Sumber Hidrogen Dari Limbah

“Di bawah ini adalah pendahuluan dari laporan Tugas Akhir mahasiswa saya atas nama Faatihatur R. Silmi angkatan 2011″. Mudah-mudahan bermanfaat.

Energi merupakan kebutuhan utama manusia dalam kehidupannya sehari-hari. Selama ini kebutuhan energi tersebut mayoritas dipenuhi berasal dari energi fosil. Sementara kebutuhan energi terus meningkat seiring dengan perkembangan ekonomi dan pertumbuhan penduduk berbanding terbalik dengan kondisi jumlah cadangan energi fosil yang tersedia. Energi fosil bukan termasuk energi terbarukan, karena pembentukan energi fosil memakan waktu jutaan tahun, sehingga dengan penggunaan energi fosil secara terus menerus akan mengurangi cadangan energi fosil tersebut (Das & Veziroglu, 2001). Jumlah cadangan energi fosil tersebut akan habis suatu saat.

Menurut data yang diperoleh kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral, rasio cadangan atau produksi energi Indonesia (2008) dengan asumsi tidak ada penemuan cadangan baru untuk minyak bumi adalah 23 tahun, gas bumi adalah 63 tahun, dan batu bara adalah 82 tahun (Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral, 2010). Selain itu penggunaan energi fosil dapat menyebabkan perubahan iklim global akibat emisi polutan seperti CO_x, NO_x, SO_x, C_xH_x, jelaga, abu dan polutan lain yang dilepaskan ke atmosfer sebagai akibat dari pembakaran bahan bakar fosil (Das & Veziroglu, 2001).

Melihat kondisi tersebut di atas, dibutuhkan penemuan dan pengembangan energi terbarukan, yaitu energi yang berasal dari proses alam yang berkelanjutan dan jumlahnya tak terbatas. Salah satu jenis energi terbarukan dan ramah lingkungan adalah bahan bakar hidrogen yang dapat digunakan dalam fuel cell. Dalam Fuel Cell Handbook edisi ke-tujuh yang diterbitkan oleh departemen energi Amerika Serikat, dijelaskan bahwa fuel cell adalah perangkat yang bekerja secara elektrokimia merubah energi kimia pada fuel cell menjadi energi listrik secara langsung, menjanjikan pembangkitan daya dengan efisiensi tinggi dan dampak negatif terhadap lingkungan minimum atau ramah lingkungan (EG&G Technical Services, Inc., 2004). Fuel cell merupakan energi terbarukan dengan potensi tinggi sebagai energi masa depan yang ramah lingkungan karena hasil samping dari proses pembangkitan energi listrik melalui proses fuel cell adalah berupa H₂O (Air). Reaksi dari H₂ (hidrogen) dan O₂ (oksigen) menghasilkan H₂O (EG&G Technical Services, Inc., 2004) yang terjadi pada katoda fuel cell. Melihat keunggulan tersebut penting untuk terus dilakukan pengembangan teknologi fuel cell.

Salah satu kendala dalam proses pembangkitan daya melalui fuel cell adalah ketersediaan hidrogen sebagai injeksi fuel cell  di mana di alam selalu bersenyawa dengan molekul lain, misalnya hidrogen dalam senyawa air (H₂O) atau hidrogen dalam senyawa limbah organik. Oleh karena itu diperlukan perlakukan khusus untuk memisahkan hidrogen dari senyawa asalnya. Proses pemisahan hidrogen ini dapat melalui proses reformer uap seperti dalam penelitian yang telah dilakukan oleh Kim dkk. Proses dengan referomer uap Kim pada tangki reduksi mensyaratkan temperatur minimal 1200 ^oC, di mana proses akan berjalan sangat lambat pada temperatur dibawah 1200 ^oC (Kim, 2009). Sedangkan metode lain adalah proses elektrolisis. Namun kedua proses tersebut membutuhkan biaya produksi yang tidak murah. Solusi yang ditawarkan adalah proses produksi bio-hidrogen berbasis limbah organik yang dapat direalisasikan oleh mikro-organisme anaerobik menggunakan bahan baku (substrat) kaya karbohidrat, yaitu pada proses fermentasi anaerob pada digester anaerob. Tiga tahap utama fermentasi anaerob pada digester anaerob adalah hidrolisis, asidogenesis, dan metanogenesis (Indriyati, 2007).

Pada fase asidogenesis dalam reaktor limbah organik diberikan perlakuan temperatur konstan dan kontrol pH sebagai pengkondisian lingkungan mikro-organisme anaerobik untuk meningkatkan produksi hidrogen. Penelitian produksi bio-hidrogen menggunakan limbah organik berupa nasi pada reaktor yang sedang dikembangkan di Program Studi Teknik Fisika Universitas Telkom. Pada penelitian berikutnya dikembangkan produksi bio-hidrogen dengan menganalisis pengaruh jenis substrat, disain reaktor, pengaruh proses pre-treatment, pengaruh sumber bakteri, dan lain-lain. Selain itu diperlukan pula penelitian pendukung seperti di bidang instrumentasi untuk pengukuran beberapa parameter dan sistem kontrol yang terintegrasi. Juga diperlukan sistem pemurnian gas hidrogen dan metode untuk penyimpanannya.