PROPOSAL
PEMBUATAN ALAT PERAGA
Hydrogeni : Revolutionary-Stove
DISUSUN OLEH:
1. Attharazka Al Ghifari Bintoro
2. Haris Early Renelio
3. Muhammad Adry Falaah
SMA FITRAH ISLAMIC WORLD ACADEMY (FIWA)
JL. H. MIING NO. 67 KARIHKIL, KECAMATAN CISEENG
KABUPATEN BOGOR, JAWA BARAT 16120
1445 H/2024 M
LEMBAR PENGESAHAN
Nama : 1. Attharazkha Alghifary Bintoro
2. Haris Early Renelio
3. Muhammad Adry Falaah
Judul : Hydrogen - Revolutionary Stove
Menyatakan bahwa proposal dan alat peraga yang kami buat merupakan hasil karya
sendiri dan belum pernah dipublikasi, dan disahkan oleh pembimbing serta kepala sekolah.
Bogor, 8 Oktober 2024
Mengesahkan,
Kepala SMA FIWA
Guru Fisika
Abdul Jabbar Zulkainain, S.Si.
Miko Alfandi Firmansyah,
2
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ....................................................................................................................2
DAFTAR ISI ......................................................................................................................................3
A. Latar Belakang Pembuatan Alat ......................................................................................................4
B. Landasan Teori...................................................................................................................................5
1. Efek Fotovoltaik .............................................................................................................................5
2. Hukum Kekekalan Energi ..............................................................................................................5
3. Elektrolisis ......................................................................................................................................6
4. Zero-Emission (Hydrogeni’s Main Purpose) .................................................................................7
5. Arduino dan ESP32 ........................................................................................................................7
6. MQ-8 ..............................................................................................................................................8
7. MPS20N0040D-S ...........................................................................................................................9
8. Hukum Gas Ideal ..........................................................................................................................10
9. Efek Piezoresistensi ......................................................................................................................10
C. Alat dan Bahan.................................................................................................................................11
D. Prosedur Pembuatan Alat Peraga ..................................................................................................12
E. Skema Alat Peraga ...........................................................................................................................12
F. Prosedur Pemakaian Alat Peraga ...................................................................................................13
1. Menyalakan Alat: .........................................................................................................................13
2. Pengiriman Energi ke Pompa Air:................................................................................................13
3. Proses Pemompaan Air: ...............................................................................................................14
4. Deteksi Level Air: ........................................................................................................................14
5. Memulai Proses Elektrolisis: ........................................................................................................14
6. Pengaliran Gas Hidrogen: ............................................................................................................14
7. Menyalakan Kompor: ...................................................................................................................14
8. Integrasi Kabel dan Breadboard: ..................................................................................................15
G. Kesesuaian Alat Peraga dan Konsep Fisika yang digunakan ......................................................15
3
1. Elektrolisis ....................................................................................................................................15
1. Reaksi Redoks pada Elektrolisis ............................................................................................16
2. Elektroda dan Elektrolit .........................................................................................................16
3. Arus Listrik kurang penjelasan, seperti visual gambar saat elektrolisis ................................17
2. Hukum Gas Ideal ..........................................................................................................................17
3. Hukum Piezoresistansi ................................................................................................18
H. Manfaat Alat Peraga .......................................................................................................................19
I. Daftar Pustaka ...................................................................................................................................21
A. Latar Belakang Pembuatan Alat
Indonesia saat ini menghadapi peningkatan polusi udara yang signifikan, terutama di
kota-kota besar seperti Jakarta dan Surabaya. Menurut laporan IQAir (2024), kualitas udara di
Indonesia menurun drastis, dengan Indeks Kualitas Udara (AQI) mencapai angka yang tidak
sehat. Polusi udara ini sebagian besar disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil dari
kendaraan bermotor dan industri, yang semakin memperburuk kondisi lingkungan dan
kesehatan masyarakat, terutama kelompok rentan seperti anak-anak dan lansia (Greenpeace
Indonesia, 2023).
Dampak kesehatan dari paparan polusi udara ini sangat serius, termasuk peningkatan
risiko penyakit pernapasan dan kardiovaskular. Kementerian Kesehatan RI (2024) mencatat
peningkatan kasus asma lebih dari 20% dalam satu dekade terakhir, di mana polusi udara
menjadi salah satu faktor utama. Kondisi ini menuntut adanya langkah mitigasi yang efektif
untuk mengurangi polusi udara sekaligus melindungi kesehatan masyarakat.
Salah satu solusi yang mulai mendapat perhatian adalah penggunaan hidrogen sebagai
sumber energi bersih. Teknologi hidrogen memiliki potensi besar untuk mengurangi emisi
karbon, terutama karena proses produksinya yang hanya menghasilkan uap air sebagai limbah.
Selain itu, dari segi ekonomi, hidrogen menawarkan efisiensi biaya yang lebih tinggi
dibandingkan dengan bahan bakar fosil, serta mendukung target pemerintah untuk mencapai
Net Zero Emissions pada tahun 2060 (Kementerian ESDM, 2024).
Namun, adopsi teknologi hidrogen masih menghadapi tantangan, terutama dalam hal
infrastruktur dan kesadaran publik. Diperlukan dukungan lebih lanjut dari pemerintah melalui
4
insentif dan edukasi untuk meningkatkan penerimaan masyarakat terhadap energi alternatif ini
(Kompas, 2023). Dengan kebijakan yang tepat, hidrogen dapat menjadi solusi utama dalam
upaya mengurangi polusi udara dan memperbaiki kualitas hidup masyarakat di Indonesia.
