implementasi rekayasa listrik tenaga matahari

IMPLEMENTASI REKAYASA LISTRIK TENAGA MATAHARI PADA KOMPOR
GAS BROWN
Yovi Litanianda1
1Universitas Muhammadiyah Ponorogo, Ponorogo
Alamat Korespondensi : Jl Budi Utomo No. 10 Ponorogo 63471, Telp (0352)481124/Fax (0352) 461796
E-mail: 1) [email protected]
Abstrak
Rumor alokasi Elpiji bersubsidi khusus untuk masyarakat miskin akan menimbulkan permasalahan
bagi masyarakat ekonomi menengah. Jalan keluar permasalahan ini yaitu harus mampu
menyediakan bahan bakar sendiri contohnya biogas dan gas brown. Gas brown berasal dari air
yang diurai menjadi gas hidrogen dan oksigen melalui reaksi elektrolisis. Reaksi elektrolisis
membutuhkan energi listrik yang tidak sedikit, jika sumbernya masih diambil dari perusahaan
listrik negara maka biayanya masih relatif mahal. Permasalahan ini yang membuat kompor gas
brown belum berkembang. Sebenarnya elektrolisis hanya membutuhkan listrik jenis arus searah
yang dapat diperoleh dari panel surya. Rekayasa pemanfaatan listrik dari panel surya untuk
mencatu reaktor elektrolisis air akan membuat biaya operasional kompor ini jadi “gratis”. Hasil
uji coba menggunakan kompor dengan kebutuhan suplai gas 0,5 liter/menit yang disuplai oleh
reaktor elektrolisis yang mampu menghasilkan gas brown sebesar 0,31–0,8 liter/menit pada
tegangan 12-13,8 Volt dan arus listrik 25 Ampere. Hasilnya, ternyata gas brown yang dihasilkan
hanya 0,2 liter/ menit sehingga menyebabkan jumlah gas tersebut tidak mampu membuat kompor
menyala dengan lancar. Hasil pengamatan mendapatkan kesimpulan bahwa penyebab kondisi ini
karena kemampuan panel surya dengan spesifikasi 2 x 76 watt hanya mampu menghasilkan arus
sebesar 8 ampere pada kondisi daya maksimum. Kondisi ini menjadikan konsep kompor gas
dengan memanfaatkan listrik tenaga matahari ini belum sepenuhnya berhasil diterapkan.
Penyebabnya diduga karena pasokan daya listrik dari panel surya masih belum mencukupi.
Kata kunci: elektrolisa, gas brown, kompor gas, tenaga matahari.
1. PENDAHULUAN
Kebutuhan bahan bakar untuk memasak merupakan kebutuhan sehari-hari yang tidak mungkin
dielakan. Penghapusan subsidi minyak tanah memaksa kita beralih untuk menggunakan gas. Saat
semua sudah mengunakan gas tiba-tiba pemerintah mengeluarkan wacana pemerintah
mengkhususkan ELPIJI kemasan 3 kg hanya untuk pemilik kartu sakti. Jika ini benar terjadi,
sepertinya masyarakat dengan tingkat ekonomi menengah terpaksa harus membeli ELPIJI dengan
harga keekonomian yang pasti lebih mahal. Penyesuaian harga ini pasti akan menambah beban
pengeluaran masyarakat kelas menengah yang kemampuan ekonominya tidak terpaut jauh dari
masyarakat miskin.
Banyak solusi yang sudah ditawarkan, contohnya memanfaatkan biogas. Biogas
membutuhkan bahan organik (limbah perternakan, sampah dll) untuk difermentasi hingga
menghasilkan gas metan yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Penggunaan biogas, walaupun
ramah lingkungan tetapi tidak praktis karena harus selalu mengelola bahan organik yang menjadi
bahan baku biogas, apa lagi jika tidak memiliki lahan yang cukup seperti kondisi pemukiman
diperkotaan.
