tahan korosif yang tinggi dan tahan pada suhu tinggi. Hasstelloy-N digunakan pada material reaktor MSR dikarenkan laju korosi yang kurang dari 0,1 mm per tahun pada temperatur sekitar 650°C. Hastelloy-N adalah alloy berbasis nikel dengan komposisi alloy terdiri dari Inconelm INOR-8 dan Hastelloy-B[13] . Disain MSR seperti pada Gambar 1. 2.2. Elektrolisis Air Teknologi produksi hidrogen dapat dilakukan dengan 4 metode, yaitu teknologi berbasis hidrokarbon (menggunakan bahan bakar fosil dan biomasa), daur termokimia, daur biologi dan elektrolisis air[8] . Metode elektrolisis air sangat tepat digunakan untuk industri yang membutuhkan hidrogen dengan tingkat kemurnian yang tinggi seperti industri metalurgi, elektronik dan farmasi[8] . Prinsip dasar elektrolisis air ditunjukkan pada Gambar 2[5] . Gambar 2. Diagram Skematik Proses Elektrolisis Air pada Sel Electrolyzer[5] Parameter Reaktor Nilai Referensi Daya 1000 MWe Densitas daya 22 MWth/m3 Efisiensi termal 44-50% Bahan bakar garam - suhu masukan 565ο C - suhu keluaran 700ο C (untuk produksi hidrogen 9500 C) - tekanan uap <0,1 psi Moderator Grafit Siklus Daya Multi-reheat recuperative helium Bryton Cycle
  • 4. Pengaruh Variasi Masukan Rapat Arus Listrik Menggunakan Molten Salt … M. Aditya dan Andang Widi Harto 222 ISSN: 0854 - 2910 Beda potensial yang dihasilkan oleh arus listrik antara anoda dan katoda akan mengionisasi molekul air menjadi ion positif dan ion negatif. Pada katoda terdapat ion postif yang menyerap elektron dan menghasilkan molekul ion H2, dan ion negatif akan bergerak menuju anoda untuk melepaskan elektron dan menghasilkan molekul ion O2. Secara kimia reaksi pemecahan molekul air menjadi hidrogen dan oksigen mengikuti persamaan reaksi berikut. Katoda : H20(g) + 2e- → H2(g) + O2- (1) Anoda : O2- → ½ O2(g) + 2e- Total : H2O(l) → H2(g) + ½ O2(g) 2.3. High Temperature Electrolysis (HTE) High Temperature Electrolysis ialah proses produksi hidrogen yang dilakukan pada temperature yang tinggi (T≥800ο C). Sumber energi panas dapat diperoleh dari energi fosil dan energi terbarukan lainya, dimana dalam penelitian ini digunakan energi fisi nuklir. Semakin tinggi temperatur operasi maka kebutuhan energi listrik akan semakin minimal[8] . Proses sederhana elektrolisis pada temperatur tinggi dapat dilihat pada Gambar 3. Umpan yang digunakan adalah uap air dan gas H2. Energi masukan merupakan energi kalor dan energi listrik. Hasil produksi berupa hidrogen, steam, dan oksigen dengan temperatur yang tinggi. Pada proses elektrolisis suhu tinggi umpan H2O akan dipecah menjadi H2 dan O2 pada site- site Sel Oxide Electrolysis Cell (SOEC), yaitu pada triple phase boundary (TPB). Site-site pada TPB terdiri dari conducting phase, steam conducting phase, dan ionic conducting phase yang merupakan katalis dan bersifat porous yang memingkinkan ion oksigen bermigrasi dari katoda ke anoda Gambar 3. Diagram Skematik Proses Elektrolisis Air pada Temperatur Tinggi[8] Selama proses elektrolisis berlangsung sel SOEC akan akan terdegradasi akibat suhu tinggi dan juga pengaruh impurity umpan, sehingga mengakibatkan terganggungya tekanan parsial oksigen pada sisi anoda dan memperkecil area TPB yang berujung minimnya proses elektrolisis. Pemberian umpan gas H2 pada electrolyzer agar dapat menghilangkan pengaruh buruk impurity umpan pada electrolyzer yang tidak diinginkan (contohnya gas O2), sehingga O2 akan bereaksi dengan H2 untuk membentuk H20 yang lebih netral. Pemberian umpan gas H2 berfungsi sebagai reductor untuk menjaga katalis SOEC (ionic conducting phase) tidak teroksidasi selama proses elektrolisis. Selain