B. Landasan Teori
1. Efek Fotovoltaik
Fotovoltaik adalah proses konversi langsung energi cahaya menjadi energi listrik
menggunakan material semikonduktor. Proses ini terjadi ketika foton dari cahaya mengenai
material semikonduktor, seperti silikon, menyebabkan elektron terlepas dan menciptakan arus
listrik. Fotolistrik adalah Efek yang melibatkan pelepasan elektron dari permukaan logam ketika
terkena cahaya dengan frekuensi tertentu. Efek ini tidak menghasilkan arus listrik yang
berkelanjutan seperti pada fotovoltaik, tetapi lebih digunakan dalam sensor cahaya dan
detektor1. Dalam sel surya, efek fotovoltaik dimanfaatkan untuk mengubah energi matahari
menjadi listrik yang dapat digunakan. Ketika cahaya mengenai permukaan sel surya, energi dari
foton diserap oleh elektron dalam material semikonduktor, mengangkat mereka ke tingkat
energi yang lebih tinggi. Elektron-elektron ini kemudian bergerak bebas, menghasilkan arus
listrik yang dapat digunakan untuk berbagai aplikasi. Sel surya terdiri dari lapisan
semikonduktor yang dirancang khusus untuk memaksimalkan penyerapan cahaya dan efisiensi
konversi energi. Teknologi ini berperan penting dalam menyediakan sumber energi bersih dan
terbarukan2
2. Hukum Kekekalan Energi
Hukum kekekalan energi adalah salah satu prinsip fundamental dalam fisika yang
menjadi dasar untuk memahami berbagai teknologi energi. Hukum kekekalan energi
menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah
dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Dalam Hydrogeni, energi kimia yang terkandung dalam
molekul hidrogen (H₂) diubah menjadi energi panas melalui proses pembakaran yang
melibatkan oksigen (O₂) yang diambil dari udara, yang menghasilkan air (H₂O) sebagai produk
sampingan. Reaksi Kimia Pembakaran Hidrogen:
5
2𝐻2 + 𝐻2 → 2𝐻2𝐻 + 𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻
. Dalam reaksi Pembakaran, hidrogen bereaksi dengan oksigen untuk membentuk air,
dan selama proses reaksi tersebut, sejumlah energi dilepaskan dalam bentuk panas. Menurut
hukum kekekalan energi, jumlah energi total dalam sistem sebelum dan sesudah reaksi tetap
sama. Energi yang dilepaskan dalam bentuk panas berasal dari energi kimia yang tersimpan
dalam ikatan molekul Hidrogen. Hukum Kekekalan Energi berlaku secara universal. Dalam
sistem tertutup, energi tidak hilang, tetapi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.
Contohnya adalah dalam pembangkit listrik, di mana energi kinetik dari air atau uap diubah
menjadi energi listrik. Demikian pula, dalam teknologi hidrogen, seperti Hydrogeni, energi
kimia diubah menjadi energi panas atau listrik yang dapat digunakan.
3. Elektrolisis
Elektrolisis adalah proses penguraian senyawa elektrolit dalam sel elektrolisis
menggunakan arus listrik. Proses ini mengubah energi listrik menjadi energi kimia, yang
kemudian menyebabkan penguraian elektrolit melalui reaksi kimia yang berlangsung saat arus
listrik dialirkan melalui larutan elektrolit. Pada kompor hidrogen Hydrogeni, proses elektrolisis
digunakan untuk memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen melalui arus listrik dalam sel
elektrolisis. Sel elektrolisis terdiri dari dua elektroda—katoda (elektroda negatif) dan anoda
(elektroda positif)—yang dicelupkan ke dalam larutan elektrolit. Elektrolit ini biasanya berupa
air yang telah ditambahkan dengan zat seperti asam sulfat atau kalium hidroksida untuk
meningkatkan konduktivitas listrik. Reaksi yang terjadi selama elektrolisis adalah sebagai
berikut:
1. Di Katoda (elektroda negatif):
2𝐻2 𝐻 + 2𝐻− → 𝐻2 + 2𝐻𝐻−
Pada katoda, ion-ion hidrogen (𝐻+ ) dari air menerima elektron (reduksi), menghasilkan gas
hidrogen (𝐻2 ) dan ion hidroksida (𝐻𝐻− )
2. Di Anoda (elektroda positif):
𝟐𝟐𝟐𝟐 → 𝟐𝟐 + 𝟐𝟐+ + 𝟐𝟐−
6
Di anoda, molekul air kehilangan elektron (oksidasi), membentuk gas oksigen (𝐻2 ) dan ion
hidrogen (𝐻2 ).
Pada Hydrogeni, energi listrik yang diperlukan untuk memicu elektrolisis ini disuplai
oleh panel surya 12V 125mA dan baterai 12V 4.8AH. Panel surya mengkonversi energi cahaya
matahari menjadi listrik, yang kemudian disimpan dalam baterai dan digunakan untuk
menjalankan proses elektrolisis. Dengan memanfaatkan energi terbarukan ini, Hydrogeni
menghasilkan gas hidrogen sebagai bahan bakar tanpa menghasilkan emisi karbon,
menjadikannya lebih ramah lingkungan dibandingkan bahan bakar fosil.
4. Zero-Emission (Hydrogeni’s Main Purpose)
Hydrogeni menggunakan Hidrogen sebagai bahan bakar alternatif karena dianggap
sebagai bahan bakar zero-emission, ketika digunakan dalam sel bahan bakar atau dibakar,
produk sampingannya hanyalah air (H20) tanpa emisi karbon dioksida (CO2) atau polutan lain
yang dapat merugikan lingkungan. Hidrogen sangat berpotensial untuk digunakan sebagai
solusi energi ramah lingkungan, terutama bila diproduksi melalui proses elektrolisis yang
menggunakan energi terbarukan. Oleh karena itu, hidrogen dapat membantu mengurangi
ketergantungan pada bahan bakar fosil dan berkontribusi pada tujuan global dekarbonisasi dan
mencapai target zero-emission.
