Energi Listrik Alternatif Dihasilkan dari Bakteri

Peningkatan kebutuhan manusia terhadap energi listrik terus bertambah setiap harinya. Pemenuhan pasokan energi listrik masih bergantung pada sumber energi yang tak terbarukan, sehingga lambat laun krisis energi dikhawatirkan akan terjadi. Oleh karena itu diperlukan sumber energi listrik alternatif yang berkelanjutan untuk menghindari terjadinya krisis energi salah satunya melalui teknologi Microbial Fuel Cell (MFC). 

{tocify} $title={Daftar isi}

A. Definisi Microbial Fuel Cell (MFC)

Microbial Fuel Cell (MFC) merupakan teknologi penghasil listrik alternatif dari mikroorganime. Fuel cell dari MFC diperoleh melalui reaksi kimia katalitik yang diubah menjadi energi listrik alternatif  oleh mikroorganisme (bakteri). Listrik yang dihasilkan dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan manusia seperti penerangan ruangan, pengisian daya HP, bahkan menghidupkan perangkat elektronik lainnya.

B. Sejarah Singkat Penemuan Teknologi MFC

Gagasan untuk memanfaatkan mikroorganisme untuk menghasilkan energi listrik alternatif atau dikenal dengan istilah MFC muncul pada awal abad 20. Orang yang pertama kali menginisiasi penemuan MFC bernama Michael Cressé Potter pada tahun 1911.

Pada tahun 1931, seorang ahli Bakteri asal Amerika bernama Barnett Cohen membuat microbial half fuel cell dengan cara menyambungkan masing-masing sel secara seri. Model ini mampu menghasilkan arus listrik sebesar 2 miliamper dengan kuat arus sebesar 35 volt.

Pada tahun 1976, DelDuca dan Suzuki bekerja sama untuk mengembangkan sel baterai dengan menggunakan Hidrogen yang diproduksi oleh bakteri Clostridium butyricum. Projek ini yang mendasari terciptanya teknologi MFC.

Pada sekitar 1980-1990 Bennetto et al., melakukan riset pada mediator sintetis yang menghasilkan pengembangan yang masih digunakan hingga saat ini.

Tahun 2007, para peneliti dari universitas Queensland, Australia berhasil melengkapi prototipe MFC yang bekerjasama dengan pabrik minuman fermentasi Foster. Prototipe MFC menggunakan fermentor berukuran 10 L, yang berubah limbah fermentasi minuman menjadi karbon dioksida, air bersih dan energi listrik.

C. Peran Bakteri dalam Teknologi MFC

Sebagian besar agensia mikroorganisme yang digunakan sebagai pembangkit listrik dalam teknologi MFC adalah kelompok bakteri. Bakteri dapat mengonversi energi kimia dari komponen organik menjadi energi listrik alternatif. Energi kimia barupa ion-ion  ditangkap oleh katoda dan anoda dalam sistem sel MFC dan akan menghasilkan arus listrik. Besarnya arus listrik yang dihasilkan oleh MFC tergantung dengan jumlah sel yang digunakan.

Bakteri dalam MFC mempunyai kemampuan membentuk Biofilm. Biofilm elektroaktif (BEA) diketahui berperan penting dalam sistem bioelektrokimia MFC. Bakteri BEA berasal dari berbagai ekosistem alami seperti tanah, sedimen, air laut atau air tawar yang merupakan lingkungan kaya mikroba yang berbeda. 

Contoh bakteri yang dapat dimanfaatkan dalam teknologi MFC adalah Aerobacter sp., Nitrobacter sp., Nitrosomonas sp., dan strain bakteri pengurai lainnya yang mampu mendegradasi kandungan organik yang terlarut dalam air serta menurunkan kandungan organik dalam air limbah. 

