MICROBIAL FUEL CELL (MFC)

Sebagai Tugas Mata Kuliah Teknik Tenaga Listrik Semester Genap Tahun Ajaran 2010 / 2011

Disusun oleh:

Ari Handayani (4409216094)

Caecilia Eka Apriliana Wulan Sari (4409216097)

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK INDUSTRI

UNIVERSITAS PANCASILA

JAKARTA

2011

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Pengasih atas bimbingan dan

penyertaan-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini. Makalah ini berjudul

MICROBIAL FUEL CELL (MFC) disusun dalam rangka melengkapi nilai tugas mata kuliah

Teknik Tenaga Listrik pada Semester Genap Tahun Ajaran 2010/2011.

Kami sadar bahwa selama kami menyusun makalah ini banyak mendapat bantuan dari

berbagai pihak. Oleh karena itu kami mengucapkan tarima kasih yang setulus-tulusnya kepada:

1. Bapak Gunady Haryanto selaku Dosen Mata Kuliah Teknik Tenaga Listrik Universitas

Pancasila yang telah banyak memberi bimbingan dalam menyusun makalah ini.

2. Teman-teman yang telah banyak memberi masukan serta saran-saran yang membangun.

3. Keluarga tercinta yang telah banyak memberi bantuan dan dorongan baik moril maupun

material.

4. Semua pihak yang telah membantu hingga selesainya penyusunan makalah ini.

Tiada gading yang tak retak, kami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari

sempurna. Untuk itu kami mohon maaf yang setulus-tulusnya dalam menyusun makalah ini

masih banyak kekurangannya. Saran dan kritik yang membangun sangat kami harapkan demi

kesempurnaan makalah ini.

Akhir kata penulis berharap agar makalah ini berguna bagi semua pihak dalam memberi

informasi tentang betapa pentingnya kesadaran bela negara bagi kita sebagai warga negara

Indonesia untuk menjaga persatuan dan kesatuan serta menjaga keutuhan bangsa dari segala

ancaman, gangguan dan hambatan baik dari dalam maupun dari luar negeri, khususnya bagi

generasi muda para penerus bangsa.

i

ii

Bogor, April 2011 Penyusun,

ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR....................................................................................................................i

DAFTAR ISI..................................................................................................................................ii

BAB I. PENDAHULUAN............................................................................................................1

A. LATAR BELAKANG...........................................................................................................................1

B. LANDASAN TEORI............................................................................................................................2

BAB II. PENGENALAN MICROBIAL FUEL CELL (MFC)....................................................4

A. FUEL CELL..........................................................................................................................................4

B. BIOFUEL CELL..................................................................................................................................5

C. MICROBIAL FUEL CELL (MFC).................................................................................................6

D.MIKROBA MFC..................................................................................................................................7

BAB III. PROSES KERJA MICROBIAL FUEL CELL...........................................................13

BAB IV. PEMBAHASAN..........................................................................................................16

BAB V. SIMPULAN DAN SARAN...........................................................................................20

A. SIMPULAN.........................................................................................................................................20

B. SARAN..................................................................................................................................................21

DAFTAR PUSTAKA...................................................................................................................22

iii

BAB I. PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Kebutuhan akan energi alternatif khususnya energi listrik pada saat ini semakin

meningkat. Semakin berkurangnya jumlah bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui

seperti minyak bumi dan gas alam mendorong para ilmuwan untuk melakukan penelitian

dalam menemukan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan.

Pesawat luar angkasa dalam perjalanan ke Planet Mars, diperkirakan memiliki kru

yang terdiri atas enam orang. Keenam astronot ini akan menghasilkan lebih dari enam ton

limbah yang sebagian besar adalah limbah padat yaitu tinja. Jumlah yang sangat besar

tentunya. Lalu, apa yang dapat dilakukan terhadap limbah ini?