  • 5. Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir Yogyakarta, 01 Oktober 2011 223 ISSN: 0854 - 2910 itu beberapa peneliti juga menggunakan pemberian gas H2 untuk mengevaluasi equilibrium reaction selama proses elektrolisis[5] . 2.4. Kebutuhan Energi Reaksi Elektrolisis Besarnya energi yang dibutuhkan untuk proses elektrolisis dirumuskan dengan persamaan berikut. (2) dengan T adalah temperatur reaksi. ΔH, ΔG dan ΔS berturut-turut ialah entalpi (J/kg), energi bebas Gibbs (J/kg) dan entropi reaksi (J/kg.K) pada kondisi T. Kebutuhan energi reaksi sebagai fungsi suhu tersajikan pada Gambar 4. Energi minimum untuk menguraikan molekul air menjadi unsur- unsur penyusunya adalah sebesar ΔH (J/kg). Untuk elektrolisis yang dilakukan pada temperatur rendah, kebutuhan energi tersebut disuplai sepenuhnya dari energi listrik sebesar ΔG (J/kg), ΔH ≈ ΔG. Sedangkan pada proses temperatur tinggi, energi reaksi disuplai dari energi kalor dan energi listrik, ΔH ≈ ΔG + TΔS. Semakin besar energi kalor yang diberikan maka energi listrik yang dibutuhkan semakin berkurang. Gambar 4. Energi yang Dibutuhkan untk Proses Elektrolisis Suhu Tinggi 3. TATA KERJA Pada penelitian ini telah berhasil mendisain konsep sistem kopel sebuah instalasi produksi hidrogen dengan reaktor nuklir MSR seperti pada Gambar 5. Instalasi produksi hidrogen didesain dengan laju roduksi hidrogen sebesar 5 kg/s menggunakan 1000 Solid Oxide Electrlolysis Cell (SOEC) berbentuk planar. Hasil dari penelitian ini akan dihitung nilai efisiensi (%) produksi hidrogen sistem kopel instalasi produksi hidrogen dengan reactor MSR dengan variasi densitas arus 4000 – 9000 A/m2 pada tekanan operasi 10 atm dan nilai frak massa hidrogen 0.3. Kondisi heat exchanger, hydrogen cooler dan oxygen cooler pada penelitian ini didisain isolasi sempurna sehingga tidak terjadi rugi-rugi kalor (panas yang terbuang ke lingkungan). Perhitungan proses elektrolisis pada electrolyzer, daya listrik dan daya termal pada elektrolizer dapat dilakukan dengan menggunakan rumus :
  • 6. Pengaruh Variasi Masukan Rapat Arus Listrik Menggunakan Molten Salt … M. Aditya dan Andang Widi Harto 224 ISSN: 0854 - 2910 (3) (4) (5) Perhitungan nilai efisiensi total sistem kopel instalasi produksi hidrogen dan reaktor dihitung dengan rumus : (6) dengan QR adalah daya termal yang dihasilkan reaktor nuklir. Sebagian daya tersebut digunakan secara langsung untuk instalasi produksi hidrogen (QT) dan sebagian lagi digunakan pada sistem turbo generator untuk proses pembangkitan listrik (QL). Gambar 5. Skema Instalasi Produksi Hidrogen yang dikopel dengan MSR 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Kondisi Operasi Electrolyzer Pada penelitian ini, kondisi operasi dirancang sedemikian rupa agar electrolyzer mampu memproduksi hidrogen dengan laju produksi 5 kg/s. Kondisi operasi electrolyzer agar mampu memproduksi hidrogen dengan laju produksi 5 kg/s diperlihatkan pada Tabel 2.
