PRODUKSI GAS HIDROGEN

LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA ANORGANIK

PRODUKSI GAS HIDROGEN

Kamis, 12 September 2013

Dosen Pembimbing Praktikum:

ADI RIYADHI , MSi

Disusun oleh:

 SHOFIA FITHRIANI SANUSI (1112096000007)

  LUTHFI RIZKI FAUZI             (1112096 000020)

 YESI TRISTIYANTI                 (1112096000016)

 MELANI SABRINA                   (1112096000010)

KIMIA 3 -A

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

2013

PENDAHULUAN

1.   Latar Belakang

Revolusi teknologi  dan krisis bahan bakar yang terjadi saat ini telah mengantarkan kita berfikir kreatif untuk menciptakan energi  alternatif terbarukan yang dapat diperbaharui dan ramah lingkungan. Salah satu sumber energy alternatif yang ramah lingkungan adalah gas hidrogen. Salah satu energi alternatif yang ramah lingkungan adalah gas hidrogen. Hafez et al., (2009) menyatakan bahwa pembakaran gas hidrogen dapat menghasilkan energi yang lebih tinggi yaitu sekitar 142 kj/g atau 3 kali lebih baik jika dibandingkan hidrokarbon atau minyak bumi.Gas hidrogen memiliki berbagai keuntungan dibanding bahan bakar yang lain,yaitu hidrogen adalah bahan bakar bersih  ( rendah polusi) yang memiliki kandungan energi tinggi dan tidak berkontribusi dalam polusi atau emisi gas rumah kaca ke atmosfer pada saat pembakaran. (Kirtay, 2011). Selain itu, tidak menimbulkan penipisan lapisan ozon atau hujan asam karena pembakarannya hanya menyisakan uap air dan energi panas di udara .

Hidrogen ini juga telah digunakan bertahun-tahun sebelum akhirnya dinyatakan sebagai unsur yang unik oleh Cavedish pada tahun 1776. Hidrogen diperkirakan membentuk komposisi lebih dari 90% atom-atom di alam semesta (sama dengan tiga perempat masa alam semesta). Unsur ini ditemukan di bintang-bintang dan memainkan peranan yang penting dalam memberikan sumber energi jagad raya melalui reaksi-reaksi proton-proton dan siklus karbon-nitrogen. Proses fusi atom-atom hydrogen menjadi helium di matahari menghasilkan jumlah energi yang sangat besar. Hydrogen dalam bentuk cair sangat penting untuk bidang penelitian suhu rendah (cryogenics) dan studi uperkonduktivitas karena titik cairnya hanya 20 derajat di atas 0 Kelvin (Porwoko, 2001: 321).

 Selain itu, gas hidrogen (H2) mempunyai gravimetrik densitas energi yang paling tertinggi diantara beberapa bahan bakar dan cocok terhadap elektrokimia dan proses pembakaran untuk konversi energi tanpa menghasilkan emisi karbon yang telah memberikan konstribusi pada polusi lingkungan dan perubahan iklim. Sekarang ini, sebagian besar H2 diproduksi dengan cara elektrolisa air atau perubahan dari metan. Teknologi produksi H2 secara bio (Bio-H2) memberikan pendekatan yang lebar terhadap produksi H2 termasuk biofotolisis langsung, biofotolisis tidak langsung, foto fermentasi dan fermentasi gelap. Fermentasi tanpa menggunakan cahaya ini merupakan salah satu energi bersih masa depan untuk menuju sasaran tanpa limbah dikarenakan dapat dipakainya limbah pertanian dan limbah industry sebagai substrat mikroorganisma (Mahyudin dan Koesnandar, 2006).