Sekarang, feses astronot dapat dikirim kembali ke Bumi. Tapi, ke depannya

ilmuwan di NASA akan berpikir untuk mendaur ulang, sebab limbah ini adalah sumber

daya yang diperlukan astornot.

Menciptakan kondisi alami, memicu peneliti menemukan suatu jenis bahan bakar

baru, yaitu sel bahan bakar mikroba (microbial fuel cell). Jenis bahan bakar baru ini

sekarang sedang dikembangkan tim riset NASA yang dipimpin Dr. Bruce Rittmann,

seorang profesor pada Northwestern University.

Semua jenis sel bahan bakar menghasilkan listrik, dengan memproduksi dan

mengendalikan suatu arus elektron. Sel-sel konvensional, termasuk menggunakan pintalan

dan dalam beberapa mobil prototipe, memperoleh elektron dengan melepaskan atom

hidrogen. Dalam melakukan itu, sel-sel bahan bakar ini harus diberi persediaan hidrogen

secara tetap.

1

2

Sel bahan bakar mikroba memperoleh elektron dari limbah organik. Bakteri hidup

dengan limbah sebagai bagian dari proses pencernaan mereka. Geobacter, menurut peneliti

NASA ini dapat `dibujuk` untuk menyampaikan elektron secara langsung kepada elektroda

sel bahan bakar ke dalam suatu sirkuit. Ketika elektron dialirkan sepanjang sirkuit, mereka

menghasilkan listrik. Sel bahan-bakar mikroba ini telah dicoba di Pennsylvania University,

untuk menghasilkan listrik pada saat proses memurnikan limbah cair domestik.

Guna membuat gagasan ini menjadi bentuk yang praktis, Prof. Rittmann berpikir

harus mempunyai suatu bentuk yang efisien dan sangat ringkas. Bahan bakar sel tidak bisa

dibentuk dengan banyak ruang dengan ukuran yang luas. Untuk kebutuhan ini, peneliti

sedang mempertimbangkan suatu sel bahan bakar serabut yang dikemas dengan ketat,

masing-masing akan merupakan suatu sel bahan bakar dalam kemasan all in one.

B. LANDASAN TEORI

Teknologi Microbial Fuel Cell (MFC) dapat menjadi solusi alternatif sebagai

sumber energi listrik. MFC merupakan sistem untuk mendeteksi kemampuan konsorsium

mikroba dalam limbah cair sebagai sumber energi listrik. Microbial Fuel Cells (MFCs)

merupakan suatu alat yang menggunakan bakteri dalam menghasilkan tenaga listrik dari

senyawa organik maupun non organik. Alat MFC sama seperti fuel cell biasa yang tersusun

atas anoda , katoda dan elektrolit. pada Microbial Fuel Cell (MFC) sebagai komponen

anoda digunakan kultur mikroba dalam hal ini aktivitas metabolisme mikroba (misalnya

konsorsium mikroba yang mengoksidasi substrat organik seperti glukosa). Prinsip dalam

MFC adalah aktivitas mikroba dalam medium cair tersebut. Aktivitas mikroba dapat

menghasilkan komponen organik yang mengandung unsur hidrogen seperti etanol,

3

metanol, maupun gas metan yang dapat digunakan untuk menghasilkan elektron dan arus

listrik.

BAB II. PENGENALAN MICROBIAL FUEL CELL (MFC)

A. FUEL CELL

Fuel cell merupakan alat untuk mengkonversi energi elektrokimia. Fuel cell dapat

dibandingkan dengan sel elektrolit maupun baterai yakni suatu zat kimia yang dioksidasi

atau direduksi secara elektrokimia untuk menghasilkan listrik. Fuel cell berbeda dari

baterai yakni didesain untuk menambahkan reaktan yang dikonsumsi (digunakan) secara

berkelanjutan. Jenis reaktan yang digunakan adalah hidrogen sebagai anoda dan oksigen

sebagai katoda (Anonim 16, 2006).