Bahan bakar ramah lingkungan lainnya yaitu gas brown yang berasal dari proses elektrolisis
air. Gas ini berupa gas Hidrogen (H2) dan Oksigen (O2) yang keduanya bersifat mudah terbakar
sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar [2]. Oleh karena bahan bakunya air maka
teknologi ini relatif lebih mungkin untuk diwujudkan. Namun karena dalam proses elektrolisis
dibutuhkan listrik yang bisanya mengambil dari Perusahaan Listrik Negara (PLN), maka kita juga
468
SENASPRO 2016 | Seminar Nasional dan Gelar Produk
harus memperhitungkan biaya yang harus dikeluarkan untuk membayar listrik yang terpakai.
Proses elektrolisis sebenarnya membutuhkan listrik berjenis arus searah (DC), jadi jika
menggunakan liktrik PLN harus diubah menjadi listrik arus searah. Sumber lainnya yaitu dari panel
surya, saat terpapar sinar matahari panel surya akan menghasilkan listrik. Jika kita melakukan
elekrolisis dengan memanfaatkan listrik yang berasal dari panel surya maka kita tidak perlu
mengeluarkan biaya untuk listrik tersebut, hal ini dengan asusmsi biaya investasi tidak dihitung.
Karena tidak ada biaya yang dikeluarkan menjadikan cara ini membuat kita dapat memperoleh
bahan bakar secara “gratis”. Melalui penelitian ini akan coba diungkap bagaimana performa listrik
tenaga surya dalam menyuplai reaktor elektrolisis kompor gas brown skala rumah tangga?
Elektrolisis air adalah peristiwa penguraian senyawa air (H2O) menjadi unsur-unsur
pembentuk air dengan menggunakan energi listrik. Dua molekul air akan bereaksi dengan
menangkap dua elektron pada katoda sehingga tereduksi menjadi gas Hidrogen (H2) dan ion
Hidroksida (OH-). Pada kutub anoda, dua molekul air lainnya akan terurai menjadi gas oksigen
(O2) dengan melepaskan empat ion (H+) serta mengalirkan elektron ke katoda. Pada reaksi ini ion
OH- dan H+ akan mengalami netralisasi sehingga membentuk H2O kembali [3]. Gas hidrogen dan
oksigen yang dihasilkan oleh reaksi tersebut membentuk gelembung dan mengumpul disekitar
elektroda. Gas hasil elektrolisis air ini kemudian dinamai gas Brown.
Nama Brown diambil dari nama Yull brown merupakan salah satu tokoh pelopor
penggunaan gas hasil elektrolisis sebagai bahan bakar melalui temuannya pada tahun 1974. Brown
gas merupakan bahan bakar yang kuat (powerfull), dan bersih emisi jika digunakan sebagai bahan
bakar. Penggunaan gas brown selama ini masih sebagai suplemen bahan bakar kendaraan. Sifat gas
brown yang mudah terbakar seharusnya juga dapat digunakan sebagai bahan bakar kompor.
Komponen terpenting dari proses elektrolisis yaitu elektroda dan larutan elektrolit. Komponen
tersebut jika kita rakit akan menjadi sebuah alat yang dinamakan electrolyzer atau populer dengan
sebutan generator hidrogen (Sudirman 2008). Secara ringkas fungsi komponen penyusun generator
hidrogen seperti berikut:
a.Tabung electrolyzer
Tabung electrolyzer merupakan tempat penampung larutan elektrolit sekaligus
tempat berlangsungnya proses elektrolisis untuk menghasilkangas HHO. Di dalam tabung
ini terdapat tempat elektroda. Tabung electrolyzer sebaiknya terbuat dari kaca atau bahan
lain yang tahan panas sebab proses elektrolisis juga menimbulkan sejumlah panas, selain
itu tabung ini juga harus cukup kuat untuk menahan tekanan yang terjadi akibat akumulasi
gas brown yang dihasilkan. Ukuran tabung sangat berfariasi sesuai dengan kebutuhan dan
peruntukannya.
b. Elektroda
Elektroda, tempat dimana arus listrik mengalir ke elektrolit terdiri dari dua kutub
yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) yang terendam dalam cairan elektrolit. Elektroda harus
berasal dari bahan yang tidak berkarat, contohnya stainless steel. Mutu bahan elektroda
sangat penting karena reaksi elektrolisis sangat memicu karat. Beberapa literatur
menyarankan penggunaan bahan stainless steel grade 316 L [1] . Bentuk elektroda bebas
sesuai kehendak pembuat, namun yang perlu diperhatikan ukuran penampang akan sangat
mempengaruhi jumlah arus listrik yang dibutuhkan. Semakin luas penampang elektroda
yang digunakan semakin besar arus listrik yang dibutuhkan dan semakin banyak pula gas
brown yang dapat dihasilkan.