2.   Tujuan

·      Membuat gas hidrogen dengan mereaksikan alumunium dengan basa

·      Mengetahui sifat-sifat dari gas hydrogen

·      Mengetahui kegunaan gas hidrogen dalam kehidupan

TINJAUAN PUSTAKA

1.   Informasi Umum tentang Hidrogen

Hidrogen (bahasa Latin: hydrogenium, dari bahasa Yunani: hydro: air, genes: membentuk) adalah unsur kimia pada tabel periodik yang memiliki simbol H dan nomor atom 1. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak berwarna, tidak berbau, bersifat non logam, bervalensi tunggal, dan merupakan gas diatomik yang sangat mudah terbakar. Dengan massa atom 1,00794 amu, hidrogen adalah unsur teringan yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Hidrogen atau H₂ mempunyai kandungan energi per satuan berat tertinggi, dibandingkan dengan bahan bakar manapun. Hidrogen ini merupakan unsur yang sangat aktif secara kimia, sehingga jarang sekali ditemukan dalam bentuk bebas. Di alam, hidrogen terdapat dalam bentuk senyawa dengan unsur lain, seperti dengan oksigen dalam air atau dengan karbon dalam metana. Sehingga untuk dapat memanfaatkanya, hidrogen harus dipisahkan terlebih dahulu dari senyawanya agar dapat digunakan sebagai bahan bakar.

Hidrogen juga adalah unsur paling melimpah dengan persentase kira-kira 75% dari total massa unsur alam semesta. Kebanyakan bintang dibentuk oleh hidrogen dalam keadaan plasma. Senyawa hidrogen relatif langka dan jarang dijumpai secara alami di bumi, dan biasanya dihasilkan secara industri dari berbagai senyawa hidrokarbon seperti metana. Hidrogen juga dapat dihasilkan dari air melalui proses elektrolisis, namun proses ini secara komersial lebih mahal daripada produksi hidrogen dari gas alam.

Dalam keadaan normal di bumi, unsur hidrogen berada dalam keadaan gas diatomik. Namun, gas hidrogen sangatlah langka di atmosfer bumi (1 ppm berdasarkan volume) oleh karena beratnya yang ringan yang menyebabkan gas hidrogen lepas dari gravitasi bumi. Walaupun demikian, hidrogen masih merupakan unsur paling melimpah di permukaan bumi ini. Kebanyakan hidrogen bumi berada dalam keadaan bersenyawa dengan unsur lain seperti hidrokarbon dan air. Gas hidrogen dihasilkan oleh beberapa jenis bakteri dan ganggang dan merupakan komponen alami dari kentut. Penggunaan metana sebagai sumber hidrogen akhir-akhir ini juga menjadi semakin penting.

Informasi umum
Nama, lambang, nomor atom	hidrogen, H, 1
Deret kimia	nonlogam
Golongan, periode, blok	1, 1, s
Berat atom standar	1,00794(7) g·mol−1
Konfigurasi elektron	1s1
Elektron per kelopak	1

2.   Sumber dan Pembuatan Hidrogen

Hidrogen diperkirakan membentuk komposisi lebih dari 90% atom-atom di alam semesta (sama dengan tiga perempat massa alam semesta). Unsur ini ditemukan di bintang-bintang dan memainkan peranan yang penting dalam memberikan sumber energi jagat raya melalui reaksi proton-proton dan siklus karbon-nitrogen. Proses fusi atom-atom hidrogen menjadi helium di matahari menghasilkan jumlah energi yang sangat besar.

Hidrogen dapat dipersiapkan dengan berbagai cara:

• ·Uap dari elemen karbon yang dipanaskan
• ·Dekomposisi beberapa jenis hidrokarbon dengan energi kalor
• ·Reaksi-reaksi natrium atau kalium hidroksida pada aluminium
• ·Elektrolisis air
• ·Pergeseran asam-asam oleh metal-metal tertentu