5. Arduino dan ESP32
Arduino adalah perangkat elektronik open-source yang mudah digunakan untuk berbagai aplikasi,
seperti pengatur suhu, sensor agrikultur, dan pengendali peralatan pintar. Menggunakan Arduino
Language yang mirip C, perangkat ini didukung oleh library yang kaya, bootloader, serta kompatibilitas
dengan USB dan berbagai sistem operasi.
Gambar 1. Modul Arduino Uno R3
Gambar 2. Modul ESP32
7
ESP32, penerus ESP8266, adalah mikrokontroler berdaya rendah dengan modul Wi-Fi dan
Bluetooth Low Energy (BLE) terintegrasi. Ideal untuk aplikasi Internet of Things (IoT), ESP32
menawarkan solusi konektivitas yang efisien dan multifungsi (Muliadi dkk, 2020; Prafanto dkk,
2021).
6. MQ-8
Sensor MQ-8 adalah sensor gas yang digunakan untuk mendeteksi gas hidrogen (H₂) di
lingkungan. Sensor ini bekerja dengan prinsip perubahan resistansi pada elemen
penginderaannya, yaitu ketika hidrogen bersentuhan dengan elemen sensor yang terbuat dari
timah dioksida (SnO₂), resistansi elemen tersebut berubah secara signifikan, menghasilkan
perubahan tegangan keluaran. MQ-8 dapat mendeteksi hidrogen dalam konsentrasi rendah
hingga 100 ppm dan sangat sensitif terhadap keberadaan gas ini. Penemu sensor gas MQ series,
termasuk MQ-8, umumnya dikembangkan oleh perusahaan seperti Hanwei Electronics, yang
merupakan produsen sensor gas terkemuka di China (Hanwei Electronics, 2023). Sensor ini
banyak digunakan dalam berbagai aplikasi deteksi gas hidrogen, mulai dari industri hingga
keperluan rumah tangga. Dalam Hydrogeni, sensor MQ-8 sangat penting untuk mendeteksi
kebocoran gas hidrogen yang mungkin terjadi selama penyimpanan dan penggunaan. Sensor ini
terintegrasi dengan mikrokontroler seperti Arduino atau ESP32, yang memungkinkan
pemantauan otomatis dan respons cepat jika terjadi peningkatan konsentrasi hidrogen di udara,
sehingga meningkatkan keamanan dalam pengoperasian kompor hidrogen tersebut (Hanwei
Electronics, 2023; Kim, 2021). Implementasi sensor MQ-8 di Hydrogeni memastikan bahwa
sistem bekerja dengan aman dan memberikan peringatan dini jika ada risiko kebocoran gas.
8
Gambar 3. Modul MQ-8
7. MPS20N0040D-S
MPS20N0040D-S adalah sensor tekanan piezoresistif yang digunakan untuk mendeteksi
tekanan gas atau udara dengan kepekaan tinggi. Prinsip kerja sensor ini didasarkan pada efek
piezoresistansi, di mana perubahan tekanan pada diafragma sensor menghasilkan perubahan
resistansi listrik yang kemudian diubah menjadi sinyal tegangan. Sensor ini mampu mengukur
tekanan hingga 40 kPa, sehingga cocok untuk aplikasi yang memerlukan pemantauan tekanan
dalam sistem tertutup. Pengembangan sensor ini dilakukan oleh berbagai produsen elektronik,
termasuk yang memfokuskan pada pengukuran tekanan dan perangkat kontrol (Texas
Instruments, 2021; Honeywell, 2020). Dalam Hydrogeni, sensor MPS20N0040D-S digunakan
untuk memantau tekanan gas hidrogen yang dihasilkan selama proses elektrolisis dan disimpan
dalam tabung. Sensor ini memastikan bahwa tekanan hidrogen tetap berada dalam batas aman
untuk mencegah risiko kebocoran atau ledakan, dengan pengukuran real-time yang terintegrasi
ke dalam mikrokontroler yang mengendalikan sistem keseluruhan (Texas Instruments, 2021;
Kim, 2021).
9
Gambar 4. Modul MPS20N0040D-S
8. Hukum Gas Ideal
Hukum gas ideal adalah prinsip fundamental dalam fisika dan kimia yang menggambarkan
perilaku gas dalam kondisi tertentu. Hukum ini dinyatakan dengan rumus:
𝐻𝐻 = 𝐻𝐻𝐻
di mana P adalah tekanan gas, V adalah volume gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah
konstanta gas ideal, dan T adalah suhu dalam Kelvin (Atkins & de Paula, 2014). Prinsip ini
sangat penting dalam berbagai aplikasi, termasuk penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar
Hydrogeni. Di Dalamnya, hidrogen yang dihasilkan melalui proses elektrolisis disimpan dalam
tabung. Selama proses ini, perubahan tekanan dan volume gas dapat dimodelkan menggunakan
hukum gas ideal. Ketika hidrogen dikompresi atau dipanaskan, perubahan tekanan di dalam
tabung akan mempengaruhi volume gas yang tersedia untuk pembakaran. Sensor tekanan
piezoresistansi, seperti MPS20N0040D-S, digunakan untuk memantau fluktuasi tekanan ini
secara real-time (MPS20N0040D-S DATASHEET).