c.Elektrolit
Elektrolit yang biasa digunakan terdiri dari air murni atau air destilasi yang ditambah
dengan katalisator. Penambahan katalisator ini dimaksudkan agar mempermudah terjadinya
reaksi elektrolisis. Bahan yang biasa dipakai sebagai katalis contohnya sodium bikarbonat
dan kalium hidroksida (KOH). Komposisi yang dapat digunakan sebesar 1,5 sendok teh
katalis dicampur dengan 0,9-1 liter air murni.
d.Water trap
Reaksi elektrolisis selain menghasilkan gas brown juga menimbulkan panas yang
memungkinkan terjadinya uap air yang ikut terbawa bersama gas yang dihaislkan. Water
Seminar Nasional dan Gelar Produk | SENASPRO 2016
469
trap digunakan untuk menyaring uap air yang terbawa tersebut dengan menggunakan
prinsip pengembunan.
Elektrolit merupakan gabungan antara air dan katalis. Katalis merupakan suatu zat yang
dapat mempercepat suatu laju reaksi, namun ia sendiri secara kimiawi, tidak berubah pada akhir
reaksi . Katalis digunakan untuk mempercepat laju reaksi menghasilkan gas HHO pada proses
elektrolisa. Katalis yang digunakan adalah natrium klorida (NaCl). NaCl sebanyak 6 gr dilarutkan
kedalam 500 mL air. Penggunaan natrium klorida dikarenakan natrium memiliki potensial
elektrode standar yang lebih negatif dari pada air dengan demikian natrium tidak akan bereaksi
namun air yang akan bereaksi. Selain itu, natrium klorida juga mudah didapat. Potensial elektrode
standar Natrium (Na) adalah -2,71 dan air (H20) adalah - 0,83 [4][5].
Kompor air merupakan kompor dengan bahan bakar berupa hidrogen dan oksigen yang
berasal dari air. Kombinasi gas hidrogen dan oksigen dalam bentuk gas dinamakan gas HHO
.Unsur HHO dapat diperoleh melalui elektrolisa air, dimana partikel/molekul air akan terpisah
menjadi 2 H untuk hidrogen dan 1O untuk oksigen. Pemecahan molekul air menjadi hidrogen dan
oksigen menggunakan prinsip kerja proses elektrolisa. Kompor air dilengkapi dengan dua tabung
yang telah diisi air. Air tersebut dicampur bahan kimia dan diberi arus listrik, sehingga air menjadi
gas hidrogen dan oksigen kemudian dikeluarkan lewat selang. Ujung selang diberi sumbu dari besi.
Sehingga memancar gas dan menyala api [5].
Panel Surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya menjadi listrik.
Panel surya sering kali disebut sel photo voltaic (PV), yang artinya "cahaya-listrik". Sel surya atau
sel PV bergantung pada efek photo voltaic untuk menyerap energi matahari dan menghasilkan arus
listrik yang mengalir antara dua lapisan penyusun dengan muatan yang berlawanan. Panel surya
pada umum terbuat dari crystalline silicon. Bahan crystalline dapat terdiri dari mono atau singlecrystalline, dan poly atau multi-crystalline. Selain itu panel surya ada yang terbuat dari lapisan tipis
amorphous silicon. Sel surya dari single crystalline lebih efisien dibandingkan dengan polycrystalline. Kelebihan panel surya sebagai sumber listrik:
• Panel surya memanfaatkan energi matahari dan matahari adalah bentuk energi paling
berlimpah yang tersedia di planet kita.
• Panel surya mudah dipasang dan memiliki biaya pemeliharaan yang sangat rendah karena
tidak ada bagian yang bergerak.
• Harga panel surya terus turun meskipun mereka masih harus bersaing dengan bahan
bakar fosil.
• Panel surya tidak kehilangan banyak efisiensi dalam masa pakai mereka yang mencapai
20+ tahun.