Tiap-tiap metode memiliki keunggulan dan kekurangan masing-masing. Tetapi secara umum parameter yang dapat dipertimbangkan dalam memilih metode pembuatan H₂ adalah biaya, emisi yang dihasilkan, kelayakan secara ekonomi, skala produksi dan bahan baku. Berikut metode-metode yang digunakan dalam pembuatan hydrogen :

a.      Steam Reforming

Dalam proses ini, gas alam seperti metana, propana atau etana direaksikan dengan steam (uap air) pada suhu tinggi (700 – 1000^oC) dengan bantuan katalis, untuk menghasilkan hidrogen, karbon dioksida (CO₂) dan karbon monoksida (CO). Sebuah reaksi samping juga terjadi antara karbon monoksida dengan steam, yang menghasilkan hidrogen dan karbon dioksida. Persamaan reaksi yang terjadi pada proses ini adalah:

CH₄ + H₂O         CO + 3H₂

CO + H₂O            CO₂ + H₂

Gas hidrogen yang dihasilkan kemudian dimurnikan, dengan memisahkan karbon dioksida dengan cara penyerapan. Steam reforming banyak digunakan untuk memproduksi gas hidrogen secara komersil di berbagai sektor industri, diantaranya industri pupuk dan hidrogen peroksida (H₂O₂). Akan tetapi metode produksi seperti ini sangat tergantung dari ketersediaan gas alam yang terbatas, serta menghasilkan gas CO₂, sebagai gas efek rumah kaca.

b.      Reaksi alumunium dengan Basa

alumunium beralkalin untuk dijadikan fuel cell alumunium alkalinudara. Fuel cell alumunium alkalin-udara adalah serangkaian anoda alumunium dalam larutan beralkalin dan gas oksigen berada dikatoda yang akan menghasilkan energi listrik. Fuel cell berbasis alumunium alkalin-udara sangat ramah lingkungan karena produk sampingnya adalah air dan bahan kimia (aluminum oksida (Al2O3) dan aluminum hidroksida Al(OH)3 yang dibutuhkan industry pemurnian air dan industri kertas serta alat-alat elektronik (Kulakov & Ross 2007). Penelitian ini mencoba untuk memanfaatkan limbah alumunium foil (pembungkus makanan) dan limbah kaleng minuman sebagai sumber dari alumunium untuk produksi hidrogen. Penelusuran pustaka dan referensi belum ditemukan laporan mengenai pemanfaatan limbah alumunium foil dan limbah alumunium dari kaleng minuman untuk produksi gas hidrogen. Untuk itulah dilakukan penelitian produksi gas hydrogen dari limbah alumunium foil dengan menggunakan katalis NaOH. Produksi gas hidrogen melalaui jalur ini selain memanfaatkan limbah di lingkungan sekitar juga merupakan energi yang mudah dikonversikan menjadi listrik dan bahan bakar, aman untuk lingkungan, karena tidak menyisakan limbah beracun, dan bersih, hanya air dan bahan kimia seperti aluminum hidroksida Al(OH)3 yang dapat digunakan kembali.

c.       Gasifikasi Biomasa

Metode yang kedua adalah gasifikasi biomasa atau bahan alam seperti jerami, limbah padat rumah tangga atau kotoran. Di dalam prosesnya, bahan-bahan tadi dipanaskan pada suhu tinggi dalam sebuah reaktor. Proses pemanasan ini mengakibatkan ikatan molekul dalam senyawa yang ada menjadi terpecah dan menghasilkan campuran gas yang terdiri dari hidrogen, karbon monoksida dan metana.

Selanjutnya dengan cara yang sama seperti pada steam reforming, metana yang dihasilkan diubah menjadi gas hidrogen. Gasifikasi biomasa atau bahan organik memiliki beberapa keunggulan, antara lain menghasilkan lebih sedikit karbon dioksida, sumber bahan baku yang berlimpah dan terbarukan, bisa diproduksi di hampir seluruh tempat di dunia serta biaya produksi yang lebih murah.

d.      Gasifikasi Batu Bara

Gasifikasi batu bara merupakan metode pembuatan gas hidrogen tertua. Biaya produksinya hampir dua kali lipat dibandingkan dengan metode steam reforming gas alam. Selain itu, cara ini pula menghasilkan emisi gas buang yang lebih signifikan. Karena selain CO₂ juga dihasilkan senyawa sulfur dan karbon monoksida.