D. Mekanisme Produksi Listrik oleh Bakteri

Kemampuan biofilm yang elektro-katalitik dalam sistem elektro kimia dikaitkan dengan keberadaan beberapa strain bakteri tertentu yang telah dipelajari saat ini. beberapa strain bakteri terebut diantaranya Geobacter sulfurreducens, Rhodoferax ferrireducens, Shewanella sp., yang terbukti mampu bertukar elektron dengan substrat padat (yaitu elektroda) pada Microbial Fuel Cell (MFC).

Terdapat 3 mekanisme produksi listrik oleh bakteri dalam teknologi Microbial Fuel Cell (MFC) :

1. Transfer tidak langsung melalui mediator atau produk fermentasi
2. Transfer langsung melalui protein sitokrom
3. Transfer langsung melalui pili konduktif. 

 

E. Cara Kerja MFC dalam Memproduksi Listrik

Awalnya bakteri memproduksi elektron pada reaktor kemudian elektron dipindah ke anoda serta dialirkan ke katoda. Anoda dan katoda disambungkan perangkat konduktif.

Selanjutnya bakteri bermetabolisme dengan menguraikan substrat menjadi oksigen (O2) dan hidrogen (H2). Hidrogen adalah bahan baku untuk reaksi reduksi bersama dengan oksigen. Reaksi akan melepaskan elektron sebagai sumber arus pada anoda. Elektron kemudian ditransfer dari anoda melalui sirkuit eksternal menuju katoda berisi larutan elektrolit yang berperan sebagai aseptor elektron untuk menimbulkan tegangan listrik.

Pada studi MFC dengan air limbah pembuatan bir dengan desain MFC ruang ganda, serat karbon sebagai anoda dan karbon dengan biofilm sebagai katoda diketahui menunjukkan tegangan 0,434 V dan kepadatan daya maksimum 830 mW / m3 pada resistansi eksternal 300 Ω. 

Dengan berbagai kemajuan teknologi saat ini Microbial Fuel Cell (MFC) dapat menjadi sumber energi listrik alternatif masa depan yang dan berkelanjutan serta ramah lingkungan. 

F. Sumber & Referensi

• Cohen, B. (1931). "The Bacterial Culture as an Electrical Half-Cell". Journal of Bacteriology. 21: 18–19.
• Ibrahim, Bustami., Pipih Suptijah, Zhalindri Noor Adjani. 2017. Kinerja Microbial Fuel Cell Penghasil Biolistrik dengan Perbedaan Jenis Elektroda pada Limbah Cair Industri Perikanan. JPHPI Volume 20 (2).
• DelDuca, M. G., Friscoe, J. M. and Zurilla, R. W. (1963). Developments in Industrial Microbiology. American Institute of Biological Sciences, 4, pp81–84.
• Karube, I.; Matasunga, T.; Suzuki, S.; Tsuru, S. (1976). "Continuous hydrogen production by immobilized whole cels of Clostridium butyricum". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects. 24 (2): 338–343. doi:10.1016/0304-4165(76)90376-7. PMID 9145.
• "MFC Pilot plant at the Fosters Brewery". Archived from the original on 2013-04-15. Retrieved 2013-03-09.
• Potter, M. C. (1911). "Electrical Effects Accompanying the Decomposition of Organic Compounds". Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 84 (571): 260–76. doi:10.1098/rspb.1911.0073. JSTOR 80609.
• Putra, Fajri Amenda. M. Ramdlan Kirom, Reza Fauzi Iskandar. 2018. Analisis Produksi Energi Listrik dari Microbial Fuel Cell dengan Pengolahan Limbah Air. e-Proceeding of Engineering : Vol.5, page 5610. ISSN : 2355-9365.
• Santoro, Carlo., Catia Arbizzani, Benjamin Erable, Ioanni sIeropoulos. 2017. Microbial Fuel Cells: from Fundamentals to Applications. A review. Journal of Power Sources Volume 356 Pages 225-244.

Follow

MicrobeHolic Situs berbagi ilmu Biologi dan Mikrobiologi. Silahkan follow situs ini untuk mendapatkan update terbaru.

Share this post