9. Efek Piezoresistensi
Efek piezoresistansi adalah fenomena resistivitas suatu bahan teregang atau patah secara
signifikan ketika gaya mekanis diterapkannya, yang menyebabkan perubahan besar dalam
konduktivitas listrik dari bahan tersebut (Kittel & Kroemer, 1980).
Pada kompor hidrogen bernama Hydrogeni, efek piezoresistansi dapat dimanfaatkan untuk
meningkatkan kinerja pengukuran tekanan atau deformasi struktur. Misalnya, jika kita ingin
10
memantau tekanan gas hidrogen yang dipompa oleh pompa submergibel mini 12V, maka sensor
tekanan yang menggunakan prinsip piezoresistans bisa sangat berguna. Contohnya, komponen
MPS20N0040D-S dapat digunakan sebagai sensor tekanan yang responsif terhadap perubahan
tekanan (Wikipedia, n.d.).
Untuk menerjemahkan signal dari sensor tekanan menjadi informasi digital yang dapat
dibaca oleh mikrokontroler, kita dapat menggunakan Arduino Uno R3. Kabel-kabel jumper
seperti F-F, M-M, dan F-M juga penting untuk menghubungkan semua komponen elektronik
tanpa gangguan (Adafruit Learning System, n.d.).
Sistem monitoring yang kompleks seperti pada Hydrogeni tidak hanya melibatkan
sensor-sensor saja tetapi juga perlu adanya platform pengolahan data yang canggih. ESP32
dapat digunakan sebagai modul Wi-Fi/Bluetooth yang memungkinkan transmisinya real-time
data ke jaringan internet agar pemilik dapat memonitor status kompor secara online (Espressif
Systems, n.d.).
Dengan demikian, efek piezoresistansi dapat dioptimalkan dalam desain Hydrogeni
menggunakan
komponen
yang
disediakan
seperti
MPS20N0040D-S
untuk
mengimplementasikan fungsi sensor tekanan yang sensitif dan akurat.
C. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam projek ini ditunjukan pada tabel berikut.
No
Parts
1 12V 125ma Solar Panel
Quantity
No
3
11
11
Parts
Copper Rod Cable
Quantity
1
2 Arduino Uno R3
1
12
Gas Tubular Storage
1
3 12v 4.8AH
1
13
Mini Submersible Water Pump 12V
1
4 Breadboard 400Pin
1
14
HC-SR04
1
5 Toples 800ml
2
15
MQ - 8
1
6 F - F Jumper
2
16
ESP32
1
7 M - M Jumper
2
17
MPS20N0040D-S
1
8 F - M Jumper
2
18
Pencil 2b
2
9 Stove
1
10 Selang
1
D. Prosedur Pembuatan Alat Peraga
1. Mendesign Strukutral system pada Hydrogeni
Langkah pertama adalah dengan mendesign struktural sistem pada hydrogeni sehingga dapat
mengetahui letak komponen akan diletakkan serta dapat mengetahui jalur aliran Listrik yang
akan dihubungkan dari komponen ke komponen lainnya.
2. Mendesign Fondasi untuk Hydrogeni
Langkah kedua yang dilakukan adalah untuk mendesign fondasi untuk menopang perangkat
kompor Hydrogeni.
3. Merakit Fondasi Hydrogeni
Langkah setelah mendesign fondasi hydrogeni adalah dengan mendesign hydrogeni. Fondasi
Hydrogeni dibutuhkan untuk menopang perangkat hydrogeni sehingga perangkat dapat
digunakan.
4. Merakit tangki elektrolisis
Tabung elektrolisis pada Hydrogeni berperan besar dalam penghasil bahan bakar hydrogen.
Hydrogeni menggunakan proses elektrolisis untuk menghasilkan bahan bakar hidrogen
dengan cara mengirimkan arus Listrik searah sehingga air akan bereaksi yang akan
menghasilkan elektrolisis. Langkah Perakitan tabung elektrolisis dengan cara menggunakan
toples 800ml yang kemudian sisi tutup atas pada daerah tertentu akan dibolongi untuk
meletakkan komponen penting seperti MQ-8 yang berfungsi untuk mengukur tekanan
hydrogen. MPS20N0040D-S yang berfungsi untuk mengukur tekanan udara. HC-SR04 yang
12
berfungsi mendeteksi jarak antara air dengan sensor. Sensor ini berperan penting pada proses
elektrolisis yang dapat dijalankan secara otomatis, serta pada ujung tutup juga akan dibolongi
untuk memberi jalur bagi hydrogen untuk ditransfer ke tabung hydrogen pasca elektrolisis.
Kemudian, sisi samping pada toples akan dibolongi untuk memberi jalur air dari water
container yang akan di pompa oleh mini water submersible 12V yang berperan untuk proses
awal elektrolisis.
5.
Merakit tabung hydrogen
Langkah setelah merakit tangki elektrolisis adalah untuk merakit tabung hydrogen. Tabung
hydrogen berfungsi untuk menjadi tempat penyimpanan bahan bakar hydrogen yang
dihasilkan pasca elektrolisis. Langkah merakit tabung hydrogen adalah dengan menggunakan
tabung alumunium steel yang tidak terpakai lalu pada bagian sisi akan dibolongi untuk
menjadikan jalur bagi hidrogen dari tangki elektrolisis untuk mengalirkan ke tabung
hidrogen sehingga tabung hidrogen dapat terisi penuh yang kemudian akan digunakan untuk
menjadi bahan bakar yang akan digunakan pada perangkat memasak Hydrogeni.
6. Merakit Mainboard
Mainboard pada Hydrogeni berperan besar untuk menjalankan perintah secara otomatis.
