Disable Preloader

Berita

02 Februari 2021

Pemodelan Interaksi Hidrogen dengan Material

Serpong, Humas LIPI. Gagus Ketut Sunnardianto, Ph.D, peneliti Pusat Penelitian Fisika – Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (P2 Fisika – LIPI), pada Selasa (2/2) memapaparkan penelitiannya yang berjudul “Modelling of Hidrogen in a material (hydrogen embrittlement and hydrogen storage)” atau Pemodelan Interaksi Hidrogen dengan Material (Perapurahan oleh Hidrogen dan Penyimpanan Hidrogen). Topik riset tersebut dipresentasikan pada kegiatan rutin Kolokium Fisika Daring perdana tahun 2021 di P2 Fisika-LIPI secara daring melalui media Zoom.

Gagus Ketut Sunnardianto mempresentasikan topik penelitiannya tentang simulasi bagaimana hidrogen berinteraksi dengan material secara mikroskopik ditinjau dari perilaku elektron dan atom. Ada dua tema penelitian yang dipresentasikan yaitu terkait penggetasan baja oleh hidrogen untuk mengetahui sifat mekanis dari baja dan juga penyimpanan hidrogen pada material grafena untuk bahan bakar hidrogen. 

Penggetasan Baja oleh Hidrogen

Tema Pertama, Hydrogen Embrittlement on Steel (Penggetasan baja oleh hidrogen). Baja merupakan komponen utama atau pendukung di dunia industri minyak dan gas. Bahkan keberadaanya sering dijumpai diberbagai aplikasi seperti untuk jembatan, rangka mobil, peralatan mekanik, dan banyak aplikasi lainnya yang ditemui sehari-hari menggunakan komponen utama baja.

“Dalam proses penggunaan baja tersebut sering dijumpai proses korosi akibat interaksi dengan lingkungan yang bersifat asam dan lingkungan air, sehingga dalam kurun waktu tertentu baja mengalami korosi bahkan bisa mengalami kegagalan jika baja tersebut bereaksi dengan ion hidrogen secara terus menerus,” ungkap Gagus. 

“Oleh karena itu sangat penting melakukan penelitian secara fundamental (basic sciences) bagaimana proses interaksi hidrogen dengan baja,” tambahnya.

Apa yang terjadi secara mikroskopik ketika hidrogen berinteraksi dengan baja secara terus menerus dengan rentang waktu yang lama? Sayangnya, menurut Gagus, proses interaksi yang sangat cepat ini tidak bisa dilihat secara langsung dengan kasat mata, oleh sebab itu komputasi atau memodelkan fenomena fisis ini sangat penting sehingga bisa digunakan sebagai informasi sekaligus arahan untuk mendesain material baja/paduan baja yang tahan terhadap serangan hidrogen.

Dengan perhitungan berbasis dinamika molekular, bisa diketahui fenomena fisis bagaimana hidrogen berinteraksi dengan dislokasi pada baja dan bagaimana perubahan kecepatan dislokasi akibat pengaruh konsentrasi hidrogen yang terserap pada baja. “Parameter atau besaran fisis kecepatan dislokasi pada baja ini yang nantinya digunakan sebagai masukan (input) untuk perhitungan komputasi dengan order dan skala yang lebih besar yaitu dengan model plastisitas kristal (crystal plasticity), yang nantinya dapat menghasilkan kurva regangan tegangan sebagai identifikasi dan justifikasi sifat mekanis dari baja tersebut,” urainya. 

Penyimpanan Hidrogen pada Material Grafena

Tema Kedua, Gagus menyajikan judul Hidrogen storage on Graphene (penyimpanan hidrogen pada material grafena). Selain mempresentasikan terkait efek negatif hidrogen ketika berinteraksi dengan baja, dirinya menampilkan efek positif ketika hidrogen berinteraksi dengan material, salah satunya untuk aplikasi penyimpanan hidrogen.

“Seperti yang diketahui, hidrogen tersedia di alam dalam jumlah yang melimpah, ringan dan merupakan sumber energi terbarukan, sehingga penelitian terkait proses penyimpanan hidrogen pada materail (solid state based stroge) itu menjadi penting, karena jika kedepannya dapat menggunakan bahan bakar hidrogen dengan efektif dan efesien, maka hal ini akan mengurasi polusi akibat penggunaan bahan bakar fosil,” ungkap Gagus.

Gagus menyatakan bahwa penyimpanan hidrogen pada material sedang dikembangkan untuk bahan bakar hidrogen karena lebih aman, efisien, dan murah jika dibandingkan dengan cara penyimpanan konvensional. “Oleh sebab itu, mencari material yang  mempunyai luas permukaannya yang besar dan kemampuan untuk menyerap dan melepaskan hidrogen secara optimum sangat penting untuk penyimpanan hidrogen,” tambahnya.

Gagus juga menyampaikan material grafena yang permukaannya dimodifikasi sedemikian rupa dengan cara membuat kekosongan (vacancy), sehingga bisa menyerap dan melepaskan hidrogen dengan mudah, di mana pada proses pelepasan hidrogen ini tidak diperlukan katalis sama sekali sehingga tidak menambah berat material karena hanya terdiri dari hidrogen dan karbon. Struktur yang ditemukan disebut graphene V111 (graphene vacancy dengan tiga hidrogen terserap di sekitar vacancy).

Selain ditemukan kebaruan terkait proses penyerapan dan pelepasan hidrogen secara optimum yang sangat penting untuk keperluan pengisian-pemakaian hidrogen pada aplikasi tertentu (hydrogen charging-discharging), juga telah diuji secara mekanik terkait kekuatan material tersebut. Menariknya kekuatan materialnya tidak mengalami penurunan secara signifikan jika dibanding dengan material grafena murni.

Penelitian Gagus di Keltian Teori dan Komputasi Material P2 Fisika dilaksanakan berbasis komputasi dinamika molekuler (molecular dynamics) dan teori fungsional kerapatan (density functional theory) dengan melihat fenomena fisis dari perilaku atom dan elektron. “Fenomena fisis secara mikroskopik ini sangat penting diketahui sebagai informasi bagi peneliti terapan untuk mendesain material yang tahan terhadap korosi dan material untuk penyimpanan hidrogen,” urainya. 

“Penelitian ini masih terus dilanjutkan dan harapannya bisa dikolaborasikan dengan peneliti terapan di Puslit Fisika atau di luar LIPI,” ujar peneliti yang telah postdoctoral di City University of Hongkong, dan TU Delft Belanda, serta penerima beasiswa JSPS untuk postdoctoral di Osaka University.

Sebagai informasi, Kolokium Fisika Daring yang membahas penelitian Fisika dari internal dan eksternal LIPI ini diikuti oleh peserta dari peneliti praktisi, dan akademisi melalui media aplikasi Zoom, siaran langsung melalui laman Facebook@lipiphysics dan YouTube Pusat Peneltian Fisika LIPI: https://is.id/ly-lipiphysics. Acara ini dipandu oleh Andri Hardiansyah, Ph.D selaku pembawa acara dan Edi Suprayoga, Ph.D selaku moderator dari peneliti P2 Fisika – LIPI. (har/ ed. adl)