Melalui cara ini, batu bara pertama-tama dipanaskan pada suhu tinggi dalam sebuah reaktor untuk mengubahnya menjadi fasa gas. Selanjutnya, batu bara direaksikan dengan steam dan oksigen, yang kemudian menghasilkan gas hidrogen, karbon monoksida dan karbon dioksida.

e.       Elektrolisa Air (H₂O)

Elektrolisa air memanfaatkan arus listrik untuk menguraikan air menjadi   unsur-unsur pembentuknya, yaitu H₂ dan O₂. Gas hidrogen muncul di kutub negatif atau katoda dan oksigen berkumpul di kutub positif atau anoda. Hidrogen yang dihasilkan dari proses elektrolisa air berpotensi menghasilkan zero emission, apabila listrik yang digunakan dihasilkan dari generator listrik bebas polusi seperti energi angin atau panas matahari. Namun demikian dari sisi konsumsi energi, cara ini memerlukan energi listrik yang cukup besar.

Selain keempat metode di atas, masih ada metode lain untuk memproduksi gas hidrogen, yaitu antara lain photoelektrolisis, dekomposisi air pada suhu tinggi (themal decomposition of water), photobiological production, plasmatron, fermentasi bahan organik dan lain-lain.

3.   Sifat-sifat Unsur Hidrogen

a.      Sifat Fisika Dan Kimia Hidrogen

a)        Sifat Fisika

§ Titik lebur                     : -259,14⁰C

§ Titik didih                     : -252,87 ⁰C

§ Warna                             : tidak berwarna

§ Bau                                   : tidak berbau

§ Densitas                          : 0,08988 g/cm3 pada 293 K

§ Kapasitas panas           : 14,304 J/gK

b)       Sifat Kimia

§ Panas Fusi                    : 0,117 kJ/mol H2

§ Energi ionisasi 1         : 1312 kJmol

§ Afinitas electron         : 72,7711 kJ/mol

§ Panas atomisasi          : 218 kJ/mol

§ Panas penguapan       : 0,904 kJ/mol H2

§ Jumlah kulit                  : 1

§ Biloks minimum         : -1

§ Elektronegatifitas       : 2,18 (skala Pauli)

^§   Konfig electron            : 1s¹

§ Biloks maksimum        : 1

§ Volume polarisasi        : 0,7 ų

§ Struktur                           : hcp (hexagonal close packed) (padatan H2)

§ Jari-jari atom                  : 25 pm

§ Konduktifitas termal   : 0,1805 W/mK

§ Berat atom                      : 1,0079

§ Potensial ionisasi          : 13,5984 eV

Kelarutan dan karakteristik hidrogen dengan berbagai macam logam merupakan subyek yang sangat penting dalam bidang metalurgi (karena perapuhan hidrogen dapat terjadi pada kebanyakan logam) dan dalam riset pengembangan cara yang aman untuk meyimpan hidrogen sebagai bahan bakar. Hidrogen sangatlah larut dalam berbagai senyawa yang terdiri dari logam tanah nadir dan logam transisi dan dapat dilarutkan dalam logam kristal maupun logam amorf. Kelarutan hidrogen dalam logam disebabkan oleh distorsi setempat ataupun ketidakmurnian dalam kekisi hablur  logam.

Gas hidrogen sangat mudah terbakar dan akan terbakar pada konsentrasi serendah 4% H₂ di udara bebas. Entalpi pembakaran hidrogen adalah -286 kJ/mol. Hidrogen terbakar menurut persamaan kimia:

