Buku Ringkasan Disertasi Ekki Kurniawan 090222

KAJIAN PROSES ELEKTROLISIS AIR MINUM DAN RANCANGAN INSTRUMEN DENGAN SUMBER ENERGI SURYA UNTUK PRODUKSI AIR ALKALI DAN AIR ASAM RINGKASAN DISERTASI Oleh: Ekki Kurniawan 140130160004 UNIVERSITAS PADJADJARAN FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM DEPARTEMEN KIMIA PROGRAM STUDI DOKTOR ILMU KIMIA BANDUNG 2022

KAJIAN PROSES ELEKTROLISIS AIR MINUM DAN RANCANGAN INSTRUMEN DENGAN SUMBER ENERGI SURYA UNTUK PRODUKSI AIR ALKALI DAN AIR ASAM Disertasi ini dipertahankan pada Sidang Terbuka Komisi Pascasarjana Universitas Padjadjaran sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dalam bidang Ilmu Kimia Rabu, 9 Februari 2022 Ekki Kurniawan 140130160004 Ketua Tim Promotor : Prof. Dr. Husein H. Bahti Anggota Tim Promotor : Dr. Anni Anggraeni, M.Si. Anggota Tim Promotor : Prof. Dr. Iman Rahayu, M.Si. UNIVERSITAS PADJADJARAN FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM DEPARTEMEN KIMIA PROGRAM STUDI DOKTOR ILMU KIMIA BANDUNG 2022

TELAH DIUJI PADA UJIAN NASKAH DISERTASI (UND) TANGGAL 23 Agustus 2021 Ketua Sidang : Prof. Dr. Iman Rahayu, M.Si. Sekretaris Sidang : Prof. Dr. Tati Herlina, M.Si. Ketua Tim Promotor : Prof. Dr. Husein H. Bahti Anggota Tim Promotor : Dr. Anni Anggraeni, M.Si. Oponen Ahli Prof. Dr. Iman Rahayu, M.Si. : Prof. Dr. Yeni Wahyuni Hartati, M.Si. Guru Besar Prof. Dr. Risdiana, M.Eng. Dr. Edy Wibowo, M.Sc. : Prof. Dr. Sudradjat, MS

ABSTRAK Air alkali, yaitu air yang bersifat basa dengan pH > 7, contohnya yang dikenal sebagai Kangen Water, telah digunakan oleh masyarakat sebagai air minum yang berkhasiat. Sementara itu air asam, dengan pH < 7, bermanfaat sebagai obat luar. Walaupun kedua jenis air tersebut telah lama diketahui dapat diproduksi dari air mineral dengan menggunakan mesin elektrolisis, namun sejauh ini mekanisme proses elektrolisisnya yang rinci belum dilaporkan dalam literatur. Jadi tujuan pertama penelitian adalah untuk mempelajari mekanisme rinci pembentukan air alkali dan air asam pada elektrolisis air minum yang bermineral. Dari aspek peralatan elektrolisis, air alkali dan air asam telah diproduksi dengan menggunakan mesin elektrolisis tipe batch atau tipe kontinu. Kedua jenis alat tersebut memiliki kelemahan. Alat tipe kontinu mahal karena menggunakan bahan elektrode platina yang dilapisi titanium. Alat tipe batch lebih murah, tetapi menggunakan membran yang luas areanya kecil sehingga prosesnya lambat. Masalah lainnya adalah bahwa proses elektrolisis menggunakan kedua jenis alat tersebut memerlukan energi yang besar, sehingga biaya operasionalnya mahal. Atas dasar alasan-alasan tersebut maka penelitian ini juga bertujuan merancang bangun instrumen elektrolisis untuk memproduksi air alkali dan air asam yang hemat energi, cepat, dan lebih murah. Dalam penelitian ini, peralatan elektrolisis telah dirancang dan dibuat dari bahan elektrode yang terbuat dari bahan yang lebih murah yaitu stainless steel dan karbon grafit. Lubang membran telah diperbanyak dengan tujuan untuk mempercepat proses elektrolisis. Sebagai sumber energi telah digunakan energi surya. Eksperimen elektrolisis telah dilakukan dengan menggunakan alat hasil rancangan, dengan sampel air minum yang diambil dari PDAM Kota Bandung. Hasil analisis kimia menunjukkan bahwa sampel-sampel air minum tersebut mengandung ion-ion Na+, K+, Ca2+, dan Mg2+, serta anion-anion Cl-, NO3-. SO42-, dan CO32-/HCO3-; dalam konsentrasi tertentu. Berdasarkan hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa pembentukan air alkali di katode lebih disebabkan oleh ion-ion logam alkali (Na+dan K+), dari pada oleh ion-ion logam alkali tanah (Ca2+ dan Mg2+). Pembentukan air asam di anode lebih disebabkan oleh anion bermuatan -1 (yaitu Cl- dan NO3-) dari pada yang bermuatan -2 (yaitu SO42-, CO32-). Lebih lanjut, disimpulkan bahwa alat elektrolisis yang dirancang bangun pada kapasitas 1400 mL dalam waktu 60 menit, energi rata-rata 0,002 kwh dengan harga sekitar Rp 2,8 per unit. Alat tersebut dapat bekerja efektif, cepat, dan tidak mahal seperti yang diharapkan. Kata kunci: Air minum, alat elektrolisis, energi surya, air alkali, air asam, Kangen Water 4