Gambar 1. Fuel Cell

Fuel cell tersusun atas anoda, katoda, dan elektrolit. Anoda berperan sebagai

tempat terjadinya pemecahan hidrogen (H2) menjadi proton dan elektron. Katoda berperan

sebagai tempat terjadinya reaksi penggabungan proton, elektron, dan oksigen untuk

membentuk air. Sedangkan elektrolit adalah media untuk mengalirkan proton. Pada fuel

4

5

cell berbahan bakar hidrogen, ketika molekul hidrogen melakukan kontak dengan anoda,

molekul tersebut terpisah menjadi ion hidrogen dan elektron. Elektron mengalir melalui

sirkuit luar menuju katoda yang dapat menimbulkan aliran listrik. Ion hidrogen ini

melewati membran elektrolit menuju katoda yang selanjutnya bergabung dengan elektron

dan oksigen dari luar membentuk molekul air (Anonim 5, 2006).

Reaksi kimia yang terjadi pada fuel cell adalah

Anoda : 2H2 4H+ + 4e-

Katoda : 4e- + 4H+ + O2 2H2O

Jenis fuel cell ditentukan oleh material yang digunakan sebagai elektrolit yang

mampu menghantar proton. Pada saat ini ada 6 jenis fuel cell yaitu:

1. Alkaline (AFC)

2. Proton exchange membrane, juga disebut Proton Electrolyt Membrane(PEM)

3. Phosphoric Acid(PAFC)

4. Molten carbonate(MCFC)

5. Solid oxide(SOFC)

6. Direct methanol fuel cells (DMFC)

7. Regenerative fuel cells

B. BIOFUEL CELL

Biofuel cell adalah sebuah perlalatan yang mengubah secara langsung energi

biokimia menjadi energi listrik. Energi penggerak biofuel cell adalah reaksi redoks dari

substrat karbohidrat seperti glukosa dan metanol menggunakan mikroorganisme atau

enzim sebagai katalis, yang menggunakan mikroorganisme disebut Microbial Fuel Cell

(MFC), sedangkan yang menggunakan enzim disebut Enzymatic Fuel Cell (EFC). Prinsip

5

6

kerjanya mirip dengan fuel cell. Perbedaan utamanya adalah katalis pada biofuel cell

adalah mikroorganisme atau enzim, oleh karena itu logam mulia tidak diperlukan, dan

kondisi kerja dilakukan pada larutan netral dan temperatur kamar. Sebagai contoh, oksidasi

sempurna satu gram metanol dengan bantuan enzim secara teoritis memberi energi listrik

5000 mAh. Oksidasi sempurna satu mol glukosa akan melepaskan 24 mol elektron.

C6H12O6 + 6H2O 6CO2 + 24H+ + 24 e-

Oleh karena itu muatan 2,32 x 106 C per mol glukosa berpotensi untuk

disambungkan melalui sirkuit elektronik. Besarnya arus yang dihasilkan dari proses

oksidasi ini akan bergantung pada besarnya :

1. Angka metabolisme

2. Efisiensi transer elektron menuju elektroda

C. MICROBIAL FUEL CELL (MFC)

MFC terdiri atas dua ruang yang dipisahkan oleh membran penukar proton/

Proton Exchange Membrane (PEM). Satu ruangan menjadi tempat untuk anoda dan

ruangan lainnya untuk katoda. Prinsip penggunaan MFC ini erat berhubungan dengan

proses biokimia yang terjadi dengan melibatkan mikroba yang disebut glikolisis, siklus

asam sitrat, dan rantai transfer elektron.

Glikolisis adalah suatu proses penguraian molekul glukosa yang memiliki enam

atom karbon, secara enzimatik untuk menghasilkan dua molekul piruvat yang memilki tiga

atom karbon. Selama reaksi-reaksi glikolisis yang berurutan banyak energi bebas yang

diberikan oleh glukosa yang disimpan dalam bentuk ATP.

