Simulasi Dinamika Molekuler Produksi Hidrogen Dari Reaksi Aluminium Dengan Larutan Alkali Kondisi Superkritis Menggunakan ReaxFF Force Field

Mahendra, Adam (2025) Simulasi Dinamika Molekuler Produksi Hidrogen Dari Reaksi Aluminium Dengan Larutan Alkali Kondisi Superkritis Menggunakan ReaxFF Force Field. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5009211069_Undergraduate_Thesis.pdf Restricted to Repository staff only Download (13MB) | Request a copy

Abstract

Hidrogen muncul sebagai sumber energi masa depan yang bersih dan berkelanjutan karena kemampuannya menghasilkan energi dengan emisi karbon yang minim. Upaya pengembangan metode produksi hidrogen yang ramah lingkungan dan efisien sangat penting untuk mendukung transisi sepenuhnya menuju energi bersih. Sebagai bagian dari upaya tersebut, penelitian ini dilakukan untuk menginvestigasi mekanisme reaksi aluminium dengan larutan alkali dalam kondisi superkritis untuk proses produksi hidrogen menggunakan simulasi dinamika molekuler dengan metode ReaxFF. Fokus penelitian adalah untuk memahami jalur reaksi hingga terbentuknya gas hidrogen serta pengaruh konsentrasi ion OH⁻, temperatur, dan tekanan terhadap laju produksi hidrogen. Sistem simulasi terdiri dari partikel aluminium berdiameter 2,4 nm, 200 molekul air, dan ion OH⁻ dengan konsentrasi 1,0 M, 2,0 M, dan 3,0 M. Simulasi menggunakan software LAMMPS dengan parameter potensial ReaxFF yang sesuai. Hasil penelitian menunjukkan bahwa mekanisme reaksi terdiri dari tiga tahap utama, yaitu adsorpsi molekul air, pembentukan AlOOH, dan dehidrasi AlOOH membentuk Al₂O₃ disertai pelepasan gas hidrogen. Analisis kinetika mengungkapkan bahwa energi aktivasi reaksi sangat dipengaruhi oleh tekanan dan konsentrasi ion OH⁻. Nilai energi aktivasi pada tekanan rendah untuk konsentrasi OH⁻ 1,0 M, 2,0 M, dan 3,0 M berturut-turut adalah 23,08 kJ/mol, 20,96 kJ/mol, dan 20,20 kJ/mol. Pada variasi tekanan menengah, energi aktivasi menurun menjadi 18,98 kJ/mol, 18,66 kJ/mol, dan 18,66 kJ/mol. Sedangkan pada tekanan tinggi, energi aktivasi meningkat kembali menjadi 26,87 kJ/mol, 23,56 kJ/mol, dan 23,46 kJ/mol. Data ini menunjukkan tekanan menengah memberikan energi aktivasi terendah. Selain itu, peningkatan konsentrasi OH⁻ terbukti konsisten dapat mempercepat laju produksi hidrogen jika dilihat dari tren perubahan energi aktivasi.
=====================================================================================================================================
Hydrogen has emerged as a clean and sustainable energy source for the future due to its ability to produce energy with minimal carbon emissions. Efforts to develop environmentally friendly and efficient hydrogen production methods are crucial to fully support the transition to clean energy. As part of these efforts, this research was conducted to investigate the reaction mechanism of aluminum with alkaline solution under supercritical conditions for hydrogen production using molecular dynamics simulations with the ReaxFF method. The focus of this research is to understand the reaction pathway leading to hydrogen gas formation as well as the effects of OH⁻ ion concentration, temperature, and pressure on the hydrogen production rate. The simulation system consists of aluminum particles with a diameter of 2.4 nm, 200 water molecules, and OH⁻ ions at concentrations of 1.0 M, 2.0 M, and 3.0 M. Simulations were conducted using LAMMPS software with appropriate ReaxFF potential parameters. The results show that the reaction mechanism involves three main stages: adsorption of water molecules, formation of AlOOH, and dehydration of AlOOH forming Al₂O₃ accompanied by hydrogen gas release. Kinetic analysis reveals that the reaction activation energy is strongly influenced by pressure and OH⁻ ion concentration. Activation energy values at low pressure for OH⁻ concentrations of 1.0 M, 2.0 M, and 3.0 M are 23.08 kJ/mol, 20.96 kJ/mol, and 20.20 kJ/mol, respectively. At medium pressure, activation energy decreases to 18.98 kJ/mol, 18.66 kJ/mol, and 18.66 kJ/mol. While at high pressure, activation energy rises again to 26.87 kJ/mol, 23.56 kJ/mol, and 23.46 kJ/mol. These data indicate that medium pressure provides the lowest activation energy. Moreover, increasing OH⁻ concentration is consistently shown to accelerate the hydrogen production rate as reflected by the trends in activation energy changes.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	alkali, aluminium, energi aktivasi, produksi hidrogen, ReaxFF, activation energy, alkaline, aluminium, hydrogen production
Subjects:	Q Science > QD Chemistry > QD1 Oxidation-reduction reaction. Q Science > QD Chemistry > QD501 Catalysis. Catalysts. Q Science > QD Chemistry > QD502 Chemical kinetics T Technology > TP Chemical technology > TP155.7 Chemical processes.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Physics Engineering > 30201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Adam Mahendra
Date Deposited:	30 Jul 2025 06:22
Last Modified:	30 Jul 2025 06:22
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/121609

Actions (login required)

View Item