KAJIAN PROSES ELEKTROLISIS AIR MINUM DAN RANCANGAN INSTRUMEN DENGAN SUMBER ENERGI SURYA UNTUK PRODUKSI AIR ALKALI DAN AIR ASAM Oleh: Ekki Kurniawan 140130160004 PENDAHULUAN Sejak tahun 2014 masyarakat Indonesia telah banyak yang mengkonsumsi air alkali atau yang dikenal dengan Kangen Water. Minuman ini dibuat dengan mesin elektrolisis Enagic yang diimpor dari Jepang. Mesin itu juga menghasilkan air asam sebagai produk sampingan. Air alkali yang memenuhi persyaratan dapat diminum, dan diyakini berkhasiat untuk kesehatan tubuh, sedangkan air asam dapat digunakan sebagai obat luar (Amin & Kamel, 2008). Di pasaran telah tersedia berbagai merek alat elektrolisis tipe kontinu, namun harga relatif mahal berkisar antara Rp 10.000.000 - Rp 85.000.000, dan oleh karena itu masih belum terjangkau oleh masyarakat luas di Indonesia. Mahalnya alat karena elektrodenya terbuat dari bahan platina yang dilapisi titanium. Mesin itu menggunakan pompa air DC 12V 2A, dengan daya untuk mengoperasikannya berkisar 100-200 watt. Ada alat tipe batch yang relatif murah, harganya sekitar Rp. 150.000 – 500.000. Akan tetapi alat ini masih banyak kekurangan, diantaranya proses elektrolisisnya yang lama. Lambatnya proses ini karena area membran yang sempit, sehingga arus elektrolisisnya kecil. Daya yang digunakan berkisar antara 5-10 watt. Waktu yang diperlukan untuk proses elektrolisis 6 – 12 jam, dengan 5

demikian energi yang dipakai sebesar 0,03-0,12 KWh. Energi sebesar 0,12 KWh, dapat diserap modul sel surya dengan luas 0,3 m2 atau kira-kira berukuran 50 cm x 60 cm selama satu jam. Berdasarkan data dari Ditjen Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi (EBTKE) bahwa intensitas radiasi rata rata di Indonesia 4,8 KWh/m2/hari (Maritje, H. 2016). Jika cahaya matahari tertangkap selama 8-12 jam per hari, maka intensitas radiasinya (iradiasi) adalah 0,4 – 0, 6 KW/m2. Masalah lainnya adalah mekanisme perubahan komposisi kandungan air hasil elektrolisis dari instrumen elektrolisis jenis kontinu maupun batch belum diteliti. Ita & Dian (2019) melakukan analisis sampel air minum sebelum dielektrolisis yang hasilnya menunjukkan adanya kandungan garam-garam alkali. Setelah elektrolisis, air alkali yang dihasilkan juga memenuhi persyaratan untuk diminum, akan tetapi peneliti-peneliti tersebut tidak menjelaskan bagaimana perubahan komposisi ion-ion utama sebelum dan sesudah proses elektrolisis. Teori tentang mekanisme proses elektrolisis yang terjadi dalam pembentukan air alkali dan air asam belum diterangkan dalam literatur- literatur. Isana (2010), hanya menjelaskan proses elektrolisis air yang menghasilkan gas hidrogen dan oksigen, berlangsung sangat lambat, sehingga elektrolisis air perlu dimodifikasi dengan penambahan zat terlarut yang bersifat ionik, atau dengan modifikasi elektrode yang digunakan atau dengan cara lain. Henry & Chambron (2013) menjelaskan bahwa elektrolisis air mineral menghasilkan gas hidrogen (H2) dan ion hidroksida (OH-) di katode, serta gas oksigen (O2) dan ion hidrogen (proton H+) di anode melalui reaksi reduksi dan oksidasi dengan persamaan reaksi sbb: 6