2 H₂(g) + O₂(g) → 2 H₂O(l) + 572  kJ (286 kJ/mol)

Ketika dicampur dengan oksigen dalam berbagai perbandingan, hidrogen meledak seketika disulut dengan api dan akan meledak sendiri pada temperatur 560 °C. Lidah api hasil pembakaran hidrogen-oksigen murni memancarkan gelombang ultraviolet dan hampir tidak terlihat dengan mata telanjang. Oleh karena itu, sangatlah sulit mendeteksi terjadinya kebocoran hidrogen secara visual. Karakteristik lainnya dari api hidrogen adalah nyala api cenderung menghilang dengan cepat di udara, sehingga kerusakan akibat ledakan hidrogen lebih ringan dari ledakan hidrokarbon. H₂ bereaksi secara langsung dengan unsur-unsur oksidator lainnya. Ia bereaksi dengan spontan dan hebat pada suhu kamar dengan klorin dan fluorin, menghasilkan hidrogen halida berupa hidrogen klorida dan hidrogen fluorida.

4.   Kegunaan Hidrogen

a.       Bidang kimia organik.

Hidrogen sering dipakai untuk reaksi hidrogenasi senyawa alkena atau alkuna untuk sintesis senyawa organik. Senyawa hidrida misalnya MgH₂, NaH, LiH, dan lain-lain sering dipakai untuk reagen pereduksi senyawa organik dan hal ini sering dipakai dalam proses sistesis senyawa organik misalnya untuk reduksi senyawa aldehid atau keton.

b.       Bidang industri.

Hidrogen banyak digunakan dalam industri kimia maupun industri petrokimia. Penggunaan terbesar hidrogen adalah untuk proses peng-upgrading-an bahan bakar fosil dan untuk pembuatan gas NH₃ sebagai bahan dasar untuk industri pupuk. Dalam industri makanan hidrogen banyak dipakai untuk meningkatkan kejenuhan minyak menjadi lemak seperti banyak dipergunakan dalam industri margarine. Untuk industri petrokimia maka hidrogen banyak dipakai untuk proses hidrodealkilasi, hidrodesulfurasi, dan hidrocracking. Hidrogen juga dipakai sebagai bahan dasar untuk industri penghasil methanol dan industri penghasil HCl. Industri pertambangan hidrogen dipakai untuk agen pereduksi biji logam.

c.       Bidang fisika dan teknik.

Hidrogen dipakai sebagai shielding gas untuk pengelasan. Hidrogen juga dipakai sebagai zat pendingin rotor dalam generator listrik di stasiun penghasil listrik. Disebabkan hidrogen memiliki konduktifitas termal yang tingga maka hidrogen cair dipakai dalam studi-studi kriyogenik meliputi penelitian superkonduktor. Karena hidrogen sangat ringan maka banyak dipakai sebagai gas pengangkat dalam balon dan pesawat udara kecil untuk tujuan penelitian.

Hidrogen di campur dengan nitrogen dipakai sebagai gas pelacak kebocoran yang dapat diaplikasikan dalam bidang otomotif, kimia, stasiun pembangkit listrik, aerospace, dan telekomonikasi.Isotop hidrogen seperti deuterium dipakai dalam aplikasi reaksi nuklir sebagai medium yang dapat memperlambat laju netron yang dihasilkan dari reaksi fisi dan fusi. Deuterium juga dipakai untuk penanda reagen yang akan direaksikan untuk proses sintesis. Tritium dihasilkan dari reactor nuklir dipakai untuk produksi bom hidrogen dan sebagai label dalam cat luminasi

METODOLOGI PERCOBAAN

1.    Alat dan Bahan

a.       Alat

Alat yang digunakan dalam percobaan pembuaran hydrogen ini adalah botol minuman air kemasan, selang , botol kecap, labu ukur, gelas ukur, gelas arloji, batang pengaduk, neraca analitik dan gelas piala

b.       Bahan

Bahan yang digunakan dalam praktikum kali ini adalah alumunium foil, aquadest, NaOH dan aquades

2.   Cara Kerja

a.      Pembuatan Reaktor Penghasil Gas Hidrogen

·      Selang dipotong sepanjang 40 cm

·      Bagian bawah dan atas botol kemasan dilobangi  menggunakan solder

·      Selang simasukkan kedalam lobang atas botol kemasan dan bagian atas botol kecap( sebagai reaktor ) setelah itu botol kemasan dimasukkan kedalam gelas piala  yang telah berisi air.

