3. Apa Itu Ilmu Kimia?
• Materi ada disekeliling kita. Perhatikan salah satu contoh
kegiatan berikut:
Metabolisme tubuh
Kendaraan:
Gabungan logam
Dan polimer
Udara adalah materi
Pakaian terbuat dari
bahan serat sintesis (polimer)
4. Ilmu
Kimia
Segala sesuatu
tentang materi dan
perubahan materi
inilah yang dipelajari
dalam ilmu kimia.
Bahwa ilmu kimia ada
disekeliling kita dan
mempengaruhi seluruh
aspek kehidupan kita
menjadi alasan betapa
pentingnya mempelajari ilmu
kimia; betapa ilmu kimia
membuat materi disekitar
kita menjadi lebih berguna
Ilmu kimia adalah ilmu
pengetahuan alam yang
mempelajari tentang materi
yang meliputi struktur,
susunan, sifat, dan
perubahan materi serta
energi yang menyertainya
6. • Materi yang tidak dapat diperbaharui seperti minyak
bumi dan aluminium, akan segera habis jika diambil
terus menerus. Ilmu kimia berperan untuk mencaru
penggantinya, seperti penggunaan gasohol dan sel
bahan bakar sebagai pengganti minyak bumi
• Untuk materi yang dapat diperbaharui diperlukan
upaya yang melibatkan ilmu kimia untuk terus
menerus memperbaruinya. Contoh penggunaan pupuk
pada tanaman untuk meningkatkan produksi pangan.
Mineral merupakan
materi yang tidak dapat
diperbaharui
Tanaman dan udara
merupakan
salah dua
materi yang dapat
diperbaharui
7. • Pemanfaatan materi yang melibatkan ilmu kimia tidak lepas dari
timbulnya dampak negatif terhadap manusia dan lingkungannya.
Hal ini disebabkan kurangnya pemahaman terhadap materi
tersebut.
Polusi
Kendaraan
Limbah
Polimer Plastik
Gas Freon
8. • Dampak negatif tersebut dapat ditekan dengan
pemahaman ilmu kimia yang baik, membuat materi ramah
lingkungan, dan memantau aktivitas manusia terhadap
lingkungan
Etanol dari fermentasi tetes tebu digunakan
sebagai gasohol (pengganti minyak bumi)
Kendaraan dengan sel bahan bakar (fuel cell)
menghasilkan produk buang tanpa air
10. HIDROGEN
• Hidrogen (H): 75% massa alam semesta adalah
hidrogen.
• Kerapatan energi per massa: 143 MJ/kg (gas
alam: 53,6 MJ/kg).
• Kerapatan energi per volum: 10,1 MJ/L(l);
0,01079 MJ/L (g) (LNG: 22,2 MJ/L).
• Energi yang bersih:
o H2 + O2 H2O
• Berbagai metoda produksi/konversi
11. PRODUKSI HIDROGEN
• Steam reforming
CH4 + H2O CO + 3H2 (700–1100 oC)
• Oksidasi parsial
CnHm + n/2O2 nCO + m/2H2
• Elektrolisis
2H2O(aq) 2H2(g) + O2(g)
• Fotoelektrolisis
Penggunaan fotokatalis untuk memisahkan
hidrogen dan oksigen dari molekul air
12. ALAT KONVERSI ENERGI HIDROGEN:
SEL BAHAN BAKAR
Hidrogen
dari tangki
Oksigen
dari udara
Katalis Katalis
Sirkuit
listrik
Membran
penukar proton
Reaksi pada anoda:
2H2 4H+ + 4e-
Reaksi pada katoda:
O2 + 4H+ + 4e- 2H2O
Reaksi keseluruhan:
2H2 + O2 2H2O
13. • Daya rendah
o Alat elektronik
o Direct Methanol Fuel Cell
• Daya menengah
o Kendaraan
o Proton Exchange Membrane
• Daya tinggi
o Pembangkit listrik
o Solid Oxide Fuel Cell
APLIKASI ENERGI LISTRIK
14. • Produksi hidrogen (Teknik Kimia, Kimia)
• Penyimpanan hidrogen (Kimia)
• Alat konversi energi listrik dari hidrogen
(sel bahan bakar) (Kimia, Fisika)
• Kontrol dan manajemen daya terintegrasi
(STEI, Teknik Fisika)
RISET-RISET PENTING BERKAITAN
DENGAN BAHAN BAKAR HIDROGEN
15. Tujuan: untuk menghasilkan H2 dari metanol melalui steam
reforming pada kondisi menengah.
CH3OH(g) + H2O(g) CO2(g) + 3H2(g)
Penelitian untuk menghasilkan H2 (Katalis)
Cat.
Katalis: berbasis tembaga
Cu/MxOy/Al2O3
suport
Promoter,
Zn
Logam
aktif
Bagaimana mencapainya?
Mencari oksida logam yang terbaik sebagai promotor,
mencari komposisi optimal dan cara terbaik untuk
menyiapkan katalis.