2 H2O(ℓ) + 2e-  H2(g) + 2OH−(aq) 2 H2O(ℓ)  O2(g) + 4H+(aq) + 4e- Tegangan listrik yang diberikan menyebabkan elektron mengalir dari katode ke anode. Saat elektron mengalir air alkali terbentuk di sisi katode karena adanya ion hidroksida yang berikatan dengan kation mineral (Na+, K+, Ca2+, Mg2+). Di bagian anode terbentuk air asam karena adanya anion mineral (HCO3-, Cl, HSO4, NO3- ) yang terikat oleh ion hidrogen. Pengaruh mana yang lebih dominan dalam pembentukan air alkali dan air asam, apakah pengaruh tegangan atau kandungan mineral dalam air, belum dijelaskan oleh kedua peneliti tersebut. Dalam mempelajari pembentukan air alkali dan air asam telah dikembangkan Diagram Pourbaix Terbalik (DPT). Diagram Pourbaix adalah diagram antara tegangan (E) terhadap pH yang menggambarkan ketergantungan stabilitas elektrokimia air kepada tiga unsur penting, yaitu: hidrogen, oksigen dan elektron. Dalam Diagram Pourbaix E merepresentasikan tegangan standar reduksi-oksidasi, sedangkan pH mewakili aktivitas ion hidrogen (Huang & H-H, 2016). Diagram Pourbaix terbalik (DPT), merupakan kebalikan dari Diagram Pourbaix, yaitu pH sebagai fungsi dari tegangan, pH (E). DPT lebih sesuai, karena tegangan listrik yang menyebabkan perubahan pH pada reaksi elektrolisis. METODE Metode penelitian meliputi perancangan dan implementasi peralatan, percobaan elektrolisis serta pengujian air hasil elektrolisis. Sistem instrumentasi elektrolisis yang dirancang disebut wadah ionisasi air, portabel, Portable Water Ionizer (PWI), dibuat pada volume tetap maksimum 1,5 liter seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Wadah 7

dibagi dua untuk sisi anode dan katode dipisahkan oleh suatu membran. Elektrode dibuat dari bahan karbon grafit dan baja tahan karat (SS), yang ditempelkan pada tutup teko dengan panjang 12 cm, diameter 1 mm, jarak 7 cm. Botol dilubangi beberapa buah dengan luas lubang sekitar 1 cm2 untuk diisi membran kapas,. a. b. c. Gambar 1 a. Perancangan alat b. bahan elektrode dan membran b. Implementasi wadah elektrolisis untuk sisi katode dan anode Energi matahari yang diserap oleh Modul Sel Surya (MSS) dapat langsung digunakan atau disimpan melalui konverter dan baterai. Tegangan listrik dapat ditingkatkan dengan konverter untuk mencatu proses elektrolisis air mineral yang akan menghasilkan air alkali, dan air asam. Gambar 2a memperlihatkan penggunaan energi surya dalam elektrolisis 8

untuk produksi air alkali dan asam. Gambar 2b menunjukkan diagram proses penelitian untuk menganalisis parameter kimia dalam air. Parameter kimia yang dianalisis meliputi pH, TDS, kandungan ion-ion, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, dan Cl-, NO3-, SO42- dengan menggunakan metode APHA (American Public Health Association). Perangkat lunak Chem3D diaplikasikan untuk menghitung perubahan energi Gibbs pada senyawa asam dan basa yang mungkin terbentuk. MS Excel dipakai untuk menggambar dan menganalisis tren persamaan garis pada grafik hasil pengukuran. a. b. Gambar 2. a. Penggunaan energi surya dalam elektrolisis untuk produksi air alkali dan asam dan b. Bagan penelitian dan analisis sampel air minum PDAM sebelum dan sesudah elektrolisis dengan metode APHA. 9

HASIL DAN PEMBAHASAN Mekanisme pembentukan ion H+ dan OH- dalam proses elektrolisis dapat dijelaskan melalui Diagram Pourbaix Terbalik (DPT) seperti terlihat pada Gambar 3. DPT didasarkan pada persamaan Nernst dan batas-batasnya diambil dari potensial reaksi reduksi dan oksidasi air dalam keadaan standar (Eo). Gambar 3. Diagram Pourbaix Terbalik pada elektrolisis air, sebelah kiri warna pink untuk gas hidrogen, di tengah warna biru untuk air, dan sebelah kanan warna kuning untuk gas oksigen. Persamaan garis a, pH= 7 memisahkan daerah asam dengan basa; persamaan garis b, pH= -16,9 memisahkan fasa air dengan gas H2; persamaan garis c, Eo=0 memisahkan antara katode dengan anode dengan membran; dan persamaan garis d, pH = -16,9Eo - 20,8 memisahkan fasa air dengan fasa gas O2.. 10