Mainboard pada Hydrogeni meliputi: Pertama, Arduino Uno atau mainkontroler yang
berperan sebagai kontroler pada hydrogeni yang memerintahkan kode kepada komponen lain.
Kedua, Breadboard 400 pin berperan sebagai perantara wiring perangkat elektronik yang
menghubungkan antar perangkat elektronik. Ketiga, LCD. LCD akan diletakkan pada
mainboard yang lalu akan dihubungkan dengan Arduino uno yang berfungsi untuk
memberikan infromasi kepada pengguna dari layar yang telah terpasang. Dengan
menggunakan mainboard, berbagai proses kompleks dapat dilakukan secara otomatis.
7. Menggabungkan perangkat kepada fondasi
Setelah perangkat telah terakit maka Langkah berikutnya adalah menggabungkannya dengan
fondasi yang telah dibuat. Proses pada penggabungan perangkat pada fondasi ini dimulai
dengan Menyusun perangkat yang telah dirakit pada posisi yang telah disesuaikan
berdasarkan hasil design fondasi. Penyusunan perangkat-perangkat pada fondasi ini penting
sehingga kompor Hydrogeni dapat digunakan. Perlu diingat, dalam penyusunan perangkat,
pastikan perangkat disusun dengan rapi sehingga menghindari dari kecelakaan tidak
diinginkan yang mungkin terjadi.
8.
Penyempurnaan Perangkat Hydrogeni
Setelah melakukan proses diatas, Langkah berikutnya yang dapat dilakukan adalah dengan
13
penyempurnaan yang berupa pendekorasian. Langkah ini juga diperlukan guna menghasilkan
design yang indah dilihat oleh mata sehingga dapat menarik perhatian orang lain.
E. Skema Alat Peraga
Berikut adalah desain alat peraga untuk Hydrogeni-Revolutionary Stove :
Gambar 5. Modul Design Hydrogeni.
F. Prosedur Pemakaian Alat Peraga
1. Menyalakan Alat:
Aktifkan Hydrogeni menggunakan relay yang terhubung ke Arduino Uno R3 atau ESP32. Relay
ini dikontrol oleh mikrokontroler yang menerima sinyal dari MQ-8 (sensor hidrogen).
Komponen ini terhubung melalui breadboard 400 pin dan jumper cables (F-F, M-M, F-M),
memastikan relay dapat mengontrol aliran daya dari sumber listrik ke kompor secara otomatis.
14
2. Pengiriman Energi ke Pompa Air:
Relay juga mengontrol aliran energi dari baterai 12V 4.8AH ke Mini Submersible Water Pump
12V. Energi yang digunakan untuk mengoperasikan pompa dapat diperoleh dari baterai yang
terhubung melalui copper rod cable. Solar Panel 12V terhubung ke baterai melalui breadboard
untuk menjaga daya tetap tersedia.
3. Proses Pemompaan Air:
Mini Submersible Water Pump 12V akan memompa air melalui selang ke penampungan
elektrolisis. Pompa ini diaktifkan melalui relay yang dikendalikan oleh Arduino/ESP32, dengan
semua komponen terhubung melalui breadboard menggunakan jumper cables yang
memastikan aliran sinyal dan daya berjalan lancar.
4. Deteksi Level Air:
HC-SR04 (sensor ultrasonik) digunakan untuk mendeteksi ketinggian air di dalam
penampungan. Sensor ini terhubung ke Arduino/ESP32 melalui breadboard dan mengirimkan
sinyal ke mikrokontroler saat air mencapai ketinggian 5 cm dari tutup. Mikrokontroler
kemudian memerintahkan pompa untuk berhenti, mencegah overfill, melalui jumper cables
yang menghubungkan sensor dan relay.
5. Memulai Proses Elektrolisis:
Setelah air dipompa, proses elektrolisis dimulai. Arus listrik dari baterai 12V dialirkan ke
tabung elektrolisis menggunakan copper rod cable yang berfungsi sebagai elektroda.
MPS20N0040D-S (sensor tekanan) terhubung melalui breadboard untuk memantau tekanan
gas hidrogen yang dihasilkan, mengirimkan data ke Arduino/ESP32 untuk kontrol keamanan.
6. Pengaliran Gas Hidrogen:
Gas hidrogen yang dihasilkan dari elektrolisis akan dialirkan melalui selang ke tabung
penyimpanan gas hidrogen. MQ-8 (sensor hidrogen) yang terhubung ke breadboard dan
Arduino/ESP32 akan memantau kebocoran gas. Jika terjadi kebocoran, sistem secara otomatis
mematikan proses untuk keamanan.
15
7. Menyalakan Kompor:
Setelah gas hidrogen terkumpul di dalam tabung penyimpanan, kompor hidrogen dapat
dinyalakan. Arduino/ESP32 yang terhubung ke semua sensor melalui breadboard memastikan
bahwa seluruh sistem aman sebelum menyalakan kompor, dengan relay mengontrol aliran gas
hidrogen ke kompor.
8. Integrasi Kabel dan Breadboard:
Semua komponen sensor, relay, pompa, dan mikrokontroler terhubung melalui breadboard 400
pin dengan jumper cables (F-F, M-M, F-M) untuk memudahkan integrasi dan komunikasi antarkomponen. Arduino Uno R3 atau ESP32 bertindak sebagai pusat kendali, menghubungkan
semua sensor melalui breadboard dan kabel jumper untuk mengaktifkan proses sesuai instruksi
dari sensor dan mikrokontroler. Toples 800ml digunakan untuk menyimpan air atau gas
sementara selama proses berlangsung.