  • 7. Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir Yogyakarta, 01 Oktober 2011 225 ISSN: 0854 - 2910 Tabel 2. Kondisi Operasi Electrolyzer 4.2. Pengaruh Densitas Arus Listrik terhadap Perubahan Panjang Sel Electrolyzer Perubahan geometri panjang electrolyzer berbanding terbalik dengan kenaikan densitas arus listrik, seperti ditampilkan pada Gambar 6. Gambar 6. Pengaruh Densitas Arus Terhadap Geometri Electrolyzer Nilai panjang geometri electrolyzer terbesar pada densitas arus 4000 A/m2 , yaitu sebesar 24,1236 m. Geometri panjang terkecil pada densitas arus 9000 A/m2 , yaitu sebesar 10,7216 m. Walaupun ditinjau secara ekonomi densitas arus 4000 A/m2 dianggap tidak menguntungkan karena harga sel electrolyzer masih tergolong mahal, tetapi memiliki pemanfaatan energi yang cukup baik, karena densitas arus listrik yang diberikan cukup rendah. Begitu pula halnya pada densitas arus listrik sebesar 9000 A/m2 , walaupun material panjang sel terkecil sehingga secara ekonomi menguntungkan tetapi memiliki penggunaan energi listrik yang cukup besar. 4.3. Pengaruh Densitas Arus Terhadap Tegangan Reversible dan Irreversible Tegangan irreversible ialah tegangan listrik yang dibutuhkan untuk mengetasi rugi-rugi irreversible yang terjadi pada proses elektrolisis. Rugi-rugi tersebut berupa rugi-rugi ohmic yang muncul akibat adanya hambatan listrik pada elektroda, hambatan ionik pada elektrolit dan hambatan listrik pada bagian interkonek, rugi-rugi akibat adanya gradien konsentrasi pada permukaan elektroda dan rugi-rugi akibat aktivitas molekular pada permukaan anoda. Pada proses elektroisis
  • 8. Pengaruh Variasi Masukan Rapat Arus Listrik Menggunakan Molten Salt … M. Aditya dan Andang Widi Harto 226 ISSN: 0854 - 2910 suhu tinggi, tegangan sel total yang disuplai kedalam electrolyzer harus lebih besar dari pada tegangan reversible, seperti tampak pada Gambar 7. Gambar 7. Pengaruh Tegangan Reversible dan Irreversible terhadap Densitas Arus 4.4. engaruh Densitas Arus Listrik terhadap Suplai Daya Termal Electrolyzer Proses elektrolisis pada suhu tinggi menggunakan daya listrik dan daya termal dari reaktor nuklir. Daya termal untuk reaksi elektrolisis diperoleh dari heat exchanger dan daya listrik dari rugi- rugi irreversible yang berubah menjadi daya termal. Pada Gambar 8. menunjukkan besarnya daya termal yang harus disuplai dari heat exchanger ke electrolyzer agar proses elektrolisis suhu tinggi dapat berlangsung. Gambar 8. Pengaruh Densitas Arus Listrik terhadap Suplai Daya Termal oleh Heat Exchanger Pada Gambar 8 tampak bahwa suplai daya listik ke electrolyzer semakin meningkat seiring dengan peningkatan densitas arus listrik dan suplai daya kalor ke electrolyzer cenderung konstan. Pada prakteknya kapasitas daya termal yang disuplai ke electrolyzer menurun sesuai dengan kenaikan densitas arus listrik, hal ini diakibatkan karena peningkatan rugi-rugi irreversible, yaitu daya listik yang berubah menjadi daya termal sehingga penggunaan kalor dari reaktor MSR berkurang.