Diagram yang di tengah (warna biru) adalah fasa air, dibagi menjadi empat yaitu daerah 1, 2, 3, dan 4 sebagai berikut: Daerah 1: Air dalam daerah ini sedikit bersifat asam (pH < 7). Air terurai menjadi ion H+ dan OH-. Katode (elektrode negatif) menarik ion positif H+, sehingga keberadaan H+ lebih banyak dari OH-. (H+ > OH-). H+ yang tertarik ke katode akan membentuk gas H2. Dan oleh karena itu jumlah ion H+ cenderung berkurang, persamaan reaksinya: 2 H+ (aq) + 2e- H2(g) (Eo = 0,00 V) Daerah 2: Air pada daerah ini bersifat asam (pH < 7). Air di sisi anode yang banyak mengandung ion H+ (H+ > OH-). H+ di daerah ini akan berikatan dengan ion-ion negatif seperti Cl-, NO3-, CO32-, dan SO42- membentuk air asam. Jumlah ion H+ cenderung bertambah, persamaan reaksinya: 2 H2O(l)  O2(g) + 4H+ (aq) + 4e- (Eo = + 1,23V). Daerah 3: Air dalam daerah ini sedikit bersifat basa (pH > 7). Elektrode positif (anode) menarik ion negatif OH- , keberadaan ion OH- lebih banyak dari H+ (OH- >H+). OH- yang tertarik ke anode akan membentuk gas O2. Jumlah ion OH- cenderung berkurang, persamaan reaksinya 4OH- (aq)  O2(g)+ 2H2O (l) + 4e- (Eo = + 0.40 V). Daerah 3 lebih sempit daripada daerah 2, secara keseluruhan air di daerah anode yang mengalami reaksi oksidasi bersifat asam. Daerah 4: Air dalam daerah ini bersifat basa (pH>7). Air di sisi katode banyak mengandung OH- (OH- > H+) , OH- di daerah ini mengikat ion-ion Na+, K+, Mg2+, Ca2+ membentuk larutan alkali. Jumlah ion OH- cenderung bertambah, persamaan reaksinya 2 H2O (l) + 2e - H2(g) + OH- (a) (Eo = -0,83 V). Daerah 4 lebih luas daripada daerah 1, secara keseluruhan air di daerah katode yang mengalami reaksi reduksi bersifat basa. 11

Mekanisme pembentukan air asam dan air alkali dapat dilihat pada Gambar 4. Air alkali ada dalam daerah 4 (sisi katode) dan air asam ada dalam daerah 2 (sisi anode), yang dipisahkan oleh membran. Dengan adanya medan listrik ion-ion mineral dalam air akan terpolarisasi, ion-ion positif seperti Na+, K+, Ca2+, dan Mg2+, akan tertarik ke elektrode negatif (katode), sementara itu ion-ion negatif seperti Cl-, NO3- , CO32-, dan SO42- akan tertarik ke elektrode positif (anode). Gambar 4. Mekanisme pembentukan air alkali (di sisi katode daerah 4) dan air asam (di sisi anode daerah 2) dipisahkan oleh membran. Perhitungan perubahan energi bebas Gibbs dilakukan dengan analisis in silico dengan program aplikasi Chem3D. Gambar 5 memperlihatkan grafik perubahan energi Gibbs pembentukan air asam (HCl, HNO3, H2SO4 dan H2CO3) dan air basa (NaOH, KOH, Mg(OH)2, dan Ca(OH)2 ). Berdasarkan nilai perubahan energi bebasnya yang bernilai negatif, maka asam klorida (HCl) dan asam nitrat (HNO3) terbentuk secara spontan. Hal ini karena jumlah ion H+ diikat setiap molekulnya hanya satu (valensi asam =1). Asam tersebut termasuk jenis asam kuat karena mudah terionisasi. 12

