1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Hingga kini kita tidak bisa terlepas akan pentingnya energi. Energi merupakan hal yang vital bagi kelangsungan hidup manusia. Energi pertama kali dicetuskan oleh James Prescott Joule. Dalam hukum kekekalan energi, energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain tapi tidak bisa diciptakan ataupun dimusnahkan (konversi energi). Energi di dunia ini sangatlah terbatas, namun kebutuhan akan permintaan energi sangatlah tinggi. Dari tahun ke tahun jumlah penduduk Indonesia sebagai salah satu negara berkembang di dunia terus mengalami pertumbuhan. Pertumbuhan tersebut menimbulkan berbagai dampak terhadap aspek kehidupan manusia. Salah satu aspek yang cukup terpengaruh dengan adanya pertambahan jumlah penduduk adalah penggunaan energi untuk menunjang kebutuhan hidup yang meliputi sektor industri, transportasi, rumah tangga, dan lain sebagainya. Semakin banyak penduduk yang berada di sebuah negara, semakin banyak pula energi yang dibutuhkan dan digunakan oleh negara tersebut. Gambar 1.1 Diagram konsumsi energi final per jenis (Sumber: Outlook energi Indonesia, 2013)
2 Berdasarkan grafik di atas, konsumsi energi terbesar dari tahun 2000 sampai 2011 ialah jenis BBM. BBM yang berasal dari fosil ini paling banyak digunakan oleh masyarakat di Indonesia, baik itu dalam sektor industri (untuk bahan bakar mesin), transportasi (bensin dan solar), rumah tangga (minyak tanah), dan lain sebagainya. Selain BBM, batubara juga merupakan energi yang berasal dari fosil. Ketergantungan Indonesia terhadap bahan bakar fosil sudah mencapai angka 97% (Wangi, 2014). Untuk mengatasi krisis energi tersebut, salah satu solusi yang bisa dikembangkan yaitu energi baterai. Baterai merupakan suatu peralatan elektronik yang mengkonversi energi kimia menjadi energi listrik. Baterai mempunyai dua elektroda dimana reaksi kimia akan berlangsung dengan menghasilkan suatu elektron. Kedua elektroda dihubungkan dengan suatu larutan yang biasanya disebut elektrolit dan melaluinya ion dapat bergerak untuk melengkapkan sebuah rangkaian sirkuit elektronik. Elektron yang dihasilkan dari anoda akan mengalir melalui sirkuit eksternal menuju katoda. Pergerakkan dari elektron ini akan menghasilkan arus listrik yang dapat digunakan sebagai sumber energi bagi suatu peralatan elektronik. Salah satu jenis baterai ini adalah baterai aluminium udara (Alva, 2011). Seiring berkembangnya teknologi, penggunaan baterai mulai meluas. Bentuk baterai pun kini mulai bermacam-macam, sesuai dengan kebutuhan. Dibalik gencarnya penelitian terhadap sumber energi alternatif lain, penggunaan baterai khususnya baterai primer masih belum dapat dipisahkan dari kehidupan masyarakat. Selain mudah diperoleh dan harganya yang relatif murah, penggunaan baterai primer sekali pakai ternyata menimbulkan efek pencemaran terhadap lingkungan. Kurangnya sarana pengolahan limbah dari baterai bekas serta kurangnya pengetahuan masyarakat terhadap kandungan kimia pada limbah baterai membuat limbah baterai ini berakhir di tempat sampah. Padahal didalam limbah baterai tersebut terdapat kandungan logam seperti: mangan, merkuri, kadmium, alkali dan lain sebagainya. Yang dapat mencemari air dan tanah, yang kemudian mengancam kehidupan ikan, tanaman, dan secara tidak langsung mengancam kesehatan manusia apabila limbah baterai tersebut tercampur dengan limbah padat lainnya (Bararah, 2011).
