PEMBAHASAN ALTERNATIF BAHAN BAKAR HIDROGEN

BAHAN BAKAR KIMIA
Tatap Muka ke-7

Trend dalam penggunaan bahan bakar
Wood Coal Oil Natural
Gas
Hydrogen
Percentage of hydrogen content in fuel

Alternatif bahan baku Hydrogen

Bahan Bakar Kimia
HIDROGEN SEBAGAI BAHAN BAKAR
• Umum
– Pembakaran asasnya adalah proses oksidasi, dan terdapat energi yg
dibebaskan berupa panas
– Pada pembakaran hidrokarbon, maka zat arang (C) bersenyawa dengan zat
asam (O) membentuk carbon dioksida (CO2) dengan membebaskan energi
C + O2 ------ CO2 + energi + pencemaran
– Hal yang sama bila zat air hidrogen (H) bersenyawa dengan zat asam (O)
terbentuk air dengan membebaskan energi.
2H2 + O2 ===== 2H2O + energi
– Reaksi diatas adalah bolak balik, dan proses diatas merupakan suatu
perputaran (siklus air) : air (H2O) dipisah menjadi H2 dan O2 untuk
membentuk H2O kembali.
– Bila pada pembakaran bahan bakar fosil misal batubara akan terbentuk
CO2 dan produk lain yang merupakan polutan dan mengganggu
kelestarian alam, sedangkan pada oksidasi zat air terjadi air (H2O) yang
bukan polutan bahkan merupakan bagian dari alam.

Bahan Bakar Kimia
– Pembakaran 1 kg minyak bumi menghasilkan energi 10.000 kCal
– Pembakaran 1 kg bahan bakar metan (CH4) menghasilkan energi
12.000 kCal
– Bilamana hidrogen dibakar, 1 kg akan melepaskan energi 28.600 kCal,
jauh lebih banyak dari bahan bakar konvensional.
– Sumber daya energi ini tersedia dia alam dalam jumlah yang hampir
tak terbatas
– Keuntungan lain hidrogen mudah disimpan, diangkut dan di konversi

Bahan Bakar Kimia
Produksi Hidrogen
– Salah satu metode adalah ekstraksi dari gas alam, dengan suatu proses
yang dinamai oksidasi parsial. Dalam proses ini gas alam setelah
dipanaskan dimasukkan dalam tangki besar dan juga dimasukkan uap
dan oksigen dalam suhu dan tekanan tinggi. Dengan mengatur
tekanan dan aliran gas alam, uap dan oksigen akan terbentuk gas
hidrogen. Setelah dibersihkan dan di kompres, gas hidrogen tsb siap
digunakan,
– Namun mengingat gas alam jumlah cadangannya terbatas, metoda ini
tidak dipertimbangkan lagi.
– Suatu proses yang menjanjikan untuk memproduksi hidrogen adalah
elektrolisa, yang memerlukan energi listrik. Dan hal ini dapat dilakukan
di pusat-pusat pembangkit pada waktu diluar beban puncak. Misalnya
dapat dilakukan di lokasi PLTN untuk memproduksi hidrogen pada
waktu diluar beban puncak,

Bahan Bakar Kimia
Produksi Hidrogen melalui elektrolisa
– Suatu tangki diisi dengan air yang dicampur dengan suatu asam, campuran ini
disebut sebagai elektrolit, Yng dapat bertindak sebagai konduktor untuk
menghantarkan listrik.
– Dalam elektrolit dipasangkan dua elektroda, positif (anoda) dan negatif
(katoda). Selanjutnya masing-masing elektroda disambungkan dengan listrik
arus searah.
– Dengan mengalirnya arus searah, terjadilah proses elektrolisa, atom hidrogen
dari air akan kehilangan elektron dan atom oksigen mendapat tambahan
elektron. Sehingga atom oksigen menjadi ion bermuatan negatif (O-) dan
atom hidrogen menjadi ion bermuatan positif (H+). Karena bermuatan
positif, ion-ion hidrogen akan tertarik dan terkumpul pada katoda. Pada
waktu menyentuh katoda ion hidrogen ini akan menerima sebuah elektron
dan kembali menjadi atom hidrogen yang akhirnya bergabung menjadi gas H2
dalam bentuk gelembung. Hal serupa terjadi pada ion oksigen.
– Pada proses ini dengan sendirinya elektrolit harus selalu ditambah air, karena
H2O terus menerus terurai. Dengan demikian air berlaku sebagai bahan baku
dan sebagai hasil elektrolisa diperoleh gas H2 dan gas O2.