G. Kesesuaian Alat Peraga dan Konsep Fisika yang digunakan
1. Elektrolisis
Elektrolisis terjadi pada Hydrogeni yang berfungsi untuk memisahkan air menjadi gas
hidrogen dan oksigen dengan menggunakan arus listrik. Proses elektrolisis berfungsi untuk
menghasilkan bahan bakar alternatif Hidrogen yang ramah lingkungan dari air yang dapat
digunakan untuk memasak pada Hydrogeni.
16
Gambar 6. Proses Elektrolisis.
Proses elektrolisis dimulai dengan arus listrik yang dialirkan searah dari sumber tegangan
listrik. Elektron dari kutub negatif akan mengalir menuju ke katoda. Saat elektroda dialiri arus
listrik searah (DC), terjadi proses reduksi oksidasi, karena terbentuk senyawa pada elektrolit
yang terurai membentuk ion-ion sehingga menghasilkan gas. (Fitriyanti, Journal of Science in
Physics Vol. 1 (2021): Hal. 42–52."). Berikut adalah konsep fisika yang terjadi pada
elektrolisis:
1. Reaksi Redoks pada Elektrolisis
Elektrolisis pada Hydrogeni melibatkan proses reduksi dan oksidasi. Pada Anoda (Positif),
oksigen dihasilkan sementara pada katoda (negatif) hidrogen dihasilkan. Berikut Reaksi
redoks:
2𝐻2 𝐻(𝐻) → 2𝐻2 (𝐻) + 𝐻2 (𝐻)
Pada reaksi elektrolisis air, gas hidrogen dan oksigen terjadi penguraian dimana gas hidrogen
terbentuk di kutub negatif (katoda), mengalami reaksi reduksi. Dan pada gas oksigen
terbentuk dikutub positif (anoda) yang mengalami reaksi oksidasi. Perbandingan jumlah
antara gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan adalah 2:1 (Indonesian Journal of Chemical
Science and Technology, 5(1), 4-6. ).
2. Elektroda dan Elektrolit
Elektroda yang ada pada elektrolisis adalah katoda dan anoda. Katoda adalah elektroda yang
menerima arus listrik dari luar yang mengalami reaksi reduksi, sedangkan anoda adalah
elektroda yang mengalirkan kembali elektron ke sumbernya yang mengalami reaksi oksidasi.
Larutan elektrolit merupakan larutan yang dapat menghantarkan arus listrik yang molekul di
dalamnya terdisosiasi menjadi partikel bermuatan positif dan negatif disebut dengan 13 ion
yang kemudian ion positif disebut dengan kation dan negatif disebut dengan anion. Dalam
proses elektrolisis pada Hydrogeni, reaksi kimia akan terjadi jika arus listrik dialirkan melalui
larutan elektrolit, yaitu energi arus listrik yang diubah menjadi energi kimia (reaksi redoks)
Proses elektrolisis membutuhkan arus listrik tinggi agar proses reaksi kimia menjadi efektif.
Oleh karena itu, apabila kedua kutub elektroda diberi arus listrik maka elektroda tersebut akan
saling berhubungan karena adanya larutan elektrolit sebagai penghantar listrik menyebabkan
17
elektroda timbul gelembung gas (Fitriyanti, Journal of Science in Physics Vol. 1 (2021): Hal.
42–52.").
3. Arus Listrik kurang penjelasan, seperti visual gambar saat elektrolisis
Arus listrik dialirkan dari reaksi redoks yang melalui larutan elektrolit yang menyebabkan ion
bergerak menuju elektroda yang berlawanan. Kation akan bergerak ke katoda sedangkan
anion akan bergerak ke anoda. (Fitriyanti, Journal of Science in Physics Vol. 1 (2021): Hal.
42–52."). Prinsip arus listrik dapat dilihat dari Gambar 6.
2. Hukum Gas Ideal
Konsep Hukum Gas Ideal pada Hydrogeni berfungsi untuk mengukur tekanan gas sehingga
MPS20N0040D-S dapat memprediksi tekanan pada tabung hidrogen sehingga dapat
memastikan hydrogen tersedia dan untuk pembakaran yang optimal. Hukum gas Ideal
meliputi:
𝐻𝐻 = 𝐻𝐻𝐻
Di mana
P
: Tekanan Gas (Pa)
V
: Volume Gas (m3)
n
Jumlah mol gas
R
: Konstanta gas ideal (8,314472(15) 𝐻 · 𝐻−1 · 𝐻𝐻𝐻)
T
: Suhu dalam Kelvin (Atkins & De Paula,2014)
Proses Hukum Gas Ideal pada Hydrogeni:
1. Penyimpanan Hidrogen
Hidrogen pada Hydrogeni dihasilkan melalui proses elektrolisis yang kemudian akan
disimpan di dalam tabung. Pada awal, Hidrogen berada dalam keadaan stasioner dengan
tekanan dan volume yang tetap. Disini Hukum Gas Ideal berfungsi untuk memprediksi
perilaku hidrogen jika terjadi perubahan tekanan atau volume (Atkins & De Paula, 2014).