3 Baterai konvensional dengan baterai logam udara memiliki perbedaan dari struktur selnya. Baterai logam udara mempunyai struktur yang terbuka dan menggunakan gas oksigen dari udara untuk masuk ke dalam sistem baterai melalui katoda. Sementara itu, struktur sel pada baterai konvensional adalah tertutup (Jang dkk, 2011). Menurut Vincenzo dkk (2014). Secara umum, baterai logam udara mempunyai tiga komponen utama. Pertama yaitu anoda yang berupa bahan logam, kedua adalah elektrolit; dimana elektrolit yang paling umum adalah KOH, ketiga adalah katoda yang berupa karbon berpori. Bahan logam yang biasa dipergunakan sebagai anoda pada sistem akues diantaranya adalah logam Ca, Al, Fe, Cd dan Zn. Baterai aluminium udara mempunyai densitas energi yang lebih besar dibanding baterai seng udara. Elektrolit merupakan komponen yang berfungsi sebagai jembatan garam dalam sistem sel galvanis atau baterai. Tujuan nya sebagai mediator untuk terjadinya perpindahan ion di dalam sistem baterai, sehingga reaksi elektrokimia dapat berlangsung (Wang, 2006). Karbon aktif dengan bahan baku tempurung kelapa dipilih pada penelitian ini, karena memiliki potensi untuk pembuatan massal dan luas permukaan yang dihasilkan juga cukup besar yaitu berkisar antara 524-704 m 2 /gr. Luas permukaan menjadi parameter pemilihan bahan, karena pada aplikasi penyerapan udara, semakin besar luas permukaan maka kapasitas penyerapan dari karbon aktif akan semakin besar (Lestari, 2010). Semua bahan baku arang aktif yang mengandung karbon, berbagai jenis kayu, sekam padi, tulang binatang, batubara, tempurung kelapa, kulit biji kopi. Bila bahanbahan tersebut dibandingkan, tempurung kelapa merupakan bahan terbaik yang dapat dibuat menjadi karbon aktif. Karena memiliki mikropori yang banyak, kadar abu yang rendah, kelarutan dalam air yang tinggi dan reaktivitas yang tinggi (Subadra, 2005). Oleh karena itu peneliti menggunakan bahan baku dari arang tempurung kelapa untuk pembuatan katoda pada baterai alumunium udara, karena konsep dasar dari baterai alumunium udara yaitu; menyerap udara untuk masuk ke dalam sistem baterai melalui katoda pada baterai alumunium udara.
4 1.2 RUMUSAN MASALAH Untuk lebih memfokuskan permasalahan dalam penelitian ini maka peneliti merumuskan: 1. Bahaya limbah dari baterai primer bekas yang dapat mencemari lingkungan 2. Bahan baku katoda baterai primer lebih mahal dan lebih banyak campuran bahan kimia yang digunakan dibanding dengan katoda udara baterai alumunium udara 3. Proses pembuatan katoda udara komersial sangat kompleks sehingga memerlukan waktu yang lebih lama 1.3 TUJUAN PENELITIAN Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Aktivasi arang tempurung kelapa menjadi karbon aktif dengan mencampur bahan kimia natrium hidroksida (NaOH) melalui proses pemanasan 2. Karakterisasi arang aktif tempurung kelapa setelah proses aktivasi 3. Pembuatan katoda udara menggunakan karbon aktif arang tempurung kelapa dengan penambahan katalis MnO2 4. Pengujian performa baterai alumunium udara dengan digital multimeter/avo meter (ampere volt ohm) pada penggunaan variasi katalis MnO2 1%, 5%, 10%, 20%, dan tanpa katalis 1.4 BATASAN MASALAH Untuk menghindari meluasnya masalah dan mempermudah memahami permasalahan yang akan dibahas maka perlu batasan masalah, yaitu: 1. Media aktivator arang tempurung kelapa menggunakan larutan natrium hidroksida (NaOH) dengan konsentrasi 0,1, 0,5, 1, 2, 3, 4 molaritas 2. Bahan baku yang digunakan untuk pembuatan katoda udara menggunakan karbon aktif arang tempurung kelapa lokal
5 3. Penggunaan katalis yang digunakan adalah manganese dioxide (MnO2) dengan variasi katalis 1%, 5%, 10%, 20% 4. Ukuran partikel karbon aktif, kandungan mineral dan ukuran pori-pori karbon aktif tidak menjadi perhatian dalam penelitian ini 1.5 SISTEMATIKA PENULISAN Untuk memperoleh gambaran tentang isi dan tugas akhir ini maka digunakan sistematika penulisan sebagai berikut: Bab I pendahuluan berisi tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, metode pengumpulan data dan sistematika penulisan dari Laporan Tugas Akhir pengembangan katoda udara berbasiskan arang tempurung kelapa pada pengaplikasian baterai alumunium udara. Bab II tinjauan pustaka berisi tentang teori-teori yang mendasari dalam pembuatan katoda udara, selain itu pada sub bab ini berisi teori-teori yang meliputi baterai logam udara, baterai alumunium udara, karbon aktif, katalis, anoda, elektrolit. Bab III metode penelitian yaitu menjelaskan gambaran tentang langkah langkah yang dilakukan selama proses penelitian serta analisis yang akan dilakukan dalam proses penelitian. Bab IV hasil yang dicapai dan potensi khusus. pada bab ini membahas dan menjelaskan mengenai data hasil adsorpsi yang lebih baik, data analisa nilai energi listrik yang optimal, perbandingan nilai energi listrik hasil dari penelitian sebelumnya. Bab V kesimpulan dan saran berisi tentang kesimpulan dari hasil analisis yang telah dilakukan serta saran agar pada penelitian berikutnya bisa menjadi lebih baik dan membuahkan hasil yang lebih maksimal.