Bahan Bakar Kimia
Produksi hdrogen melalui elektrolisa
Guna meningkatkan efisiensi elektrolisa proses ini dapat dilakukan pada
Suhu tinggi sekitar 1000 oC, sehingga proses elektrokimia menjadi lebih cepat

19th century:
steam engine
20th century:
internal combustion engine
21st century: fuel cells

The History of Fuel Cells
Electrolyser Grove’s Gas Battery
(first fuel cell, 1839)
(after Larminie and Dicks, 2000)

Bacon’s laboratory in 1955
Photo courtesy of University of Cambridge

NASA Space Shuttle fuel cell
Photo courtesy of NASA

Applications for Fuel Cells
Transportation vehicles
Photo courtesy of DaimlerChrysler
NECAR 5

Distributed power stations
Photo courtesy of Ballard Power Systems
250 kW distributed cogeneration power plant

Home power
Photo courtesy of Plug Power
7 kW home cogeneration power plant

Portable power
50 W portable fuel cell with metal hydride storage

PEM Fuel Cell Electrochemical Reactions
Anode:
H2 2H+ + 2e- (oxidation)
Cathode:
1/2 O2 + 2e- + 2H+ H2O (l) (reduction)
Overall Reaction:
H2 + 1/2 02 H2O (l)
ΔH = - 285.8 kJ/mole

Hydrogen + Oxygen  Electricity + Water
Water
A Simple PEM Fuel Cell

Membrane Electrode Assembly (MEA)
O2
2H2O
4H+
Nafion
4e-
2
K
H2
O2
H2O
2H2 4H+
Nafion
4e-
O2
2H2O
4H+
Nafion
4e-
Nafion
H+
C atalys is
Trans port
R es is tanc e
Anode Cathode
Polymer
electrolyte
(i.e. Nafion)
Carbon cloth Carbon cloth
Platinum-
catalyst
Platinum-
catalyst
Oxidation
Reduction

Polymer Electrolyte Membrane
(after Larminie and Dicks, 2000)
Polytetrafluoroethylene (PTFE) chains
Sulphonic Acid
50-175 microns
7 sheets of paper)
Water collects
around the
clusters of
hydrophylic
sulphonate
side chains

Thermodynamics of PEM Fuel Cells
Change in enthalpy (ΔH) = - 285,800 J/mole
Gibb’s free energy (ΔG) = ΔH - TΔS
ΔG at 25 C: = - 285,800 J - (298K)(-163.2J/K)
= - 237,200 J
Ideal cell voltage (Δ E) = - ΔG/(nF)
ΔE at 25º C = - [-237,200 J/((2)(96,487 J/V))]
= 1.23 V
ΔG at operating temperature (80º C): = - 285,800 J - (353K)(163.2 J/K)
= - 228,200 J
ΔE at 80º C = - [-228,200 J/((2)(96,487 J/V))]
= 1.18 V

0
dI
dP
Characteristic Curve
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 1 2 3 4
I
V
Power Curve
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 1 2 3 4 5
I
P
MPP
x
Max Power Point (MPP):Factors affecting Curve:
• activation losses
• fuel crossover and
internal currents
• ohmic losses
• mass transport or
concentration losses
ohmic
losses
activation losses
+ internal currents
concentration
losses

Hydrogen Storage
56 l
14 l
9.9 l
Liters to store 1 kg hydrogen
Compressed gas
(200 bar)
Liquid hydrogen MgH2
metal hydride

Hydrogen: Energy Forever
Fuel tank Reformer
H2
Hydrogen bottles
H2
H2
Hydrogen bottles
H2
Algae
H2
Hydrogen bottles
H2
Solar panel Electrolyser

Renewable Energy Sources
As long as the sun shines, the wind blows or the rivers flow there can be clean,
safe and sustainable electrical power, where and when required, with a solar
hydrogen energy system
Micro hydro
Storage
H2
Oxygen
Oxygen
WaterWater
Fuel
CellElectrolyzer
Solar Cell
Wind

SEL BAHAN BAKAR (FUEL CELL)
 Pada dasarnya sebuah sel bahan bakar (fuel cell) adalah sebuah batery
ukuran besar. Prinsip kerja sel ini berlandaskan reaksi kimia, bahwa pada
penggabungan hidrogen dan oksigen terjadi air dan energi listrik
 Pada asasnya sel ini terdiri dari 3 bagian :
 Sebuah alat konversi bahan bakar yang menghasilkan suatu gas yang
banyak mengandung H2
 Sel bahan bakar itu sendiri yang menghasilkan energi listrik arus
searah
 Sebuah inverter yang mengubah arus searah menjadi arus bolak balik
 Sel bahan bakar sendiri pada prinsipnya bekerja sebagai kebalikan proses
elektrolisa.
 Sel bahan bakar terdiri dari sebuah tangki yang didalamnya terdapat dua
dinding berupa elektroda. Satu dinding sebagai elektroda bahan bakar
(anoda) dan dinding lainnya berupa elektroda udara (katoda), dan
ditengahnya terdapat elektrolit

