Studi Material Komposit Magnesium Grafit (Mg/Cg) Terhadap Sifat Penyimpan Hidrogen (Hydrogen Storage)

BAB I

PENDAHULUAN

A.  Latar belakang

Hidrogen merupakan energi memiliki banyak kelebihan.Diantaranya adalah ringan, tersedia melimpah di alam, ramah lingkungan, serta dapat diperbaharui.Sifat hidrogen sangat reaktif, mudah terbakar dan meledak. Oleh karena itu masalah penyimpanannya menjadi persoalan yang perlu dpehatikan. Beberapa alternatif penyimpanan yang sudah dilakukan diantaranya adalah dengan mengompres di dalam tabung, (compressed hydrogen gas / CHG), hidrida logam (metal hydride), hidrogen cair dalam tangki, karbon penyerap hidrogen, dan di dalam ammonia^[1].

Tabel 1. Hasil penelitian paduan magnesium sebagai penerap hidrogen^[1]

No	Nama peneliti	Bahan	Metode pembuatan	Hasil	keterangan
1	Shin-ichi Orimo	Mg-Ni	MA	1,6 wt %, 448K	1998
2	K. Ikeda	Co , Cu substitution on MgNi	-MA dari Mg2Ni + Co dan Cu	RT, 1.25 wt % utk Co RT, 1.2 wt % utk Cu	1998
3	K.Yamamo To	MgNi	-MA	0.005-3 Mpa, 473K, 1.45 wt %	1999
4	JLBobet	Mg-M (Co, Ni, Fe)	-RMA	Mg-Co, 350°C, 1.1MPa, 5wt %	2001
5	N. Terrasita	(Mg1-xCax)Ni2	-melt	313K, 3.5MPa, 1.4 wt% (H/M~0.7)	2001
6	Liquan Li,	Mg2Ni	-Hydriding combustion	579-623K, 1.1MPa, 3.4-3.6 wt %	2001
7	Huabin Yang,	Mg2Ni0.75Co0.25	- BM diffusion - 0.06 M NH4F	250°C, H/M =1.18	2000
8	T. Spassov	Mg1.9M0.1Ni (M=Ti, Zr, V)	MA	250°C,  0.015 MPa, 3,0 wt %	2003
9	Hai-Liang Chu	Mg2Co	MA	80°C, 3 MPa, 2,1 wt %	2006
10	Hai-Liang Chu	Mg45Ni5Co50	MA	80°C, 3 MPa, 1,7 wt %	2006
11	L.Xie	Mg2Ni	HPMR	300°C, 4MPa, 2,6 wt%	2007
12	L.Xie	Mg2Ni0.90Co0.1	HPMR	300°C, 4MPa, 2,6 wt%	2007
13	I. Gonzalez	Mg2Co	MA	425°C, 5,9MPa, 4,0wt%	2008

Mayoritas hidrogen saat ini diproduksi dari bahan bakar fosil, baik melalui prosesreforming minyak bumi, gas alam, maupun gasifikasi batubara. Reaktor nuklir merupakansarana terbaik untuk memproduksi hidrogen secara ekonomis karena tidak menggunakan bahandasar fosil tetapi dari air yang dipecah (water splitting) maupun diproses secara kimia yangdikenal sebagai siklus sulfur-iodida dan siklus hibrida^[2].

Hidrogen merupakan sarana ideal untuk media simpan, transpor dan konversi energy dengan  tujuan untuk pengembangan konsep energi bersih serta bebas emisi^[2].Pengoperasian dalam transportasi membutuhkan penyinpan hidrogen yang effektif  yang meliputi:

·         laju kinetic yang cepat (cepat mendapat dan melepas)

·         kapasitas penyimpan yang tinggi

·         transfer panas yang effektif

·         beratnya ringan dan volum jenisnya tinggi

·         siklus kehidupan yang panjang untuk absorsi dan depsorsi hidrogen^[3].

Perbandingankapasitas penyimpanan dari berbagai metode ditampilkan pada Tabel 1.1.

Tabel 2.kapasitas hidrogen pada berbagai metode penyimpanan^[1]

Storage methode	Hydrogen capacity	Energy capacity	Possible application Areas
Gaseous 2	11.3 wt%	5.0 kW/kg	TR, CHP
Liquid H2	25.9 wt%	13.8 kW/kg	TR
Metal hydride	~2 - 5.5 wt%	0.8 – 2.3 kW/kg	PO, TR
Activated Carbon	5.2 wt%	2.2 kW/kg	-
Zeolites	0.8 wt%	0.3 kW/kg	-
Nanotubes	4.2 - 7 wt%	1.7 – 3.0 kW/kg	PO, TR
Fullerenes	~6 wt%	2.5 kW/kg	PO, TR
Chemical	8.9 – 15.1 wt%	3.8 – 7.0 kW/kg	All

Magnesium merupakan kandidat untuk media on-board storage hidrogen dalam bentuk padat karena material ini mampu menampung hidrogen sebesar 7,6% berat logam^[1,6]. Pada penelitian sebelumnya, hasil hidriding serbuk magnesium ukuran partikel <0,3 mm dan<60 μm hanya mampu menyerap hidrogen sebesar 0,071% berat logam, karena permukaan partikel logam dipenuhi oleh oksigen^[2].

