Pemanfaatan air asam tambang sebagai energi listrik

Pemanfaatan air asam tambang (acid mine drainage) sebagai energi listrik alternatif (bagian ke 1)

Latar Belakang Masalah

Permasalahan pertambangan batubara yang berdampak negatif terhadap lingkungan salah satunya adalah air asam tambang yang menurunkan kesuburan tanah, dalam perkembangannya penanggulangan air asam tambang sampai saat ini pada umumnya dilakukan dengan melokalisir dengan membuat kolam-kolam pengendapan (settling pond) untuk mengendapkan material halus dengan memberi kapur dan tawas sehingga sekaligus menetralkan keasaman sampai mencapai baku mutu kemudian dapat dilepas ke parairan bebas, perlakuan ini membutuhkan biaya yang cukup tinggi. Sedangkan upaya pencegahan selama ini lebih populer dengan mencegah terjadinya kontak batuan yang mengandung sulfur/belerang dengan udara terbuka sehingga tidak terjadi reaksi pembetukan asam dengan metode dry cover dan wet cover.

Permasalahan yang kedua adalah bagaimana kita menjawab dan memberikan solusi terhadap kebutuhan energi listrik dengan memanfaatkan potensi yang ada disekitar kita, dengan penelitian ini diharapkan asam tambang yang selama ini hanya dikelompokan sebagi sumber masalah dapat diubah menjadi potensi yang besar sebagai sumber energi, terutama pada wilayah/daerah yang banyak terdapat tambang batubara seperti di kalimantan dan sumatera.

Tinjauan Pustaka

Ralph H. Petrucci-Suminar “kima dasar prinsip dan terapan modern edisi ke empat”  jilid 3,  1987

P.W.  ATKINS “Physical Chemistry” University lecturer and Fellow of Lincoln College, Oxford 1990

Dasar Teori

Sel Galvani atau disebut juga dengan sel volta adalah sel elektrokimia yang dapat menyebabkan terjadinya energi listrik dari suatu reaksi redoks yang spontan. reaksi redoks spontan yang dapat mengakibatkan terjadinya energi listrik ini ditemukan oleh Luigi Galvani dan Alessandro Guiseppe Volta

Reaksi redoks adalah reaksi reduksi oksidasi

—  Oksidasi menjelaskan pelepasan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion

—  Reduksi menjelaskan penambahan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion

Proses dalam Sel Galvani

Pada anode, logam Zn melepaskan elektron dan menjadi Zn²⁺ yang larut.

Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e^-

Pada katode, ion Cu²⁺ menangkap elektron dan mengendap menjadi logam Cu.

Cu²⁺(aq) + 2e^- → Cu(s)

hal ini dapat diketahui dari berkurangnya massa logam Zn setelah reksi, sedangkan massa logam Cu bertambah. Reaksi total yang terjadi pada sel galvani adalah:

Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)

Air asam tambang terjadi akibat tersedianya mineral sulfida, air, dan udara/oksigen. Mineral sulfida bisa dalam bentuk pyrite (FeS₂) , galena (PbS) , Chalcopyrite (CuFeS₂), atau yang lainnya.

Reaksi pertama adalah reaksi pelapukan dari pirit disertai proses oksidasi. pirit dioksidasi menjadi sulfat dan besi fero. Dari reaksi ini dihasilkan dua mol keasaman dari setiap mol pirit yang teroksidasi. O₂  terlarut dapat juga mengoksidasi tetapi kurang penting karena kelarutannya sangat terbatas. Reaksi ini dapat terjadi baik pada kondisi abiotik maupun biotik  Selain oksidasi langsung, pirit dapat juga terlarut dan selanjutnya teroksidasi

2FeS₂ + 7O₂ + 2H₂O --------------à 2Fe²⁺ + 4SO₄^2- + 4H⁺

Percobaan

Hari : senin

Tanggal : 20 Mei 2013

Jam : 21.00 WITA

Alat dan bahan :

1.       Sampel air asam tambang^* dengan PH=3 (sebagai larutan elektrolit)

2.       Tanah liat (sebagai jembatan garam, kaya dengan unsur Kalium)

3.       Lempengan seng (Zn) sebagai anoda

4.       Lempengan Tembaga (Cu) sebagai katoda

5.       Kabel secukupnya

6.       Lampu LED (light emitting diode)

7.       Digital multimeter

8.       pH meter

9.       timbangan digital (ketelitian 0.1g)