 Bahan bakar berupa hidrogen H2 memasuki sel bahan bakar dan ditampung
dalam dalam ruangan sebelah kiri dinding elektroda bahan bakar. Sedangkan
oksigen O2 memasuki sel bahan bakar dari sebelah kanan elektroda udara.
Kedua elektroda dihubungkan dihubungkan pada jaringan listrik melalui
inverter. Elektroda bahan bakar disambungkan pada sisi negatif, sedangkan
elektroda udara pada sisi positif jaringan.
 Pada saat oksigen memasuki sel bahan bakar, atom oksigen akan menerima
dua elektron dari elektoda. Ketika mencapai elektroda bahan bakar, terjadi
dua hal, pertama oksigen tersebut akan tergabung dengan hidrogen
membentuk air H2O dan pada saat itu oksigen tersebut melepaskan dua
muatan elektronnya pada elektroda bahan bakar.
 Sehingga bila pada elektroda udara tiap atom oksigen melepaskan dua
elektron dan pada elektroda bahan bakar menerima dua elektron, dengan kata
lain terjadi perpindahan elektron dari elektroda udara ke elektroda bahan
bakar. Pergerakan elektron2 ini menyebabkan terjadinya arus listrik searah.
 Pada sel bahan bakar ini tidak terdapat bagian mekanis, sehingga efisiensinya
bisa tinggi. Selain polusinya rendah, ukurannya relatif kecil dibandingkan
dengan mesin pembangkit listrik

Fuel Cells
• Fuel cells terutama diklasifikasikan
berdasarkan electrolyte yang
dipakai
– Polymer electrolyte membrane (PEM)
fuel cells
• Juga disebut proton exchange
membrane fuel cells
• Menghasilakn kerapatan daya yng
tinggi
• Keuntungannya rinfan dan kecil
• Menggunakan polymer padat sebagai
electrolyte dan porous carbon
electrodes yang mengandung katalist
berupa platinum .
• Hanya memerlukan hydrogen, oxygen
dari udara dan air untuk bisa
beroperasi dan tidak memerlukan
fluida yang corrosive seperti pada fuel
cells yang lain

Dasar reaksi kimia
• Reaksi kimia dalam fuel cell disebut electrochemical reaction.
Yang artinya hanya membutuhkan perpindahan electrons.
• Di dalam fuel cell, electrochemical reaction menyebabkan pada
anoda H2 di oxidasi menjadi ion H+ dan electrons :
2H2  4H+ + 4e-
• Elektron akan terpisah dan bergerak membentuk arus listrik.
• Elektron tersebut bergerak menuju cathode dimana oxygen
membutuhkannya:
O2 + 4H+ + 4e-  2 H2O
• Reaksi totalnya akan membentuk dari kedua gas tersebut.
2H2 + O2  2 H2O

Fuel Cell
fuel cell adalah struktur fisik yang membuat electrochemical reactions
dapat terjadi dan memanfaatkan arus yang dihasilkan oleh pergerakan
elektron.

Dua komponen utama fuel cell
• Electrodes katalis dan electrochemical reactions.
• Electrolytes yang memfasilitasi perpindahan ion hydrogen dari anode ke
cathode.
– Dalam kasus ini electrolyte nya adalah PEM (polymer electrode
membrane).
Like
Salty
Water

Bagaimana Fuel Cells bekerja:
terdapat 3 tahapan Process
• Proses keseluruhan dalam fuel cell dapat
dibagi menjadi 3 tahapan sbb:
• Dua diantaranya melibatkan chemical
reactions at the electrodes
• Yang ketiga adalah ion conduction melalui
electrolyte membrane.

Step 1
Di anode:
• Bahan bakar Hydrogen
dimasukkan agar bereaksi di
anode.
• Electrons akan dilepaskan dan
dialirkan melalui rangkian ke
beban.
2H2  4H+ + 4e-

Step 2
Melalui electrolyte medium:
• Merupakan membrane khusus yang
membolehkan hanya ion hydrogen yang dapat
melaluinya. Ion-ion ini dikirimkan ke cathode
dimana ion tsb akan bereaksi dengan oxygen.

Step 3
Sementara di cathode:
• Molekul oxygen O2 masuk melalui oxygen electrode
(cathode).
• Electrons di pindahkan ke electrode ini melalui rangkain
listrik diluar
• Ion H+ dikirimkan dari anode melalui electrolyte PEM
• Ion hydrogen dan molekul oksigen akan berreaksi:
O2 + 4H+ + 4e-  2 H2O

Secara keseluruhan
• Electrons dihasilkan di anode
• Electrons dipakai di cathode
• Perpindahan elektron melalui rangkaian listrik
diluar dialirkan ke baban.
 misalnya pada motor listrik di mobil

 Beberapa sel bahan bakar dapat disusun secara seri membentuk suatu
tumpukan sel bahan bakar. Tumpukan sel bahan bakar tersebut dapat
digunakan untuk mensupply suatu kendaraan atau suatu gedung sesuai
kebutuhannya.