Derajat ionisasi kedua asam tersebut sebesar 1(satu). Asam HCl memiliki pKa = -8, HNO3 memiliki Pka = -2, dengan persamaan reaksi sebagai berikut : H3O+(aq) + Cl–(aq)  HCl(l) + H2O(l) H3O+(aq) + NO3–(aq)  HNO3 (l) + H2O(l) Pada pembentukan asam sulfat (H2SO4) dan asam karbonat (H2CO3) perubahan energi bebasnya bernilai positif maka tidak dapat berjalan spontan. Kedua jenis asam ini berproton ganda, memiliki dua jenis konstanta ionisasi Ka1 dan Ka2, dengan persamaan reaksi sebagai berikut : H3O+ + SO42−  HSO4− + H2O ; pKa1 ≈ −3 H3O+ + HSO4−  H2SO4 + H2O ; pKa1 ≈ 2 2H2CO3 HCO3− + H3O+ ; pKa1 ≈ 3,6 2HCO3−  CO3-2 + H3O+ ; pKa2 ≈ 6,35 ; Dengan demikian dalam pembentukan asam anion Cl- dan NO3-, lebih berpengaruh daripada anion SO42- dan HCO3- Disamping itu dalam air, asam karbonat dapat membentuk gas karbondioksida, dengan persamaan kesetimbangan sebagai berikut : H2CO3. ⇌CO2 + H2O Senyawa basa seperti NaOH, KOH, Mg(OH)2, dan Ca(OH)2 mempunyai perubahan energi bebas Gibbs, berturut-turut sebesar -7,94; -9,04; -12,16; dan -14,63 Kkal/Mol. Senyawa-senyawa ini dapat terbentuk spontan. Perubahan energi pembentukan NaOH dan KOH lebih kecil daripada pembentukan Mg(OH)2, dan Ca(OH)2. NaOH dan KOH merupakan basa kuat bervalensi satu, mudah terbentuk dan mudah terurai, basa jenis ini akan larut sempurna dalam air, sebaliknya Mg(OH)2, dan Ca(OH)2 merupakan basa bervalensi dua. Keduanya memiliki konstanta kelarutan, sehingga dalam air, pada saat jenuh sebagian akan mengendap. 13

a. b. Gambar 5. Grafik perubahan energi Gibbs untuk a. HCl , HNO3 , H2SO4 , H2CO3 dan b. NaOH, KOH, Mg(OH)2, dan Ca(OH)2 . Tabel 1 memperlihatkan hasil analisis beberapa parameter kimia. Air asam dihasilkan di sisi anode memiliki pH 2,34, sedangkan air alkali di sisi katode pHnya 8,32. Perubahan nilai TDS sangat menonjol terjadi di anode dari 141 menjadi 740. Dari data nilai pH dan TDS, air asam yang dihasilkan sudah tidak memenuhi syarat untuk diminum, sedangkan air basa atau air alkali memenuhi syarat sebagai air minum, sesuai standar WHO ataupun Menkes RI tahun 2010. Jumlah ion-ion mineral utama yang terdeteksi sebelum dan sesudah elektrolisis terjadi perubahan yaitu, ion Na +, K +, Ca2+ dan Mg2+ di sisi katode meningkat, di sisi anode menurun, ion Cl-, NO3-, SO42- dan HCO3- di sisi anode meningkat, sementara itu di sisi katode menurun. Jumlah ion yang mengalami kenaikan cukup signifikan adalah ion HCO3- , Ca2+, dan Mg2+, hal ini karena adanya garam-garam kalsium dan magnesium yang sukar terionisasi dalam air seperti CaCO3, MgCO3, CaSO4, dan MgSO4. 14

Tabel 1. Hasil analisis kualitatif beberapa parameter kimia sebelum dan sesudah elektrolisis di sisi anode dan katode dengan satuan mg/L atau ppm. Sebelum Sesudah dielektrolisis (ppm) dielektrolisis Parameter di anode di katode (ppm) pH 6,71 2,34 8,32 TDS 141 740 142 Ca2+ 6,74 6,13 15,5 Mg2+ 3,29 2,85 7,33 Na + 6,77 2,0 8,48 K+ 9,23 2,31 11,1 Cl - 17,5 62,3 7,78 NO3- 2,03 3,2 0,416 SO42- 4,65 14,3 3,0 HCO3- 91 647 88 Sebelum elektrolisis keberadaan ion-ion tersebut belum semuanya terdeteksi (terdeteksi sebagian). Jumlah ion yang mengalami penurunan adalah ion NO3- dan Cl-, hal ini dimungkinkan karena terjadi reduksi di katode, NO3- membentuk gas NO dan NO2, sedangkan Cl- membentuk gas Cl2. Ion-ion SO42− dapat bereaksi membentuk ion-ion atau senyawa lain baik dengan pemberian tegangan positif maupun negatif. Logam-logam alkali dan alkali tanah seperti Na(s), K(s), Ca(s), dan Mg(s) dapat terbentuk di sisi katode melalui reaksi reduksi. Analisis pengendapan berdasarkan hasil kali kelarutan (Ksp) dan hasil kali ion-ion (Q). Perhitungan Q setelah elektrolisis pada Ca(OH)2 ; [Ca 2+-] = 0,000387 M; Q=2,3x10-10 (< Ksp,tidak ada endapan ) dan pada Mg(OH)2; [Mg 2+-] = 0,000302M, Q=1,1x10-10 (>Ksp, sebagian mengendap). Q sebelum elektrolisis pada Mg(OH)2; Mg2+= 0,000135; Q=9,8 x 10-12 (tidak ada endapan, karena Q<Ksp). 15