  • 9. Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir Yogyakarta, 01 Oktober 2011 227 ISSN: 0854 - 2910 4.5. Pengaruh Densitas Arus terhadap Efisiensi Sistem Kopel Produksi Hidrogen dengan Reaktor MSR Gambar 9. Pengaruh Densitas Arus terhadap nilai efisiensi Total Sistem Kopel Produksi Hidrogen Efisiensi total, yaitu efisiensi antara instalasi produksi hidrogen dengan reaktor nuklir (sistem kopel) memiliki tendensi yang sama dengan efisiensi pada electrolyzer. Grafik penurunan efisiensi total produksi hidrogen seiring dengan kenaikan densitas arus listrik (Gambar 9) dengan titik maksimum efisiensi pada suplai densitas arus listrik 4000 A/m2 . Tendensi penurunan total sejalan dengan penelitian sebelumnya tentang pengaruh efisiensi total produksi hidrogen dengan variasi suplai energi kalor masukan pada electrolyzer[4] . Pada penelitian tersebut diketahui bahwa semakin besar jumlah energi termal yang berasal dari heat exchanger maka akan semakin mengurangi penggunaan energi listrik, ataupun dengan keadaan sebaliknya. Efisiensi total produksi hidrogen juga tidak terlepas dari pengearuh nilai recycling hidrogen. Pada penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, efisiensi total produksi hidrogen cenderung meningkat pada nilai recycling hidrogen sebesar 0,05-0,3[6] . Peningkatan nilai efisiensi total produksi hidrogen akan cenderung menurun, seiring dengan peningkatan nilai recycling hidrogen. Pada penelitian ini dicapai efisiensi optimal sistem kopel produksi hidrogen dengan nilai efisiensi 54.1947 % pada suplai densitas arus listrik 4000 A/m2 . Sebuah regresi pada Gambar 9 menghasilkan sebuah persamaan efisiensi total sebagai fungsi densitas arus listrik, yaitu y = -3E- 10x3 + 3E-06x2 – 0.011x + 71.96 , dengan y adalah efisiensi total produksi hidrogen (%) dan x adalah densitas arus listrik (A/m2 ). 5. KESIMPULAN 1. Efisiensi total keseluruhan tertinggi yang berhasil didapatkan dari penelitian ini sebesar 54.1947 % pada suplai densitas arus listrik 4000 A/m2 ,tekanan operasi 10 atm dan recycling hidrogen sebesar 0,3.
  • 10. Pengaruh Variasi Masukan Rapat Arus Listrik Menggunakan Molten Salt … M. Aditya dan Andang Widi Harto 228 ISSN: 0854 - 2910 2. Dihasilkan sebuah persamaan regresi efisiensi total produksi hidrogen sebagai fungsi densitas arus listrik yaitu y = -3E-10x3 + 3E-06x2 – 0.011x + 71.96dengan nilai y adalah efisiensi total produksi hidrogen dan x adalah densitas arus listrik (A/m2 ). 3. Peningkatan nilai densitas arus yang lebih tinggi akan mengakibatkan penurunan efisiensi total sistem kopel instalasi produksi hidrogen dengan MSR. 4. Peningkatan nilai densitas arus akan menyebabkan kenaikan daya termal yang berasal dari rugi-rugi irreversible. 