The Science of Fuel Cells
Phosphoric Acid
(PAFC)
Alkaline
(AFC)
Polymer
Electrolyte
Membrane
(PEMFC)
Direct Methanol
(DMFC)
Solid Oxide
(SOFC)
Molten Carbonate
(MCFC)
Types of Fuel
Cells
Polymer Electrolyte
Membrane
(PEMFC)
Direct Methanol
(DMFC)
Solid Oxide
(SOFC)

 Dalam hal digunakan elektrolit asam, ion pengantarnya merupakan H+.
 Reaksi-reaksi dalam elektroda adalah :
 Reaksi anoda : 2H2 ----- 4 e- + 4H-
 Reaksi katoda : 4 e- + 4H- + O2 ---- 2 H2O
 Bilamana digunakan elektrolit alkalin, misalnya potasium hidroksida, ion
pengantarnya adalah OH-, dan reaksi-reaksi elektroda adalah :
 Reaksi anoda : 2H2 + 4OH- ----- 4H2O + 4 e-
 Reaksi katoda : 2H2O + O2 + 4 e- ------ 4OH-

Karakteristik kerja sel bahan bakar
 Karakteristik sel bahan bakar berupa lengkung tegangan-arus.
 Vo merupakan tegangan sel bahan bakar bilamana tdak ada beban.
 Pada saat diberi beban, tegangan V akan jatuh karena terjadi polarisasi
kimiawi, sehingga tegangan tanpa beban yang sebenarnya adalah dibawah
nila Vo
 Bilaman beban ditingkatkan, terjadi jatuh tegangan disebabkan kerugian
tahanan intern I2Ri.
 Pada beban yang agak tinggi terjadi tambahan jatuh tegangan karena
terjadi proses polarisasi konsentrasi elektrolit.
 Karakteristik kerja sel bahan bakar ini menyerupai sebuah lengkung
tegangan-arus dari batery.

Klasifikasi sel bahan bakar
Klasifikasi sel bahan bakar umumnya didasarkan pada jenis elektrolit yang
digunakan :
 Elektrolit alkali hidroksida
 Umumnya digunakan larutan KOH, sebagai ino penghantarnya adalah
OH-, sel bahan bakar ini beroperasi pada suhu rendah 60 – 120 oC.
Menggunakan hidrogen murni dan oksigen sebagai pereaksi. Reaksi
yang terjadi adalah :
 Reaksi anoda : 2H2 + 4 OH- ----- 4 e- + 4H2O
 Reaksi katoda : 4 e- + 2H2O + O2 ---- 4 OH-
 Reaksi keseluruhan : 2H2 + O2 ----- 2 H2O
 Material yang dipakai adalah karbon, nikel dan baja anti karat.
 Keuntungannya unjuk kerja baik, efisiensi tinggi, bahan konstruksi
murah

 Elektrolit asam fosfat
 Menggunakan elektrolit asam fosfat (85% - 100 % H3PO4), beroperasi
pada suhu 160 – 210 oC
 Reaksi anoda : H2 ----- 2 H+ + 2 e-
 Reaksi katoda : 2 e- + 2H+ + ½ O2 ---- 4 H2O
 Reaksi keseluruhan : H2 + ½ O2 ----- H2O
 Menngunakan platina sebagai katalisator
 Dapat menggunakan berbagai macam bahan bakar, LNG, LPG, bahan
bakar cair. Ion pengantarnya adalah ion hidrogen
 Merupakan sel bahan bakar generasi pertama, efisiensi agak rendah

 Elektrolit carbonat cair
 Menggunakan elektrolit Li atau Kalium karbonat, beroperasi pada suhu
agak tinggi 480 – 760 oC, reaksi yang terjadi :
 Reaksi anoda : H2 + CO3
- ----- CO2 + H2O + 2 e-
CO + CO3
- ----- 2CO2 + 2 e-
 Reaksi katoda : 2 e- + 2 CO2 + O2 + 2e- ---- 2 CO3
-
 Reaksi keseluruhan : H2 + O2 + CO ----- H2O + CO2
 Dapat menggunakan bahan bakar hidrogen yang tidak terlalu murni
dengan peksoksidasi udara disekelilingnya.
 Cocok digabungkan dengan instalasi gasifikasi batubara
 Memiliki efisiensi cukup tinggi dan berpotensi dipakai dalam skala
besar, sehingga cocok untuk industri atau pembangkit listrik.

