Fuel Cell Hidrogen (Jurusan Kimia Unesa)
Download as PPTX, PDF
1 like2,122 views
Fuel Cell Hidrogen beserta aspek kimia dan penerapannya dalam kehidupan
Fuel Cell Hidrogen (Jurusan Kimia Unesa)
- 1. ASPEK KIMIA, HIDROGEN FUEL CELL, DAN PENERAPANNYA NAMA : MUHAMAD GHADAFI KELAS : KIMIA A 2011 NIM : 113234019
- 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 (7001100 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.
- 16. Material untuk menyimpan H2 Metal-kompleks Kuasikrista Material karbon Utamanya Nanocarbon
- 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
- 20. Susunan Sel Bahan Bakar Hidrogen DC/DC Converters Inverter Susunan Batere Motor Listrik P Stack P Step- up P load + - + - P Batt I Stack I Step-up I Batt Ultra-Capacitors Bank P uC + _ + - I Uc
- 23. Klasifikasi Based on types of electrolyte: polymer electrolyte membrand fuel cell (PEMFC) alkaline fuel cell (AFC) phosphoric acid fuel cell (PAFC) molten carbonat fuel cell (MCFC) solid oxides fuel cell (SOFC)
- 24. (PEMFC)
- 26. REAKSI -Anode : H2 2H+ +2e- E = 0 VSHE (standard hidrogen electrode) -Cathode: 1/2O2 +2H+ +2e- H2O E0=1.229 VSHE Overall reaction: H2 + 1/2O2 H2O *E0=1.229 VSHE
- 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 TS
- 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):
- 32. Aplikasi Power: Type 212 submarine with fuel cell propulsion of the German Navy in dry dock
- 33. Fuel Cell In the Car
- 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
- 37. Daftar Rujukan www.wikipedia.org www.fuelcells.org www.fuelcellenergy.com onlinelibrary.wiley.com
Editor's Notes
- 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 m畛tphotonch畉m vo m畉nhsilic, m畛t trong hai i畛u sau s畉 x畉y ra:Photon truy畛n tr畛c xuy棚n qua m畉nh silic. i畛u ny th動畛ng x畉y ra khinng l動畛ngc畛a photon th畉p h董n nng l動畛ng 畛 畛 動a c叩c h畉telectronl棚n m畛c nng l動畛ng cao h董n.Nng l動畛ng c畛a photon 動畛c h畉p th畛 b畛i silic. i畛u ny th動畛ng x畉y ra khi nng l動畛ng c畛a photon l畛n h董n nng l動畛ng 畛 動a electron l棚n m畛c nng l動畛ng cao h董n.
- 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 Faradays 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 Faradays 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 submarinewith fuel cell propulsion of theGerman Navyin dry dock