10.   Gelas ukur

11.   Beberapa Gelas plastik ukuran 250 ml

(catatan * sampel diambil pada tanggal 20 Mei 2013, Lokasi tambang di Kecamatan Batu Engau Kabupaten Paser , Kalimantan Timur)

(percobaan 1)

Prosedur kerja :

1.       Susun 3 buah gelas plastik dengan diisi tanah liat masing-masing 66 gram (3 sendok makan)

2.       Pasang rangkaian katoda-anoda dan tempatkan pada gelas plastik, setiap gelas akan berisi satu lempengan seng dan satu lempengan tembaga. (rangkaian seri)

3.       Tuang sampel air asam tambang ke tiap gelas masing-masing 100 ml

4.       Pasang lampu LED

5.       Ukur pH, tegangan, Arus listrik

Tabel pengukuran percobaan 1 :

Waktu pengukuran	pH elektrolit	Tegangan (volt)	Arus (mA)
20/05/13 21.00	1,2	2,5	120
21/05/13 06.30	2,0	2,0	100
21/5/13 12.30	2,5	2,0	50
21/5/13 16.30	2,5	2,0	37
Beban (lampu LED) dilepas
21/05/13 21.30	2,6	2,0	32
22/05/13 05.45	2,8	2,0	33
22/05/13 17.45	2,8	1,8	40

Gambar 5. Grafik pH elektrolit AAT dengan tanah liat  pada rangkaian seri bekerja dengan beban sebuah lampu LED

Gambar 6. Grafik Tegangan (volt)  yang dihasilkan (AAT + tanah liat) pada rangkaian seri bekerja dengan beban (1 lampu LED) dan tanpa beban

Gambar 7. Grafik Arus Listrik (mA) yang dihasilkan (AAT + tanah liat) pada rangkaian seri bekerja dengan beban (1 lampu LED) dan tanpa beban

Hasil  Percobaan 1 :

1.       Nilai pH AAT cenderung naik dengan terjadinya proses elektrokimia, dan cenderung stabil setelah beban listrik dilepaskan.

2.       AAT dengan tanah liat memberikan tegangan yang baik sekitar 2,0 volt

3.       Arus listrik terus menurun sampai beban dilepaskan dan kemudian stabil

Percobaan 2

Prosedur kerja :

1.       Susun 3 buah gelas plastik (tanpa diisi tanah liat)

2.       Pasang rangkaian katoda-anoda dan tempatkan pada gelas plastik, setiap gelas akan berisi satu lempengan seng dan satu lempengan tembaga. (rangkaian seri)

3.       Tuang sampel air asam tambang ke tiap gelas masing-masing 150 ml

4.       Ukur pH, tegangan, Arus listrik

Tabel pengukuran Percobaan 2

Waktu pengukuran	pH elektrolit	Tegangan (volt)	Arus (mA)
21/5/13 17.08	1,2	2,8	400
21/05/13 21.30	1,7	2,0	300
22/05/13 05.45	2,6	2,0	80
22/05/13 17.45	2,6	1,8	27

Gambar 9. Grafik pH elektrolit  AAT pada rangkaian seri bekerja tanpa  beban

Gambar 10. Grafik Tegangan (volt)  yang dihasilkan AAT pada rangkaian seri bekerja tanpa beban

Gambar 11. Grafik Arus Listrik (mA) yang dihasilkan AAT pada rangkaian seri bekerja tanpa beban

Hasil Percobaan 2 :

1.       Nilai pH AAT cenderung naik kemudian cenderung stabil

2.       AAT tanpa ditambahkan tanah liat dan tanpa diberi beban,  tegangannya terus cenderung menurun

3.       AAT tanpa ditambahkan tanah liat dan tanpa diberi beban,  arus listriknya  terus cenderung menurun

Kesimpulan :

Air Asam Tambang dapat dimanfaatkan sebagai sumber tenaga listrik, dari 300 ml yang dibagi menjadi 3 wadah dan dirangkai seri sudah mampu menghasikan listrik bertegangan 2,0 volt (lebih besar dari tegangan yang dihasilkan sebuah batrei kering). Tentunya untuk menghasilkan tegangan yang lebih besar diperlukan pengembangan dan modifikasi lebih lanjut.

foto : enam gelas AAT mampu menyalakan lampu baca

foto : pembacaan tegangan 4 volt pada multimeter analog (penunjuk jarum) dan multimeter digital