Fuel Cell

Topik yang saya ambil sebagai tugas akhir (skripsi) di jenjang S1 (sarjana) ini adalah tentang penggunaan material komposit yang akan digunakan sebagai pelat bipolar yang dituntut memiliki konduktifitas serta kekuatan yang baik. Material komposit ini termasuk jenis PMC atau Polimer Matriks Komposit. Pada postingan kali ini saya ingin membahas sekilas tentang fuel cell yang merupakan suatu sumber daya yang terbaharukan dan menjadi tujuan akhir dari penelitian yang saya lakukan ini.

Sebagai suatu perangkat konversi energi, sel bahan bakar (fuel cell) merupakan salah satu perangkat energi alternatif yang cukup menjanjikan. Sel bahan bakar (fuel cell) adalah suatu alat konversi energi dari energi hidrogen menjadi energi listrik melalui suatu reaksi elektrokimia. Bahan baku utama dari sel bahan bakar (fuel cell) adalah gas hidrogen yang dapat berasal dari sinar matahari, sampah organik (biomass) ataupun dari angin. Sel bahan bakar (fuel cell) merupakan alat konversi energi yang dapat diisi ulang (rechargeable) dan juga dapat dibawa kemana-mana (portable). Semua hal tersebut di atas membuat sel bahan bakar (fuel cell) dapat dijadikan sebagai sumber energi yang cukup potensial untuk mengatasi permasalahan energi global dewasa ini.

Sejarah dan perkembangan sel bahan bakar (fuel cell) ini cukup panjang. Terminologi fuel cell pertama kali diperkenalkan oleh Sir Wiliam Grove pada tahun 1839. Grove menemukan bahwa ternyata air dapat terurai menjadi gas hidrogen dan gas oksigen ketika diberikan suatu arus listrik. Grove kemudian berhipotesis bahwa jika reaksi elektrokimia tersebut dapat dibalik di mana ketika gas hidrogen direaksikan dengan gas oksigen maka dapat menghasilkan air dan juga energi listrik. Terminologi inilah yang pertama kali mendasari pemikiran mengenai pengembangan teknologi sel bahan bakar (fuel cell).

Fuel cell adalah sebuah alat elektrokimia yang mirip dengan baterai, tetapi berbeda karena dia dirancang untuk dapat diisi terus reaktannya yang terkonsumsi; yaitu dia memproduksi listrik dari penyediaan bahan bakar hidrogen dan oksigen dari luar. Hal ini berbeda dengan energi internal dari baterai. Sebagai tambahan, elektroda dalam baterai beraksi dan berganti pada saat baterai diisi atau dibuang energinya, sedangkan elektroda sel bahan bakar adalah katalitik dan relatif stabil.

Reaktan yang biasanya digunakan dalam sebuah sel bahan bakar adalah hidrogen di sisi anode dan oksigen di sisi kathoda (sebuah sel hidrogen). Biasanya, aliran reaktan mengalir masuk dan produk dari reaktan mengalir keluar. Sehingga operasi jangka panjang dapat terus menerus dilakukan selam aliran tersebut dapat dijaga kelangsungannya.

Sel bahan bakar seringkali dianggap sangat menarik dalam aplikasi modern karena efisiensi tinggi dan penggunaan bebas-emisi, berlawanan dengan bahan bakar umum seperti methane atau gas alam yang menghasilkan karbon dioksida. Satu-satunya hasil produk dari bahan bakar yang beroperasi menggunakan hidrogen murni adalah uap air. Namun ada kekhawatiran dalam proses pembuatan hidrogen yang menggunakan banyak energi. Memproduksi hidrogen membutuhkan "carrier" hidrogen (Biasanya bahan bakar fosil, meskipun air dapat dijadikan alternatif), dan juga listrik, yang diproduksi oleh bahan bakar konvensional. Meskipun sumber energi alternatif seperti energi angin dan surya dapat juga digunakan, namun sekarang ini mereka sangat mahal.

Teknik Metalurgi dan Material UI

Perkenalkan nama saya Mohammad Ekaditya Albar. Saya adalah mahasiswa Fast Track dari jurusan Teknik Metalurgi dan Material Universitas Indonesia. Program peminatan yang saya ambil pada jenjang S2 / Magister ini adalah bidang Material. Saya memilih material karena berkaitan langsung dengan tugas akhir S1 (skripsi) yang sedang saya jalani yaitu bidang komposit sebagai aplikasi salah satu komponen fuel cell yang merupakan salah satu sumber daya energi yang terbaharukan.