 Elektrolit oksida padat
 Menggunakan elektrolit ZrO2, beroperasi pada suhu sangat tinggi 980
oC, reaksi yang terjadi :
 Reaksi anoda : H2 + O- ----- H2O + 2 e-
 Reaksi katoda : ½ O2 + 2e- ---- O
 Reaksi keseluruhan : H2 + ½ O2 ----- H2O
 Dapat menggunakan bahan bakar hidrogen yang tidak terlalu murni
dengan peksoksidasi udara disekelilingnya.

Tipe utama Fuel Cells
• Secara umum semua fuel cells memiliki
konfigurasi dasar yang sama – suatu
electrolyte dan dua electroda
• Berbagai tipe fuel cells diklasifikasi
berdasarkan jenis electrolyte yang digunakan
• Tipe electrolyte yang dipakai menentukan
jenis reaksi kimia yang akan terjadi dan suhu
kerjanya

• Proton Exchange Membrane
(PEM)
– Jenis fuel cell yang terbaik untuk
aplikasi kendaraan penumpang
– Menggunakan polymer membrane
sebagai electrolyte
– Beroperasi pada sushu relatif
rendah 175 degrees
– Memiliki kerapatan daya yang
tinggi, bisa menghasilkan bervariasi
output secara cepat sehingga cocok
untuk aplikasi yeng butuh start
cepat seperti pada kendaraan
– Peka terhadap ketidak murnian
bahan bakar

• Direct Methanol (a subset of PEM)
– Efisiensi yang diharapkan 40% dengan temperatur kerja
rendah 120-190 degrees
– Juga menggunakan polymer membrane sebagai electrolyte
– Berbeda dengan PEM karena anode catalyst is mampu
menarik hydrogen dari methanol tanpa reformer
– Dapat digunakan pada small portable power
applications, seperti cell phones and laptops

• Phosphoric Acid
– Merupakan jenis yang sudah
dikembangkan secara komersial
– Menghasilkan listrik pada efisiensi
> 40%
– Hampir 85% uap yang dihasilkan
dapat digunakan untuk
cogeneration
– Menggunakan larutan asam
phosphoric sebagai electrolyte
dan beroperasi pada 450 degrees
F
– Satu keuntungan utama adalah
dapat menggunakan hidrogen
tidak murni sebagai bahan
bakarnya

• Molten Carbonate
– Diharapkan dapat menghasilkan efisiensi tinggi dan dapat
menggunakan bahan bakar berasal dari coal
– menggunakan electrolyte campuran dari garam dan molten
carbonate
– Memerlukan CO2 dan oksigen untuk sampia di katoda
– Beroperasi pada suhu yang sangat tinggi 1200 degrees
– Utamanya untuk dipakai di pembangkitan listrik
– Telah dapat beroperasi dengan bahan bakar hydrogen, carbon
monoxide, natural gas, propane, landfill gas, marine diesel and
simulated coal gasification products

• Molten Carbonate Fuel Cell
– Karena temperatur yg sangat
tinggi, non-precious metals
dapat digunakan sebagai
katalis di anodedan cathode
yg akan mengurangi biaya
– Kerugiannya adalah
ketahanannya
– Temperatur tinggi dan
corrosive electrolyte
mempercepat kerusakan
dan corrosion didalam fuel
cell

• Solid Oxide
– Menggunakan hard, non-porous
ceramic compound sebagai
electrolyte
– Dapat mencapai 60% power-
generating efficiency
– Beroperasi pada suhu ekstra
tinggi 1800 degrees
– Digunakan utamanya pada skala
bessar di industri

• Alkaline
– Digunakan utamanya di militer dan program ruang angkasa
– Dapat mencapai 70% power generating efficiency, tetapi
biayanya mahal
– Digunakan pada Apollo spacecraft untk menghasilkan
listrik dan air minum
– Mengunakan larutan potassium hydroxide dalam air
sebagai electrolyte dan beroperasi pada suhu 75 -160
degrees
– Dapat menggunakan berbagai non-precious metals
sebagai catalyst pada anode dan cathode

• Alkaline Fuel Cell
– Memerlukan murni
hydrogen and oxygen karena
sangat mudah
terkontaminasi oleh carbon
– Pemurnian hydrogen and
oxygen is sangat mahal
– Kontaminasi carbon dapat
meracuni dan menurunkan
umur cell sehingga berakibat
pada biaya

• Regenerative Fuel Cells
– Masih dalam taraf penelitian
– Tipe ini melibatkan bentuk closed loop dari pembangkitan
tenaga listrik
– Menggunakan energi surya untuk memisahkan air menjadi
hydrogen dan oxygen
– Hydrogen dan oxygen diinputkan ke fuel cell yang
membangkitkan listrik, panas dan air
– Hasil samping air di recirculasikan kembali ke solar-
powered electrolyser hingga prosesnya dimulai lagi