Secara eksperiment telah ditemukan bahwa partikel yang lebih besar dari 75 μm, dalam proses hidriding menjadi sangat lambat ketika sekitar 30% dari sampel telah berubah menjadi MgH₂ dan pada akhirnya partikel tidak berakasi dengan inti logam magnesium^[3].

Unsur katalis seperti grafit, logam transisi, logam transisi oksida serta nitrit bermanfaat dalam mengatur disosiasi molekul hidrogen, difusi atom hidrogen kedalam lapisan magnesium, dan hydride nukleasi. Selama partikel dihasilkan melalui milling area permukaan lebih fresh, dan tempat aktif untuk memberikan jalan mudah dalam proses difusi hidrogen^[11]. Penambahan unsur katalis pun pernah dicoba pada penelitian sebelumnya. Dari hasil percobaan didapat pola diffraksi sinar-x yang menyatakan komposisi dari komponen grafit selama proses milling. Terdapat perbedaan degradasi yang signifikan antara percampuran magnesium grafit(Mg/Cg) dengan dan tanpa zat adiktif. Dan hasil Spektroskopi Raman pun membuktikan hasil dari mekanikal milling; struktur degradasi dari campuran grafit dengan penambahan benzena (Mg/Cg)_Benzena dominan terjadi pada perpecahan kisi grafit. Sedangkan pada grafit tanpa penambahan benzena(Mg/Cg)_none tidak selalu terdapat kerusakan^[9].

Dari hasil penelitian yang dilakukan oleh Hadi Suwarno dan kawan-kawan menyatakan bahwasintesis paduan hidrida logam pada awalnya dilakukan dengan metoda kering (dry method), dimana dua unsur dengan perbandingan stoikiometri tertentu dicampur dalam sebuah vial dalam suasana argon, kemudian di-milling dengan waktu tertentu. Namun, hasil yang diperoleh ternyata masih ada oksigen yang terjebak di dalam vial tersebut walaupun preparasi sampel berada di dalam glove box pada lingkunganargon. Magnesium merupakan bahan logam yang sangat reaktif dan sangat sensitif dengan kehadiran oksigen, sehingga magnesium ini sangat mudah berikatan dengan oksigen membentuk MgO. Dan senyawa MgO ini sangat tidak diinginkan kehadirannya. Untuk melindungi campuran tersebut agar tidakberinteraksi dengan oksigen, makaHadi Suwarno dan kawan-kawanmenambahkan zat adiktif yaitu toluena ke dalam campuran sehingga proses milling dilakukan dalam kondisi bercampur dengan toluen. Metode ini disebut dengan metode basah (wet method).^[12]

B.  Identifikasi Masalah

Dari latar belakang diatas dapat diambil beberapa masalah yaitu:

1. Berapakah tekanan yang efektif agar penyerapan hidrogen ke MgH₂optimal?
2. Apakah variasi berat magnesium grafit (Mg/Cg) berpengaruh terhadap sifat penyimpanaan hidrogen?
3. Berapakah waktu yang dibutuhkan oleh ball milling untuk membuat campuran magnesium grafit (Mg/Cg) berukuran nano?
4. Berapakah temperature yang dibutuhkan untuk proses absorpsi dan desorpsi hidrogen?
5. Apakah toluene berpengaruh signifikan terhadap perubahan struktur magnesium grafit (Mg/Cg)?

6.      Apakah variasi berat ball milling mampu meningkatkan sifat penyimpanan hidrogenpada campuran antara Magnesium dan grafit?

7. Bahan katalis apa yang paling baik sebagai katalis magnesium hydride (MgH₂)?

C.  Perumusan Masalah

Berdasarkan masalah diatas maka dapat diambil beberapa masalah:

1. Apakah variasi berat magnesium grafit (Mg/Cg) berpengaruh terhadap sifat penyimpanaan hidrogen?
2. Apakah toluen berpengaruh signifikan terhadap perubahan struktur magnesium grafit (Mg/Cg)?

D.  Tujuan Penelitian

1          Mengetahui pengaruh sifat penyimpanan hidrogen pada campuran magnesium grafit (Mg/Cg) yang dimilling dengan menambahkan toluene.

2          Menganalisis perbandingan berat (wt%) antara magnesium dan grafit pada komposit Mg/Cg terhadap  kapasitas penyimpan hidrogen.

3          Dapat melihat komparasi sifat penyimpanan hydrogen antara campuran magnesiumdengan grafit dan magnesium dengan katalis lain

4          Mengetahi temperatur yang dibutuhkan untuk proses absopsi dan desopsi hidrogen pada campuran magnesium grafit (Mg/Cg) dengan ditambahkan toluena

5          Mengetahui sifat penyimpanan hidrogen dengan XRD, DTA, dan SEM

E.  Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah:

1          Dihasilkan hydrogen storage berbahan Mg/Cg pada hydrogen.

2          Dapat mengetahui proses fisika dan kimia pada hydrogen storage.

3          Dapat mengetahui proses fisika dan kimia pada proses penyimpanan hydrogen.

4          Dapat mengetahui pengaruh penambahan zat adiktif (toluena) pada proses penghalusan Mg.

5          Penelitian ini dapat dijadikan salah satu referensi bagi penelitian hidrogen storage khususnya paduan magnesium grafit(Mg/Cg) kedepannya.