Hasil Pengukuran pH dan Arus Elektrolisis Sampel air minum yang digunakan diambil dari air yang tersedia di rumah yang berasal dari PDAM Kota Bandung (jenis 1), dan air kemasan merek A(jenis 2), pH awal 7 dan 7,2 ; TDS awal 132 dan 181 ppm. Tegangan yang diukur pada kotak kontak On-Grid PLTS sebesar 220 VAC, tegangan yang terukur pada alat elektrolisis sebesar 100 VDC. Pengukuran pH merupakan real time yang datanya diperoleh setiap selang waktu 10 menit. Gambar 6 memperlihatkan Grafik pH terhadap waktu elektrolisis dalam pembentukan air alkali dan air asam. Pada pembentukan air alkali ternyata pH cenderung meningkat secara eksponensial. Persamaan pH1 =7,281e0,0409t , pada menit ke-60 pH1 bernilai 9,5, dan persamaan pH2 =7,46e0,043t , pada menit ke-60 , pH=9,8. Pada pembentukan air asam pH cenderung menurun secara eksponensial. Persamaan exponensial jenis1 dan jenis 2, adalah pH1 = 6,87e-0,156t dan pH2 =7,05e-0,123t dengan pH akhir sejak menit ke-50 hingga ke-60 menurun menjadi 2,7 dan 3,3. 12 8 pH1 pH2 7 11 10 pH2 = 7,46e0,043t 6 5 pH2= 7,05e-0,123t 9pH pH 8 4 7 pH1 = 7,28e0,0409t 3 6 2 pH1= 6,87e-0,156t 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 Waktu (menit) Waktu (menit) Gambar 6. Grafik pH terhadap waktu elektrolisis dalam pembentukan air alkali dan air asam pengukuran tiap 10 menit selama satu jam. 16

Percobaan berikutnya dilakukan tiga kali dengan menggunakan membran yang lebih banyak yaitu 8 lubang. Pada percobaan-percobaan sebelumnya hanya menggunakan 5 lubang. Dengan penambahan luas membran ini, terjadi peningkatan arus yang signifikan. Gambar 7. Grafik arus I1, I2, dan I3, terhadap waktu elektrolisis untuk jenis air 1,2, dan 3 dengan TDS 63, 111, dan 203 ppm. Terlihat pada grafik Gambar 7 bahwa pada menit-menit awal hingga t1 (20, 30 atau 40 menit), arus meningkat secara eksponensial, sampai titik puncak. Kemudian setelah mencapai puncak arus menurun secara eksponensial hingga ke t2 (100 menit). Setelah mencapai waktu t3(120 menit), arus cenderung konstan. Tren persamaan arus y1,y2 dan y3 sebagai fungsi waktu (x) untuk jenis air minum 1,2 dan 3 sebagai berikut : y1 = 30,065e0,0698x + 45,117e-0,045x (1) y2 = 50,911e0,0818x + 93,971e-0,053x (2) y3 = 128,87e0,0897x + 231,89e-0,095x (3) 17

Rangkaian elektronik pengganti proses elektrolisis dapat dilukiskan seperti pada Gambar 8. Komponen diode memastikan bahwa arus elektrolisis berupa arus searah. Saklar S membagi waktu penyambungan 0- t1, t1-t2, dan t2-t3. Pada tahap pertama dari 0 hingga t1, arus elektrolisis naik secara eksponensial, seperti arus pengisian induktor (L). Hal ini dapat terjadi karena molekul - molekul dalam air minum mengalami sifat magnetik.Arah ion-ion dipol yang asalnya acak, akan teratur sesuai dengan arah medan listrik, Gambar 8. Rangkaian elektronik pengganti proses elektrolisis air minum bermineral, terdiri dari sumber tegangan v, diode D, saklar S, dan komponen RLC. Pada tahap kedua t1 hingga t2, arus elektrolisis menurun secara eksponensial, seperti arus pengisian kapasitor (C). Pada tahap ke-3 mulai t2 sampai t3, arus cenderung konstan, seperti halnya arus yang mengalir pada resistor (R). Perubahan arus elektrolisis juga terjadi karena adanya perubahan jumlah ion-ion dalam larutan, semakin banyak ion, semakin besar arusnya. Jika ditinjau dari jumlah ion-ion, maka tahap pertama terjadi ionisasi (penambahan jumlah ion, hingga maksimum), tahap kedua terjadi reaksi redoks (pengurangan jumlah ion hingga minimum), tahap ketiga seluruh ion-ion garam sudah sudah membentuk senyawa asam dan basa. 18