Types of Fuel Cells
Fuel Cell Operating Conditions
Alkaline FC (AFC) Operates at room temp. to 80 0C
Apollo fuel cell
Proton Exchange
Membrane FC (PEMFC)
Operates best at 60-90 0C
Hydrogen fuel
Originally developed by GE for space
Phosphoric Acid FC (PAFC) Operates best at ~200 0C
Hydrogen fuel
Stationary energy storage device
Molten Carbonate FC (MCFC) Operates best at 550 0C
Nickel catalysts, ceramic separator membrane
Hydrocarbon fuels reformed in situ
Solid Oxide FC (SOFC) Operates at 900 0C
Conducting ceramic oxide electrodes
Hydrocarbon fuels reformed in situ
Direct Methanol Fuel Cell
(DMFC)
Operates best at 60-90 0C
Methanol Fuel
For portable electronic devices

Summary of Reactions and Processes in Various
Fuel Cells

69
Schematic Diagram of a Fuel Cell

Fuel Cell (Sumber dan Aplikasinya)

Pentingnya Hydrogen
• Fuel Cells memerlukan hydrogen dengan
kadar kemurnian tinggi sebagai bahan bakar
• Para peneliti mengembangkan berbagai
teknologi untuk memproduksi hydrogen
secara ekonomi dari berbagai sumber dengan
cara yang environmentally friendly

Pentingnya Hydrogen
• Hydrogen adalah sumber energi
kedua, artinya harus dibuat dari bahan bakar
lain
• Hydrogen dapat diproduksi dari berbagai
sumber energi termasuk :
– Fossil fuels, seperti natural gas and coal
– Nuclear energy
– Renewable resources, such as solar,water, wind
and biomass

Produksi Hydrogen
• Tantangan/ kendala terbesar dari hydrogen
production adalah cost
• Dapat menurunkan cost dari hydrogen
production akan bisa bersaing di sektor
transportation dengan conventional fuels.

Produksi Hydrogen
• Terdapat tiga kategori umum dari of Hydrogen
production
– Thermal Processes
– Electrolyte Processes
– Photolytic Processes
– Thermochemical Processes

Produksi Hydrogen
• Thermal Processes
– Natural Gas Reforming
– Gasification
– Renewable Liquid Reforming

Produksi Hydrogen
• Natural Gas Reforming
– Steam Methane Reforming
• Hydrogen diproduksi dari methane dalam natural gas
menggunakan uap temperatur tinggi
• Methane bereaksi dengan steam dengan kehadiran
catalyst guna memproduksi hydrogen
• Proses ini merupakan 95% dari hydrogen yang
digunakan saat ini di U.S.
– Partial oxidation
• Memproduksi hydrogen dengan membakar methane
di udara

Produksi Hydrogen
• Gasification
– Process dimana coal atau biomass dikonversikan
menjadi gas dengan menerapkan panas pada
tekanan dan dengan bantuan steam
– Suatu urutan reaksi kimia secara seri yang
memproduksi gas sintetis yang bereaksi dengan
steam untuk menghasilkan hydrogen lebih banyak
dan dapat dipisahkan

Produksi Hydrogen
• Renewable Liquid Reforming
– Biomass diproses untuk membuat renewable
liquid fuels, seperti ethanol atau bio-oil, yang
selanjutnya direaksikan dengan steam temperatur
tinggi guna menghasilkan hydrogen
– Proses ini identik dengan pembentukan natural
gas

Produksi Hydrogen
• Electrolytic Processes
– Electrolytic processes menggunakan arus listrik
untuk memisahkan air menjadi hydrogen and
oxygen
– Listrik yang diperlukan dapat dihasilkan
menggunakan renewable energy technologies
such as wind, solar, geothermal and hydroelectric
power

Produksi Hydrogen
• Photolytic Processes
– Menggunakan cahaya energy untuk memisahkan
air menjadi hydrogen and oxygen
– Proses ini masih dalam tahap awal
penelitian, tetapi memungkinkan untuk
memproduksi hydrogen secara cost effective dan
juga memiliki low environmental impact

Produksi H2 dari Photoelektrolysis

Produksi H2 dari Thermo chemical process

Resume produksi Hidrogen
Teknologi Keuntungan Kendala
Electrolisis, menguraikan air
dengan listrik
Tersedia komersial, H2 hasilnya
murni, bisa dibuat secara modular,
bisa memanfaatkan renewable
Energy
Bersaing dengan pemanfaatan
langsung renewable energy
Reforming, memisahkan
hydrocarbon fuel dengan uap dan
panas
Bisa untuk skala besar, biaya
produksi dari natural gas murah
Skala kecil belum komersial, H2
hasilnya tidak murni, menghasilkan
emisi CO2
Gasifikasi, memisahkan heavy
hydrocarbon & biomass menjadi
gas dan hydrogen
Cocok untuk heavy hydrocarbon
pada skala besar
Skala kecil jarang digunakan, H2
hasilnya perlu dibersihkan.
Gasifikasi biomass masih taraf
penelitian
Thermochemical, menggunakan
temperatur yg tinngi dari nuklir
dan solar thermal
Berpotensi untuk produksi skala
besar secara murah dan tdk
menghasilkan emisi
Prosesnya rumit, belum komersial
masih taraf demonstrasi
Biological production, algae dan
bacteri yng memproduksi hydrogen
Potensi Sumbernya sangat besar Production rate rendah, butuh
lahan yang sangat luas, organisme
bacteri yang paling cocok masih
belum ditemukan