18
3. Hukum Piezoresistansi
Hukum Piezoresistansi membahas tentang fenomena suatu bahan teregang secara signifikan
ketika gaya mekanis diterapkan, menyebabkan perubahan besar dalam konduktivitas listrik
dari bahan tersebut (Kittel & Kroemer, 1980). Pada Hydrogeni, Piezoresistansi digunakan
untuk meningkatkan kemampuan pengukuran tekanan dengan cara memantau tekanan gas
hidrogen yang telah dipompa oleh mini submersible water pump 12V maka sensor
MPS20N0040D-S yang menggunakan prinsip piezoresistansi akan mendeteksi tekanan gas
yang telah dipompa dan akan memberi informasi ke Arduino Uno R3 dan ESP32 yang
kemudian akan memberi informasi kepada pengguna memungkinkan pemantauan secara realtime dan dapat memberi peringatan jika terjadi kebocoran memungkinkan untuk mencegah
pengguna dari kecelakaan yang dapat mengancam. Piezoresistansi yang digunakan dalam
Hydrogeni adalah Direct Effect, diakibatkan dikenai tekanan gas sehingga menghasilkan
electric displacement. Direct Effect adalah sebagai berikut:
𝐻 = 𝐻𝐻
Dimana:
D
: dielectric displacement (𝐻/𝐻2 )
T
: Penempatan tekanan (𝐻/𝐻2 )
D
: Konstanta piezoelektrik (𝐻/𝐻)
Gambar 7. Piezoelektrik Terhubung Rangkaian Seri.
19
Gambar 8. Piezoelektrik Terhubung Rangkaian Paralel.
Proses utama dalam pengambilan pada Piezoelektrik:
Gambar 9. Diagram Sistem Alat Piezoelektrik.
1. Energi input dikonversi menjadi energi mekanik.
2. Setelah konversi, energi mekanik dikonversi menjadi energi listrik.
3. Energi listrik diolah dan ditransfer energi listrik ke mikrokontroler(Arduino Uno &
ESP32).(Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Departemen Teknik Elektro, 2014)
(Fitriyanti, Journal of Science in Physics Vol. 1 (2021): Hal. 42–52.").
H. Manfaat Alat Peraga
Hydrogeni berfungsi sebagai perangkat memasak alternatif yang dapat dijadikan pilihan untuk
menggantikan perangkat memasak yang menggunakan bahan bakar fosil. Inovasi Hydrogeni
menggabungkan sumber daya hidrogen dengan panel surya, sehingga memungkinkan distribusi
kebutuhan energi. Dengan Hydrogeni, masyarakat dapat mengurangi ketergantungan pada
bahan bakar fosil yang dapat menurunkan polusi udara yang semakin meningkat. Hydrogeni
menawarkan berbagai keuntungan diantaranya: Pertama, Hydrogeni dilengkapi dengan sistem
pemantauan suhu yang menggunakan sensor ultrasonik (HC-SR04) untuk mengukur jarak dan
20
suhu serta sensor gas (MQ-8) yang dapat mendeteksi gas hidrogen sehingga pengguna dapat
mendapatkan informasi tentang suhu secara real time. Kedua, Hydrogeni dilengkapi dengan
sistem pengendalian otomatis dengan Arduino Uno R3 dan ESP32 yang dapat
mengimplementasikan kontrol sistem otomatis yang dapat dikendalikan dari aplikasi melalui
smartphone. Ketiga, Hydrogeni dapat memompa air secara otomatis menggunakan Mini
Submersible Water Pump 12v yang dapat mengalirkan air ke dalam sistem jika dibutuhkan.
Keempat, Hydrogeni memiliki sistem peringatan kebocoran menggunakan MQ-8 sehingga jika
terjadi kebocoran gas hidrogen, Hydrogeni dapat memberikan peringatan kepada pengguna
melalui LED pada perangkat Hydrogeni dan aplikasi pada smartphone. Kelima, Hydrogeni
dapat dikontrol melalui koneksi internet menggunakan ESP32 yang berfungsi untuk
menghubungkan Hydrogeni kepada pengguna dari jarak jauh melalui aplikasi pada smartphone.
Keenam, Hydrogeni dapat menyimpan energi menggunakan 12v 4.8AH sebagai baterai yang
berfungsi untuk menyimpan energi dari 12v 125ma solar panel yang digunakan saat tidak ada
sinar matahari. Ketujuh, Hydrogeni dapat mengukur kualitas udara dengan MPS20N0040D-S
yang berfungsi untuk mengukur tekanan dan kualitas udara di sekitar Hydrogeni, sehingga dapat
memberi informasi kepada pengguna tentang kondisi lingkungan. Kedelapan, Hydrogeni
menggunakan layar LCD pada perangkat yang terhubung dengan Arduino untuk menampilkan
informasi seperti suhu, waktu memasak, dan status sistem. Dengan fitur yang diberikan tersebut,
Hydrogeni dapat berperan aktif dalam ramah lingkungan karena hanya menghasilkan emisi
yang sangat rendah sehingga pengguna dapat memasak tanpa perlu khawatir akan emisi yang
dihasilkan oleh Hydrogeni serta cost-efficient dengan sistem yang dapat mengatur secara efektif
dalam cost-operational. Serta Hydrogeni dapat mendeteksi kebocoran gas yang dapat menjaga
pengguna dari kecelakaan yang dapat mengancam. Oleh karena itu, Hydrogeni dapat menjadi
perangkat yang sangat berguna dengan fitur-fitur yang sangat bermanfaat bagi masyarakat
I. Daftar Pustaka
1. Widyastuti, A. (2024). Polusi Jakarta peringkat 1 di dunia: Bagaimana dampaknya
21
pada kesehatan? OHCE UGM. https://ohce.wg.ugm.ac.id/polusi-jakarta-peringkat-1-didunia-bagaimana-dampaknya-pada-kesehatan/
2. Greenpeace Indonesia. (n.d.). Polusi udara: Ancaman genting tak kasat mata.
Greenpeace Indonesia. https://www.greenpeace.org/indonesia/cerita/58786/polusiudara-ancaman-genting-tak-kasat-mata/
3. FTMM UNAIR. (n.d.). Teknologi Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC)
pada Kendaraan Hidrogen dalam Green Technology. FTMM UNAIR.