KESIMPULAN 1. Air alkali terbentuk di katode disebabkan keberadaan ion-ion logam yang umum terdapat air minum (N+, K+, Ca2+, dan Mg2+). Besarnya pH dari air alkali lebih disebabkan oleh ion-ion logam alkali (N+ dan K+), daripada oleh ion-ion logam alkali tanah (Ca2+ dan Mg2+). Air asam terbentuk di anode disebabkan oleh keberadaan anion-anion yang umum terdapat dalam air minum (Cl-, NO3-, SO42-, dan CO32-/HCO3- ). Besarnya pH dari air asam lebih disebabkan oleh keberadaan anion-anion bermuatan -1 (yaitu Cl- dan NO3-) dari pada oleh anion-anion bermuatan -2 (yaitu SO42-, dan CO32-). 2. Alat atau instrumen elektrolisis air minum untuk memperoleh produk berupa air alkali dan air asam telah dirancang dan dibuat dalam penelitian ini. Instrumen tersebut bentuknya sederhana, portabel, dengan bahan elektrode dari stainless steel dan grafit. Tegangan listrik dapat diperoleh langsung dari modul sel surya atau melalui baterai, dan konverter. Alat dapat berfungsi dengan baik, menghasilkan air alkali dan air asam dengan kualitas yang baik, dan memenuhi persyaratan sebagai air untuk kesehatan. Instrumen tersebut produktif dalam menghasilkan air alkali dan air asam, cepat dan murah. SARAN Untuk memperoleh manfaat yang lebih banyak, khususnya untuk meningkatkan kesehatan masyarakat, disarankan melakukan perancangan dan membuat instrumen elektrolisis dengan ukuran yang lebih besar, dengan menggunakan energi surya, agar diperoleh produk dalam skala besar, untuk tujuan komersial. 19

DAFTAR PUSTAKA Amin and Kamel. 2008. International Publication, PCT WO 2008/138358 Al, Electrolyzed alkaline water for drinking ph 9.5 +/- 1.5. https://patents.google.com/patent/WO2008138358A1/en Amin and Kamel. 2008. International Publication, PCT WO 2008/138359 Al, Electrolyzed acidic water for sterilization and disinfection ph 2.5+/- 1.5 https://patents.google.com/patent/WO2008138359A1/en Henry,M.&Chambron,J.2013.Review Physico-Chemical, Biological and Therapeutic Characteristics of Electrolyzed Reduced Alkaline Water (ERAW) ISSN 2073-4441, 5, 2094-2115 Huang & H-H. 2016. The Eh-pH Diagram and Its Advances, Metals , 6(1)23; https://doi.org/10.3390/met6010023 Isana, S. 2010. Perilaku Sel Elektrolisis Air dengan Elektrode Stainless Steel. Pros. Seminar Nasional. ISBN: 978-979-98117-7-6. Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA UNY. Ita & Dian, M.2019. Parameter Fisika, Kimia dan Bakteriologi Air Minum Alkali Terionisasi yang Diproduksi Mesin Kangen Water LeveLuk SD 50, Jurnal Maritje, H. 2016. Solusi Listrik off-Grid Berbasis Energi Terbarukan di Indonesia. Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi. https://iesr.or.id/wp-content/uploads/Energi-Terbarukan.pdf, 18/9/2018 20

DALIL-DALIL DISERTASI 1. Energi matahari yang diserap modul sel surya, menghasilkan tegangan DC, dapat langsung dimanfaatkan sebagai sumber tegangan elektrolisis. 2. Air asam dan air alkali dapat dibuat dengan mengelektrolisis air minum bermineral menggunakan membran pemisah antara sisi anode dan sisi katode. 3. Air alkali hasil elektrolisis mengandung kadar kalsium, magnesium, kalium, dan natrium lebih banyak dari air sebelumnya, sehingga dapat membantu menyehatkan serta menguatkan tulang, sendi, otot, dan darah. 4. Besaran fisika seperti tegangan, arus listrik, waktu, serta besaran kimia berupa pH dan TDS, merupakan parameter utama dalam elektrolisis air minum. 5. Karakteristik arus elektrolisis air minum bermineral merupakan kombinasi arus induktif, arus kapasitif dan arus resistif. 6. Wujudkan hasil penelitian dalam bentuk alat atau produk yang sederhana, agar masyarakat dapat merasakan manfaatnya. 7. Hidup di dunia ibarat panggung sandiwara hanya sementara, karena itu jalanilah sesuai skenario, bersabarlah, hadapilah dengan senyum, dan bersyukurlah selalu. 21