Pada posting pertama saya kali ini, saya akan terlebih dahulu menjelaskan tentang Teknik Metalurgi dan Material sebagai tempat saya menimba ilmu. Teknik Metalurgi dan Material merupakan suatu disiplin ilmu yang mempelajari mengenai proses produksi, karakterisasi, pemilihan dan disain material teknik (engineering
materials). Secara fungsional, peran seorang magister teknik antara lain mendisain material baru/modifikasi, mengembangan     proses    manufaktur    baru/modifikasi,    seleksi    material,    karakterisasi struktur dan sifat material dan menganalisis bila terjadi kegagalan dalam penggunaannya. Pendidikan magister program studi Teknik Metalurgi dan Material bertujuan untuk menghasilkan Magister Teknik (MT) yang memiliki kemampuan dalam menentukan dan merekayasa, memproses pembuatan dan mengendalikan sifat – sifat material logam maupun non logam. Selain itu lulusan Program Studi Teknik Metalurgi dan Material FTUI juga memiliki kemampuan untuk melakukan analisis kegagalan material akibat penggunaanya.

Pada tahun ajaran 2011/2012 semester gasal ini, saya mengambil 4 mata kuliah magister. Mata kuliah beserta penjelasannya adalah sebagai berikut:

1. Material Teknik

Teori dasar material mencakup teori atom, ikatan atom, bonding system, struktur kristal, struktur dan sifat material, serleksi material     besi,     klasifikasi     penandaan     dan    spesifikasi     baja,     baja    paduan     rendah,     heat    treatable cabon steel dan low alloy steel, seleksi tool steel, seleksi stainless steel, besi
tuang, seleksi material non ferrous, (Al, Ti, Mg dan Ni serta paduanya), shape memori alloy (material cerdas), material in organik: keramik dan glass, mechanical behaviour of ceramic, material polimer, seleksi plastik, polimerisasi dan material komposit.

2. Kinetika dan Transformasi Fasa

Pengantar termodinamik, Efek Thomson, difusi, antar-muka dan energi/tegangan permukaan, kinetika pertumbuhan butir, pergerakan batas butir, nukleasi homogen dan heterogen, pertumbuhan kontinyu dan
lateral, pembekuan paduan, pembekuan kesetimbangan, pembekuan non equilibrium, pembekuan cellular dan dendritik, constitutional super-cooling, pembekuan eutektik, struktur eutektik, pertumbuhan eutektik, pembentukan rod dan lamellar, efek pengotor, antar-muka antar-fasa, koheren, semi-koheren dan non-koheren, migrasi antar-muka, pertumbuhan endapan, kinetik transformasi, rekristalisasi, pengkasaran
butir , pertumbuhan butir, age hardening, presipitasi ferrit dan austenite, reaksi pearlite, trasformasi bainite, transformasi martensite, transformasi spinodal, tempering martensite, studi kasus.

3. Karakterisasi Material + Lab

Pendahuluan, prosedur dan standar pengujian, prinsip dan metoda analisis lanjut untuk komposisi kimia material teknik (AAS, OES, EDS,    XPS),    identifikasi    struktur    kristal    (difraksi sinar    X),    metalografi    lanjut    (SEM,EPMA,TEM), serta analisis termal (DTA, TGA, DSC dan TMA).

4. Mekanika Material

Pengantar mekanika material, jenis-jenis kegagalan material, rekayasa dan seleksi material, deformasi elastis dan teori kekuatan, deformasi in-elastis, proses logam dan paduannya, komposit, keramik dan gelas, polymer, konsep tegangan dan regangan, model reologi, deformasi plastis, deformasi creep, material anisotropik, teori uji mekanik material, sifat tegangan-regangan, kecenderungan perilaku tarik, interpretasi
tegangan-regangan sesungguhnya, uji kompresi, kekerasan, impak, uji bending dan torsi, plane stress, plane strain, keadaan tegangan tiga dimensi,  tegangan pada bidang oktahedral, keadaan regangan komplek,
bentuk umum kriteria kegagalan, kriteri, konsep mekanika patahan, nilai fracture toughness, aplikasi nilai K pada disain dan analisa, kelelahan berdasarkan tegangan, siklus pembebanan, kurva tegangan-waktu, tegangan rata-rata, tegangan multiaxial, fatigue crack growth, kelelahan berdasarkan regangan, regangan vs umur, efek tegangan rata-rata, estimasi umur untuk komponen struktur dan creep.

Itulah keempat mata kuliah magister yang saya ikuti selama satu semester ini. Harapan saya dengan postingan saya ini adalah masyarakat pada umumnya dan para akademisi pada khususnya mengetahui perkembangan serta proses perjalanan penelitian serta aplikasi dari perkuliahan yang saya ikuti. Selain itu, diharapkan adanya proses saling tukar pikiran agar kita sama-sama bisa membantu dan memecahkan masalah yang berhubungan dengan topik bahasan ini.

Terima Kasih

Auf Wiedersehen