Produksi Hydrogen
• Pabrik kendaraan telah bekerja untuk
mengembangkan teknologi yang
memungkinkan mobil fuel cell tetap dapat
menggunakan bbm
• Suatu “reformer” pada fuel cell car akan meng
konversikan bbm menjadi hydrogen langsung
di kendaraan

Bagaimana hydrogen disimpan?
• Mengembangkan hydrogen storage yang
aman, andal, compact dan cost-effective
merupakan tantangan terbesar untuk bisa
mengunakan fuel cell technology secara luas
• Hydrogen memiliki physical characteristics
yang membuatnya sulit disimpan tanpa
memerlukan ruangan yang besar

• Hydrogen perlu disimpan di kendaraan di
lokasi produksi hydrogen, refueling stations
dan stationary power sites
• Hydrogen memiliki kandungan energi yang
tinggi berdasarkan beratnya (3x lebih besar
dari gasoline) dan memiliki kandungan energi
sangat rendah berdasarkan volumenya (4x
lebih rendah dari gasoline)

• Bila hydrogen di tekan dan disimpan pada
temperatur ruangan pada tekanan yang
sedang, akan memerlukan tangki yang cukup
besar
• Para peneliti berusaha menemukan komposisi
material yang ringan dan aman yang dapat
membantu mengurangi berat dan volume
sistem penyimpanan hydrogen

• hydrogen cair dapat disimpan dalam tangki yang
lebih kecil dari pada gas hydrogen, tetapi mencairkan
hydrogen sangat rumit dan membutuhkan banyak
energi
• hydrogen cair juga sangat sensitif terhadap panas
meskipun hanya beberapa derajat, sehingga
diperlukan isolasi yang cukup besar yang akan
membatasi berat dan volume yang dapat disimpan

• Bila hydrogen ditekan dan cryogenically frozen
akan membutuhkan ruangan dan tangki yang
sangat kecil, tetapi harus dipertahankan pada
suhu yang supercold yaitu antara -120 hingga
-196 degrees Celsius

• Scientists are researching Materials-based storage
– This involves tightly binding hydrogen atoms or molecules
with other elements in a compound to store larger
quantities of hydrogen in smaller volumes at low pressure
near room temperature
– This technology is considered very promising but
additional research is needed to overcome problems
dealing with capacity, cost, life cycle impacts and the
uptake and release of hydrogen

• Because hydrogen is thought to be an
alternative fuel for automobiles, much of the
research for hydrogen storage is focused on
onboard vehicles
• Scientists are attempting to develop
technology that can rival the performance and
cost of gasoline fuel storage systems

• Using current storage technology, in order to
place a sufficient amount of hydrogen
onboard a vehicle to provide 300-mile driving
range the tank would be larger that the trunk
of a typical automobile
• This large of a tank would add to the overall
weight of the car and reduce fuel economy

Bagaimana teknologi Fuel Cell digunakan?
• Transportation
• Stationary Power Stations
• Telecommunications
• Micro Power

• Transportation
– All major automakers are working
to commercialize a fuel cell car
– Automakers and experts speculate
that a fuel cell vehicle will be
commercialized by 2010
– 50 fuel cell buses are currently in
use in North and South
America, Europe, Asia and Australia
– Trains, planes, boats, scooters, forkl
ifts and even bicycles are utilizing
fuel cell technology as well

• Stationary Power Stations
– Lebih dari 2,500 fuel cell systems telah diinstal di
seluruh dunia di RS, hotel, perkantoran
pembangkit listrik dll.
– Sebagian besar systems ini terhubung ke
jaringan sebagai back up atau sebagai pusat
pembangkit terisolasi di lokasi yang jauh dari
jaringan

• Telecommunications
– Due to computers, the Internet and sophisticated
communication networks there is a need for an
incredibly reliable power source
– Fuel Cells have been proven to be 99.999%
reliable

• Micro Power
– Consumer electronics could
gain drastically longer
battery power with Fuel Cell
technology
– Cell phones can be powered
for 30 days without
recharging
– Laptops can be powered for
20 hours without recharging

Apa keuntungan teknologi Fuel Cell ?
• Physical Security
• Reliability
• Efficiency
• Environmental Benefits
• Battery Replacement/Alternative
• Military Applications