• Masa pakainya yang panjang, mecapai 25-30 tahun, menggaransi penggunanya akan
menghemat biaya energi dalam jangka panjang pula.
Komponen penyusun sistem pembangkit listrik tenaga surya antara lain:
1. Panel surya / solar panel
Panel surya mengkonversikan tenaga matahari menjadi listrik. Panel surya yang
disinari matahari, membuat photon yang menghasilkan arus listrik. Sebuah panel suryas
menghasilkan kurang lebih memiliki tegangan 0.5 Volt. Jadi sebuah panel surya yang
akan menghasilkan tegangan 12 Volt akan terdiri dari kurang lebih 36 sel. Spesifikasi
panel surya biasanya dinyatakan dalam daya listrik yang mampu dihasilkan dalam satuan
watt. Di pasaran panel surya tersedia dalam berbagai daya, mulai dari 60 watt sampai 120
watt. Semakin besar daya yang dapat dihasilkan oleh panel surya maka harganya juga
akan semakin mahal.
2. Voltage controller
Voltage controller berfungsi mengatur daya listrik dari panel surya ke beban. Alat
elektronik ini berfungsi untuk melindungi peralatan dengan cara memyetabilkan arus dan
tegangan yang dihasilkan oleh panel surya. Panel surya memerlukan controler karena
intensitas sinar matahari tidak tetap, dipengaruhi cuaca dan waktu. Cuaca siang hari yang
470
SENASPRO 2016 | Seminar Nasional dan Gelar Produk
panas terik pasti akan menyebabkan panel surya menghasilkan listrik lebih besar
dibanding saat cuaca mendung atau pagi dan sore hari. Tegangan listrik yang tidak stabil
ini dapat merusak peralatan yang dicatu.
2. METODE
Metode yang digunakan dalam penelitian ini ditunjukan dalam gambar berikut:
Requirements
Gathering
Plan
Set
Boundaries
Relevance &
Complexity
Design
Detail Plan
Build
Construct
Gambar Tahapan penelitian
Stakeholder
User Interface
Coding
Confirm Data Source
Interviews
Setting Expectations Define Queries
Determine Drill Paths
Explore Functionality
a. Perencanaan
Define Data Types
Tahap ini diisi dengan
membuat prinsip kerja alat yang ditunjukan seperti gambar
Build Prototype
Define
Strategic KPIs
dibawah ini.
Sinar matahari
Panel
Surya
Reaktor
elektrolisi
Kompor gas
Gambar Prinsip kerja alat
b. Identifikasi kebutuhan alat
Kebutuhan bahan pada penelitian ini sebagai berikut:
- kompor
- Reaktor eletrolisis
- Panel Surya
- Elektroda stainless steel
- Kabel penghantar
- Selang gas
Seminar Nasional dan Gelar Produk | SENASPRO 2016
471
c. Desain alat
Panel
surya
Regulator
Gamabar skema alat
d. Pembuatan Alat dan pengujian
Proses pembuatan dimulai dengan membuat tabung reaktor elektrolisis kemudian
dilanjutkan dengan pembuatan rangka panel surya. Setelah keduanya selesai maka langkah
selanjutnya pemasangan dan perakitan.
Reaktor HHO perlu media perantara yang disebut katalis berupa KOH (Potasium
Hydroxide). Reaktor ini menggunakan dua kawat stainless steel yang dicelupkan ke dlm air yang
telah diberi katalis tadi, logam Stainless yang digunakan pada Cell Reaktor yaitu Grade 316L.
Selain tabung reaktor juga ditambahkan tabung Bubbler untuk memurnikan gas HHO (menangkap
uap air kimia)yang diisi air setengahnya. Langkah-langkah pembuatan:
1. Persiapkan wadah (tabung) dari bahan tahan panas dengan volume 1 liter
2. Gunakan stainless seukuran penggaris yang dilubangi salah satu ujungnya untuk
dijadikan sebagai elektroda positif dan negatif.
3. Lubangi tutup wadah tesebut untuk baut pengait yang akan menyatukan elektroda
di bagian dalam dan kabel penghantar daari solar panel di bagian luar.