https://ftmm.unair.ac.id/teknologi-proton-exchange-membrane-fuel-cell-pemfc-padakendaraan-hidrogen-dalam-green-technology/
4. EBTKE ESDM. (2024, February 21). Hidrogen: Berikan alternatif energi murah.
EBTKE ESDM.
https://ebtke.esdm.go.id/post/2024/02/21/3717/hidrogen.berikan.alternatif.energi.murah
5. CNN Indonesia. (2024, January 3). Beda polusi udara akhir 2023 dan awal 2024: Angka
kendaraan ngaruh. https://www.cnnindonesia.com/teknologi/20240103211911-1991045014/beda-polusi-udara-akhir-2023-dan-awal-2024-angka-kendaraan-ngaruh
6. DS Energii Baru (2018). Fotovoltaik efek operasi.
https://id.dsnsolar.com/info/photovoltaic-effect-operation-30399542.html
7. Alpharizo.net (2023). Overview Perbedaan Antara Sel Fotovoltai, Modul PV dan Panel
Surya.
https://www.alpharizo.net/overview-perbedaan-antara-sel-fotolistrik-modul-fotovoltaikdan-panel-surya!
8. Wikipedia Bahasa Indonesia (2023). Fotovoltaik.
https://id.wikipedia.org/wiki/Fotovoltaik
9. Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2018). Fundamentals of Physics (11th ed.).
Wiley.
10. Hanwei Electronics. (2023). MQ Series Gas Sensors.
https://www.hwsensor.com
11. Kim, J. (2021). Application of Gas Sensors in Hydrogen-based Systems. Journal of
Clean Energy Technologies, 9(3), 113-117.
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.04.030
12. Texas Instruments. (2021). Pressure Sensors Overview.
https://www.ti.com TOLONG DIPERBAIKIIII
13. Honeywell. (2020). Piezoresistive Pressure Sensors.
22
https://sensing.honeywell.com/sensors/pressure-sensors/piezoresistive
14. Greenpeace Indonesia. (2023). Laporan kualitas udara dunia IQAIR 2023: Indonesia
terburuk di Asia Tenggara.
https://www.greenpeace.org/indonesia/siaran-pers/58036/laporan-kualitas-udara-duniaiqair-2023-indonesia-terburuk-se-asia-tenggara/
15. IQAir. (2024). Air quality report Indonesia.
https://www.iqair.com/indonesia
16. Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral. (2024). Hidrogen berikan alternatif
energi murah.
https://www.esdm.go.id/id/media-center/arsip-berita/hidrogen-berikan-alternatif-energimurah/
17. Kementerian Kesehatan RI. (2024). Peningkatan kasus asma akibat polusi udara di
Indonesia.
https://www.kemkes.go.id/article/view/20240201/peningkatan-kasus-asma-akibatpolusi-udara-di-indonesia.html
18. Kompas. (2023). Survei persepsi masyarakat terhadap energi bersih.
https://www.kompas.com/sains/read/2023/07/15/070000923/survei-persepsimasyarakat-terhadap-energi-bersih
19. PLN (Persero). (2024). PLN terus kembangkan hidrogen untuk energi baru masa depan.
https://web.pln.co.id/media/siaran-pers/2024/09/pln-terus-kembangkan-hidrogen-untukenergi-baru-masa-depan
20. World Health Organization (WHO). (2023). Air pollution and its impact on global
health.
https://www.who.int/health-topics/air-pollution
21. Atkins, P., & de Paula, J. (2014). Physical Chemistry (10th ed.). Oxford University
Press.
22. Kittel C., & Kroemer H. (1980). Thermal Physics. W.H.Freeman and Company.
23. Wikipedia. (n.d.). Piezoresistance.
https://en.wikipedia.org/wiki/Piezoresistance#Applications
24. Adafruit Learning System. (n.d.). Wiring Guide for Sensors with Arduino Boards.
https://learn.adafruit.com/wiring-guide-for-sensors-with-arduino-boards/
25. Espressif Systems. (n.d.). ESP32 Documentation.
https://docs.espressif.com/projects/espidf/en/latest/
23
26. Sihotang, R. P., Manalu, E. C., & Simbolon, R. (2022). Analysis of separation of
hydrogen and oxygen gases from water through water electrolysis experiments.
Indonesian Journal of Chemical Science and Technology, 5(1), 4-6.
https://doi.org/10.62383/polygon.v2i4.129
27. Ramadhan, M. L., & Ali, N. N. A. (2024). Elektrolisis. Polygon: Jurnal Ilmu Komputer
dan Ilmu Pengetahuan Alam, 2(4), 105-112. doi: 10.62383/polygon.v2i4.129
28. Fitriyanti. (2021). Pengaruh Luas Permukaan Elektroda dengan Penambah PWM
Controller Terhadap Efisiensi Produksi Gas Hidrogen pada Proses Elektrolisis. Journal
of Science in Physics, 1(1), 42–52.
29. Ahmad Hendriawan, Dedid Cahya Happyanto. Piezoelectric as Alternative Power
Source for Electric Vehicles. Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Departemen
Teknik Elektro, 2014.
24
Catatan:
1. Setiap kutipan paragraph diberi bodynote
2. Jenis Huruf: Times New Roman
3. Ukuran Huruf
a. Judul :14 pt
b. Heading 1 : 14 pt
c. Heading 2 dst : 12 pt
d. Isi : 12 pt
4. Margin
a. Atas : 3 cm b. Bawah : 2 cm
c. Kiri : 3 cm d. Kanan : 2 cm
e. Spasi : 1,5
f. Logo : 5 x 5 cm
25