RIWAYAT HIDUP Ekki Kurniawan bin Didi Suardi sebagai penulis disertasi ini dilahirkan pada tanggal 1 Januari 1969 di Kabupaten Bandung, sebagai anak ketujuh dari delapan bersaudara, dari ayah almarhum Didi Suardi bin Kartaetje dan almarhumah Mumun Rohayati Binti Watmadimadja. Pendidikan formal dimulai dari Taman Kanak-Kanak Tunas Karya, dan Sekolah Dasar di Perkebunan Sedep PT Nusantara Pangalengan Kabupaten Bandung, SMP Handayani Banjaran Kabupaten Bandung dan SMA Negeri 4 Kota Bandung. Ekki Kurniawan menyelesaikan jenjang pendidikan S1 dan S2 di jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung tahun 1992 dan 2002. Tahun 2016 Ekki Kurniawan memperoleh kesempatan melanjutkan pendidikan ke jenjang Doktor Ilmu Kimia Departemen Kimia Fakultas MIPA Universitas Padjadjaran Bandung dibawah bimbingan Tim Promotor dengan Ketua Promotor Prof. Husen H. Bahti, dan anggota Promotor Dr. Anni Anggraeni, M.Si, dan Prof.Dr. Iman Rahayu M.Si. Ekki Kurniawan mendapat bantuan hibah Penelitian Disertasi Doktor (PDD) dari Kementerian Riset dan Teknologi dan Pendidikan Tinggi Indonesia tahun 2018. Sejak tahun 2009 Ekki Kurniawan mengabdi sebagai tenaga pengajar pada bidang Teknik Elektro, untuk mata kuliah Pengantar Teknik Elektro, Rangkaian Listrik, Pengukuran Elektrik, Sistem Catu Daya dan Sistem Energi Listrik Terbarukan pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Elektro Universitas Telkom. 22

PUBLIKASI Daftar publikasi selama masa pendidikan Program Doktor Ilmu Kimia di FMIPA Universitas Padjadjaran sebagai berikut: A. Pemakalah 1. Pemakalah pada Seminar Nasional Kimia UIN Sunan Gunung Djati Bandung Oktober 2018, Bandung 2. Pemakalah pada Seminar Nasional Kimia UIN Sunan Gunung Djati Bandung Oktober 2019, Bandung 3. Pemakalah daring pada The International Seminar of The Indonesian Society for Biochemistry and Molecular Biology and The University Center of Excellence for Biotechnology and Conservation of Wallacea. 3 September 2020, Universitas Sam Ratulangi, Manado 4. Digital presenter in the 239th ECS Meeting with the 18th International Meeting on Chemical Sensors. THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY, May 30-June 3, 2021. New Jersey, USA 5. Pemakalah SEMINAR NASIONAL KIMIA 2021. Aktualisasi Ilmu Kimia dalam Tatanan New Normal dan Tantangan Pembangunan Berkelanjutan di Tahun 2030. 05 Juni 2021, UNPAD Bandung B. Makalah 1. Kurniawan, E. Ramdhani, M. Manfaati, R., Deden, I. D, Anggraeni, A. Rahayu, I., Bahti, H. 2018. Elektrolisis Untuk Produksi Air Alkali Dan Asam Dengan Sumber Energi Modul Sel Surya, Prosiding Seminar Nasional Kimia UIN Sunan Gunung Djati Bandung. 2. Kurniawan E., Muhammad R H., Bahti H H, Anggraeni, A. Rahayu, I, Manfaati R. 2019. Perancangan Instrumen Elektrolisis Dengan Sumber Energi Matahari Untuk Produksi Air Alkali dan Air Asam, Prosiding Seminar Nasional Kimia UIN Sunan Gunung Djati Bandung. 3. Ekki Kurniawan, Husein Bahti, Anni Anggraeni, Iman Rahayu. 2021 THE EFFECT OF POTENTIAL AND TDS TO CURRENT EFFICIENCY IN MINERAL WATER ELECTROLYSIS WITH SOLAR ENERGY SOURCE FOR PRODUCING ALKALINE AND ACIDIC WATER, RASĀYAN J. Chem., Vol. 14, No.2. 23

C. Paten 1. Alat yang dibuat sudah diusulkan pada paten sederhana dengan : NOMOR PERMOHONAN : SID201903841 TANGGAL PENERIMAAN : 08 Mei 2019 Judul : WADAH PORTABEL ELEKTROLISIS AIR MINERAL https://pdkiindonesia.dgip.go.id/index.php/paten/OWN4MngwMHpxY0 9XU3pnSHV0UHVHZz09?q=SID201903841&type=1 No. Paten : IDS000003647 ; Tgl. Pemberian : 16-02-2021 TANGGAL DIMULAI PERLINDUNGAN: 08-05-2019 TANGGAL BERAKHIR PERLINDUNGAN: 08-05-2029 2. Alat dan Metode Produksi Air Hidrogen, Air Alkali, dan Air Asam dengan Saklar Penukar Elektrode, NOMOR PERMOHONAN : P00202010429 24