4. Tambahkan satu lubang lagi sebagai jalur keluarnya gas HHO yang dihasilkan dan
disambuyng dengan selang 8mm.
5. Isi tabung reaktor tesebut dengan mnggunakan air murni ditambah KOH.
6. Sediakan lagi satu tabung untuk dijadikan bubles yang akan memurnikan gas Hho
yang dihasilkan.
7. Terakhir sambungkan selang keluaran tabungn bubbler ke kompor.
8. Sebagai tindakan keamanan, pastikan sambungan semua selang telah rapat dan
kabel telah tersambung dengan baik.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian system dilakukan dengan sekala laboratorium dimana alat masih dalam bentuk prototipe.
Pengujian dilakukan untuk melihat kinerja alat. Pengamatan dilakukan dengan cara melihat kinerja
perbagian, yang meliputi memastikan besar listrik yang dihasilkan solar panel, memastikan
generator HHO mengeluarkan gas, dan yang terakhit melihat bagai mana nyala api kompor.
Hasilnya sebagai berikut:
472
SENASPRO 2016 | Seminar Nasional dan Gelar Produk




Output solar panel : Peak power (panas terik) 17 volt, rata-rata 12 volt, mendung 6 volt.
Arus listrik yang mengalir ke generator : 0,3 – 4 Ampere
Volume gas yang dihasilkan rata-rata 200 ml/menit
Kompor hanya dapat menyala saat peak power dengan nyala kecil dan terputus-putus
(sering padam)
Gambar. Pengukuran arus
Gambar. nyala api
4. KESIMPULAN
Reaktor gas HHO yang didesain dengan kebutuhan daya listrik sebesar 25 Ampere pada tegangan
12-13,8 Volt dan mampu menghasilkan gas HHO sebesar 0,31 – 1 liter/menit saat dicatu oleh panel
surya dengan daya maksimal 2x76 watt pada kondisi 12 volt hanya mampu menghasilkan gas
brown sebanyak 0,2 liter/ menit. Jumlah gas sebanyak ini ternyata belum mencukupi kebutuhan
kompor yang sebanyak 0,5 liter/menit, sehingga nyala api kompor masih terputus putus. Hal ini
sesuai dengan hasil pengukuran arus listrik dari panel surya panel surya yang hanya sebesar 8
ampere pada kondisi peak power. Dari hasil percobaan ini diperoleh kesimpulan bahwa konsep ini
belum sepenuhnya berhasil diterapkan. Dugaan penyebab ketidakmaksimalan tersebut diduga
karena kurangnya pasokan daya listrik yang berasal dari solar panel yang spesifikasinya kurang
besar, atau bias juga dilakukan pengembangan pada reaktor agar dapat bekerja maksimal pada arus
kecil serta mungkin juga dilakukan penyesuaian pada desain kompor agar kebutuhan pasokan
gasnya dapat diperkecil.
Bagi yang berminat untuk mengembangkan konsep ini diharapkan untuk memperhatikan
masalah keamanan mengingat bahaya gas brown yang mudah sekali meledak dan perambatan
nyalanya yang cepat.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Harianto, A., & Kawano, D. S. (2015). Studi Eksperimen Pengaruh Pencampuran Gas HHO
Pada Gas LPG Secara Premixed Terhadap Bentuk Nyala Api Bunsen Burner. Elemen, 1-4.
[2] Hurtak, J. J., & Hurtak, D. (2014, Juni-Juli). The History And Future Of Brown's Gas.
Nexusmagazine, 49-81.
[3] K, V., & G, J. C. (2015). Fabrication of Hydrogen Powered Engine. International Journal of
Research in Mechanical Engineering, 8-10.
[4] Pratama, R. A., & Kawano, D. S. (2013). Pengaruh Penggunaan Frekuensi Listrik Terhadap
Performa Generator HHO dan Unjuk Kerja Engine Honda Kharisma 125CC. Jurnal Teknik
Pomits, 294-298.
[5] w, R. T., & Supa’at , N. (2009). Proses Elektrolisa Pada prototipe 'Kompor Air' Dengan
Pengaturan Arus dan Temperatur. Surabaya: ITS .
Seminar Nasional dan Gelar Produk | SENASPRO 2016
473