• Physical Security
– Both central station power generation and long
distance, high voltage power grids can be terrorist
targets in an attempt to cripple our energy
infrastructure
– Fuel Cells allow the country to discontinue
reliance on these potential targets

• Reliability
– U.S. businesses lose $29 Billion a year from
computer failures due to power outages
– More reliable power from fuel cells would prevent
loss of dollars for U.S. Businesses
– Properly configured fuel cells would result in less
than one minute of down time in a six year period

• Efficiency
– Because no fuel is burned to make energy, fuel
cells are fundamentally more efficient than
combustion systems
– Additionally when the heat comes off of the fuel
cell system it can be captured for beneficial
purposes
– This is called Cogeneration

• Efficiency
– The gasoline engine in a conventional car is less than 20%
efficient in converting the chemical energy in gasoline into
power
– Fuel Cell motors are much more efficient and use 40-60%
of the hydrogen’s energy
– Fuel Cell cars would lead to a 50% reduction in fuel
consumption
– Fuel Cell vehicles can be up to 3 times more efficient than
internal combustion engines

• Efficiency
– Fuel Cell power generation systems in operation
today achieve 40% to 50% fuel-to-electricity
efficiency
– In combination with a turbine, electrical
efficiencies can exceed 60%
– When Cogeneration is used, fuel utilization can
exceed 85%

• Environmental Benefits
– Fuels cells dapat mengurangi polusi udara saat ini
dan dimasa depan

• Environmental Benefits of Fuel Cell Power
Generation
– Suatu fuel cell power plant bisa menghasilkan
polutan kurang dari 1 ons per 1,000 kWh listrik yg
dihasilkan
– Sistem pembangkit konvensional, PLTG/ PLTU
dapat memproduksi 25 pounds pollutants untuk
sejumlah yang sama listrik yang dihasilkan

• Environmental Benefits of Fuel Cell Vehicles
– Kendaraan Fuel Cell dengan hydrogen yang
disimpan di dalam kendaraan menghasilkan
ZERO POLLUTION
– Produk samping dari Fuel Cell vehicles adalah air
dan panas

• Environmental Benefits of Fuel Cell Vehicles
– Fuel Cell Vehicles with a reformer on board to
convert a liquid fuel to hydrogen would produce a
small amount of pollutants, but it would be 90%
less than the pollutants produced from
combustion engines

• Battery replacement/alternative
– Fuel Cell replacements for batteries would offer
much longer operating life in a packaged of lighter
or equal weight
– Additionally, Fuel Cell replacements would have
an environmental advantage over batteries, since
certain kinds of batteries require special disposal
treatment

Benefits of
Fuel Cells
Modular
Clean
Quiet
Sustainable
Efficient
Safe
The Benefits of Fuel Cells

• Military Applications
– Fuel Cell technology in the military can help save
lives because it reduces telltale heat and noise in
combat
– Handheld battlefield computers can be powered
for 10 times longer with Fuel Cell power meaning
soldiers could rely on their computers in the field
for longer periods of time

Tantangan thd teknologi Fuel Cell
• Cost
– Biaya fuel cells harus dikurangi agar dapat
bersaing dengan teknologi konvensional
– Conventional internal combustion engines cost
$25-$35/kW; a fuel cell system would need to cost
$30/kW to be competitive

• Durability and Reliability
– Ketahanan dari fuel cell systems masih belum terbukti
– Standar ketahanan mobil adalah kira-kira 150,000 miles
dan kemampuan berfungsi pada kondisi operasi normal
– Untuk sistem pembangkit tetap harus memiliki ketahanan
40,000 jam operasi pada suhu -35 degree Celsius to 40
degrees Celsius

• System Size
– Ukuran dan berat dari fuel cell systems harus
dikurangi agar dapat diterima pasar, khususnya
untuk pemakaian di mobil

Heliocentris: Science education through
fuel cells 121
Our Fragile Planet.
We have the responsibility to mind the planet, so that
the extraordinary natural beauty of the Earth is
preserved for generations to come.
Photo courtesy of NASA

Teknologi
Compressed gas cylinder Mudah tersedia, biaya murah
hingga tekanan 200 bar
Liquid tanks Teknologi tersedia, kerapatan
penyimpanan bagus
Metal hydrides
Chemical hydrides
Carbon structure Bisa untuk kerapatan
penyimpanan yang tinggi,
ringan dan biaya murah
Masih taraf penelitian

PEMBAHASAN ALTERNATIF BAHAN BAKAR HIDROGEN

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (15)

Viewers also liked

Viewers also liked (10)

Similar to PEMBAHASAN ALTERNATIF BAHAN BAKAR HIDROGEN

Similar to PEMBAHASAN ALTERNATIF BAHAN BAKAR HIDROGEN (20)

PEMBAHASAN ALTERNATIF BAHAN BAKAR HIDROGEN