17. RISET SEL BAHAN BAKAR
Membran PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) &
DMFC (Direct Methanol Fuel Cell)
• Tujuan
Menemukan jenis material membran yang memenuhi
persyaratan sebagai membran sel bahan bakar
• Penelitian pada jenis-jenis material
Polimer alam (kitosan)
Polimer semisintetik (nata-de- coco)
Polimer sintetik ( polisulfon, polistiren)
• Masalah
• Konduktivitas rendah
• Methanol cross over yang tinggi
• Penelitian selanjutnya
• Fabrikasi MEA (Membrane Electrolyte Assembly)
• Karakterisasi kinerja
18. Solid Oxide Fuel Cell
• Tujuan
Membuat SOFC dengan efisiensi tinggi dan biaya
murah
• Hasil saat ini:
Ditemukan material komposit Ca-YSZ/LSGM yang
memiliki efisiensi produksi energi yang tinggi
dibandingkan dengan material konvensional
Telah dibuat sistem uji sel bahan bakar padatan.
• Penelitian selanjutnya
Pembuatan sel bahan bakar dalam ukuran besar
Pembuatan sistem “stack”
Pembuatan prototipe (1 kW)
19. Kontrol Aliran Daya pada Sistem
Energi Hibrida
• Tujuan : mengembangkan sistem kontrol untuk
mengatur aliran daya pada sistem energi hibrid
yang tdd :
o Fuel cell
o Battery
o Supercapacitor
• Memanfaatkan karakteristik masing-masing
sumber energi
• Merancang DC/DC converter
• Aplikasi : kendaraan hibrida, sistem energi
hibrida untuk berbagai keperluan
27. Aspek Elektrokimia
Perubahan energi bebas standard dari reaksi fuel cell dapat
dituliskan sebagai berikut :
∆Go = –nFE
Didapatkan nilai :
∆G= −229 kJ/mol,
n = 2,
F = 96500 C/g.mole electron,
E = 1.229 V.
28. Thermodynamic
Principles
Penentuan kerja listrik maksimum dalam
pengoperasian fuel cell pada suhu dan tekanan
konstan memberikan perubahan pada energi
bebas Gibbs dengan persamaan :
W = ∆G = –nFE
Kemudian perbedaan antara ∆G dan ∆H
sebanding dengan perubahan entropi ∆S
∆G = ∆H – T∆S
29. • Pengaruh suhu dan tekanan pada potensial sel (E) :
Dengan
∆V: perubahan volume,
∆S : perubahan entropi,
E : potensial sel,
T : suhu,
P : tekanan gas reaktan,
n : jumlah elektron yang terlibat,
F : Konstanta Faraday
30. Fuel Cell Efficiency
• Efisiensi :
• Efisiensi ideal dari fuel
cell yang dioperasikan secara
reversibel :
• Efisiensi termal idel dari fuel cell yaitu (kondisi
ideal):
35. Aplikasi Yang Lain
• Providing power for base stations or cell sites
• Distributed generation
• An uninterrupted power supply (UPS)
• Base load power plants
• Fuel cell APU for Refuse Collection Vehicle
• Hybrid vehicles, pairing the fuel cell with either an ICE or a battery.
• Notebook computers for applications where AC charging may not
be readily available.
• Portable charging docks for small electronics (e.g. a belt clip that
charges your cell phones or PDA).
• Smartphones, laptops and tablets.
• Small heating appliances.
36. Kesimpulan
• Kelebihan sel bahan bakar :
o Pada suhu tinggi tidak memerlukan katalis kuat
o Dapat digunakan untk pesawat ruang angkasa
o Air yang dihasilkan dapat dikonsumsi
o Efisiensi ≈ 75%
• Kerugian sel bahan bakar :
o Ukuran besar
o Harga mahal
o Membutuhkan asupan O2 dan H2 terus menerus agar
dapat beroperasi
o Terdapat Hasil Samping Contohnya CO2
The junction of dissimilar materials (n and p type silicon) creates a voltage Energy from sunlight knocks out electrons, creating a electron and a hole in the junctionConnecting both sides to an external circuit causes current to flowKhi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn.Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn.
The standard free energy change of the fuel cell reaction is indicated by the equation ∆G = –nFE (2.2) Where ∆G is the free energy change, n is the number of moles of electrons in-volved, E is the reversible potential, and F is Faraday’s constant. If the reactants and the products are in their standard states, the equation can be represented as ∆G0 = –nFE0 (2.3) The value of ∆G corresponding to (2.1) is −229 kJ/mol, n = 2, F = 96500 C/g.mole electron, and hence the calculated value of E is 1.229 V. The enthalpy change ∆H for a fuel cell reaction indicates the entire heat re-leased by the reaction at constant pressure. The fuel cell potential in accordance with ∆H is defined as the thermo-neutral potential, Et, ∆H = –nFEt (2.4) where Et has a value of 1.48 VThe standard free energy change of the fuel cell reaction is indicated by the equation ∆G = –nFE (2.2) Where ∆G is the free energy change, n is the number of moles of electrons in-volved, E is the reversible potential, and F is Faraday’s constant. If the reactants and the products are in their standard states, the equation can be represented as ∆G0 = –nFE0 (2.3) The value of ∆G corresponding to (2.1) is −229 kJ/mol, n = 2, F = 96500 C/g.mole electron, and hence the calculated value of E is 1.229 V. The enthalpy change ∆H for a fuel cell reaction indicates the entire heat re-leased by the reaction at constant pressure. The fuel cell potential in accordance with ∆H is defined as the thermo-neutral potential, Et, ∆H = –nFEt (2.4) where Et has a value of 1.48 V
Type 212 submarine with fuel cell propulsion of the German Navy in dry dock