6. UCAPAN TERIMAKASIH Peneliti mengucapkan terima kasih kepada Reynold Dipu, asisten peneliti Tokyo Tech G- COE Energy at Tokyo Institute Technology, atas bantuan journal dan ilmunya. Teman-teman seperjuangan peneliti untuk penelitian tugas akhir, terima kasih banyak atas semangat dan motivasinya 7. DAFTAR PUSTAKA [1]. Ryutaro Hino. “R&D on Hydrogen Production High-Temperature Electrolysis of Steam”. Nuclear Engineering and Design, 233:363_375, 2008. [2]. Steve Hearing. “High Temperature Solid Oxide Electrolyzer System”. Idaho National Engineering and Enviromental Laboratory, Gaithersburg, 2004. [3]. Jun Udagawa. “Hydrogen Production Through Steam Electrolysis: Model-based Dynamic Behaivor of a Cathode-Supported Intermediate Temperature Solid Oxide Electrolysis Cell”, 2007. [4]. Elsa Melfiana. Pengaruh Variasi Temperatur Keluaran Molten Salt Reactor Terhadap Efisiensi Produksi Hidrogen dengan High Temperature Electrolysis (HTE). Skripsi, Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 2007. [5]. Arnoldus Lambertus Dipu. Pengaruh Variasi Densitas Arus Listrik Terhadap Kinerja Electrolyzer pada Proses Elektrolisis Suhu Tinggi Menggunakan Molten Salt Reactor. Skripsi, Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 2008. [6]. Thomas Ari Negara. Efek Recycling Hidrogen pada Electrolyzer Terhadap Kinerja Elektrolisis Suhu Tinggi. Skripsi, Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 2007. [7]. Andang Widi Harto. Desain Reaktor Nuklir Maju Bersuhu Tinggi PCMSR dengan Sifat Selamat Melekat, Seminar, Yogyakarta, 2007. [8]. Sebastian Pronce Richard. A Techno-Economic Analysis of Decentralized Electrolytic Hydrogen Production for Fuel Cell Vehicles. Disertasi, University of Victoria, Victoria, 2004. [9]. Akhmad Khoirul Anam. Optimasi Penggunaan Energi dalam Sistem Kogenerasi Pembangkit Listrik dan Produksi Hidrogen dengan GT-MHR. Skripsi, Jurusan Teknik Fisika,Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 2005.
  • 11. Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir Yogyakarta, 01 Oktober 2011 229 ISSN: 0854 - 2910 [10]. Bilge Yildiz dan Mujid S. Kazimi. “Efficiency of Hydrogen Production System Using Alternative Nuclear energy Technologies”. International Journal of Hydrogen Energy. 31:77- 92, 2006. [11]. Yukitaka Kato.”Hydrogen Career System for Fuel Cell Vehicles”. Prociding of VI Minsk International Seminar Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, pp. 30, Sep. 2005. [12]. Andang Widi Harto. Sistem Turbin PCMSR JurusanTeknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 2011. [13]. Mac.Pherson. Molten Salt Reactor-Part II-Introduction, Chapter 11, Oak Ridge National Laboratory (ORNL), 1958. DISKUSI/TANYA JAWAB: 1. PERTANYAAN: (Wiwik Diah Ratnasari, UNY) Untuk kedepannya, apa harapan pemakalah tentang penelitian H2 yang dilakukan dan bagaimana penerapannya agar bisa bermanfaat bagi masyarakat? JAWABAN: (Muhammad Aditya, Teknik Fisika-UGM) Energi hidrogen kedepannya akan digunakan untuk sarana transportasi sebagai fuel cell car untuk meminimalisasi penggunaan bahan bakar minyak. 2. PERTANYAAN: (R. Yosi A., UNY) Efisiensi pada kondisi ideal sistem adiabatik, bagaimana untuk kondisi yang lebih realitas? JAWABAN: (Muhammad Aditya, Teknik Fisika-UGM) Pada penelitian ini memang sistem dibuat sempurna karena penelitian ini berskala S1 (Sarjana). Terlalu sulit untuk menghitung sistem yang lebih kompleks, perhitungan sistem yang kompleks ditujukan untuk penelitian selanjutnya (S2, S3 atau Post Doctoral). Diharapkan penelitian selanjutnya dapat menghitung yang lebih detail terutama tentang sistem dan komponen-komponen pada instalasi.