·      Reaktor siap untuk digunakan seperti pada gambar .

b.      Pembuatan larutan NaOH 3M , 250 mL

·      Serbuk NaOH ditimbang dengan teliti sesuai dengan hasil perhitungan.

·      Serbuk NaOH tersebut dimasukkan dan di larutkan dengan aquadest kedalam gelas piala sambil diaduk.

·      Kemudian dimasukkan kedalam labu ukur 250 mL dan tambahkan aquadest sedikit demi sedikit sampai tanda batas.

c.       Pembuatan gas hidrogen

·      25 mL NaoH 3M dan 0,2014 gram  alumunium foil dimasukkan kedalam reaktor

·      Reaktor dikocok untuk mempercepat laju reaksinya

·      Diamati yang terjadi

·      Dilakukan langkah yang sama untuk masssa alumunium foil 0,3020 gram  dan 0,4043 gram

HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

Percobaan ke-	Massa Alumunium foil ( gram )	V1 ( mL)	V2 ( mL )	∆ V ( mL )	Ket reaktor	Ket di beaker
1	0,2014	700	890	190	Ada gelembung +	Ada tekanan +
2	0,3020	600	860	260	Ada gelembung ++	Ada tekanan ++
3	0,4043	600	940	340	Ada gelembung +++	Ada tekanan +++

Berdasarkan tabel diatas  dapat diketahui bahwa Percobaan yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui dan mempelajari cara pembuatan serta sifat-sifat hydrogen, dimana hydrogen merupakan suatu molekul gas diatomic paling ringan di dunia, yang pada suhu dan tekanan standar tidak berwarna, tidak berbau dan tidak dapat dirasakan yang mana pada percobaan kali ini dibuat dari basa kuat NaOH.

Percobaan pertama logam yang digunakan disini adalah 0,2014 kertas Al foil  yang berwarna perak. Alumunium foil ini ditambahkan pada 25 mL NaOH 3M yang terdapat dalam reaktor nya menimbulkan gelembung-gelembung pada reaktor dan menyebabkan air yang terdapat dalam gelas piala naik 190 mL dari volume 700 mL menjadi 890 mL.  Sedangkan pada percobaan kedua menggunakan 25 mL NaOH 3M dengan volume awal di gelas piala 600 mL setelah ditambah 0,3020 gram alumunium foil volumenya bertambah menjadi 860 mL sehingga didapat selisihnya adalah 260 mL.Pertambahan volume pada gelas beaker dan adanya gelembung pada reaktor tersebut menandakan adanya gas hidrogen yang terbetuk.Serta percobaan yang ketiga adalah dengan menambahkan 0,4043 mL pada 25 mL larutan NaOH menyebabkan gelembung pada reaktornya lebih banyak dari percobaan 1 dan 2 serta menyebabkan pertambahan volume sebesar 340 mL dari volume awal 600 mL menjadi 940 mL selain itu tekanan yang dihasilkan semakin besar. Maka dari data- data diatas dapat diketahui bahwa Semakin banyak alumunium foil yang digunakan semakin besar volume dan tekanan gas hidrogen yang dihasilkan.

  

PENUTUP

1.   Kesimpulan

Semakin banyak alumunium foil yang digunakan semakin besar volume gas hidrogen yang dihasilkan

2.   Saran

Berdasarkan uraian di atas semoga memberikan manfaat bagi pembaca khususnya bagi penyusun secara pribadi.

Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu kami mengharapkan kritik dan saran dari pembaca untuk perbaikan penyusunan laporan di masa yang akan datang.

DAFTAR PUSTAKA

http://anekailmu.blogspot.com/2009/04/pembuatan-gas-hidrogen-h2.html

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/37616/5/Chapter%20I.pdf

http://desi4ict.wordpress.com/2012/11/25/makalah-hidrogen-h2/

Bottom of Form

LAMPIRAN