6

7

Mediator elektron berperan selama proses transportasi elektron, membawa

elektron dari membran plasama bakteri ke anoda. Elektron-elektron ini bergerak melewati

sirkuit elektrik dan setelah itu mereduksi ion ferisianida menjadi ion ferosianida pada

katoda. Proton dipompakan dari bakteri ke lingkungan anoda melewati membran penukar

proton (PEM) ke ruang katoda. Ferosianida dioksidasi kembali menjadi ferisianida.

Sedangkan ion hidrogen beraksi dengan oksigen membentuk air.

4 Fe(CN)63- + 4 e 4 Fe(CN)6

4-

4 Fe(CN)64- + 4 H+ + O2 4 Fe(CN)6

3- + 2 H2O

D. MIKROBA MFC

Menurut para peneliti, terdapat beberapa karakteristik mikroba yang digunakan

pada suatu sel bahan bakar (fuel cell) meliputi : mikroba yang mampu bekerja pada suhu

tinggi, organisme yang mampu menggunakan cahaya untuk menghasilkan energi,

konsorsium mikroba pada limbah cair, mikroba yang mampu mentransfer elektron secara

langsung menuju elektroda. Menurut Bond, et al. (2003), bakteri Shewanella putrefaciens,

Geobacter sulfurreducens, Geobacter metallireducens, dan Rhodoferax ferrireducens telah

menunjukkan kemampuannya dalam menghasilkan listrik dengan mediator berupa sistem

MFC.

GEOBACTER METALLIREDUCENS

Geobacter metallireducens adalah golongan bakteri dari Genus Geobacter

yang unik karena dapat memproduksi fili mirip filamen yang berfungsi sebagai kabel

nano untuk mentransfer elektron dari luar sel kepada akseptor elektron yang tak larut

seperti mineral besi dan yang paling mungkin kepada elektroda.

7

8

Gambar 2. Genus Geobacter

Filamen ini lebarnya hanya 3-5 nanometer dan panjangnya bisa mencapai 20

mikrometer. Selain itu, bakteri ini juga dapat mengeluarkan flagel yang berfungsi

sama sepert fili tersebut. Padahal, biasanya flagel dan fili atau merupakan alat gerak,

tetapi tidak bagi bakteri ini karena bakteri ini bersifat imotil atau tidak bergerak.

Formasi fili dan flagel ini bisa muncul jika bakteri tumbuh dalam

lingkungan yang kaya akan oksida besi dan mangan, bentuk ini merupakan suatu

bentuk adaptasi kemotaktik. Dengan demikian, bakteri akan mentransfer elektron,

terutama ketika terjadi proses bioremediasi air tanah yang terkontaminasi oksida-

oksida tersebut. Bioremediasi adalah memanfaatkan mikroba dan tanaman untuk

membersihkan kontaminasi. Salah satunya adalah membersihkan kandungan nitrat

dalam air dengan bantuan mikroba.

Para penelitinya mengatakan bahwa sebelumnya bakteri golongan

Geobacter tak pernah berenang atu bergerak dalam larutan, tetapi ketika dia berada

dalam larutan yang mengandung logam tak larut, bakteri ini dengan leluasa bergerak.

8

9

Para peneliti menyebut bakteri ini bergerak melalui rel yang menunjuk ke

arah logam tak larut itu berada. Sehingga, ketika proses bioremediasi itu terjadi,

limbah yang tercemar dapat dimurnikan dari pencemarnya karena pencemarnya bisa

diekstraksi dari sifat ketidaklarutannya itu.

Bakteri golongan Geobacter bersifat anaerob, artinya dia tidak

membutuhkan oksigen bebas dalam berespirasi, itu sebabnya bakteri ini banyak

dijumpai pada sedimen-sedimen yang ada di dasar danau, laut, ataupun sungai.

Kemudian bakteri ini juga bersifat termofilik yang hidup di tempat bersuhu tinggi.

Gambar 3. Geobacter metallireducens (si pengurai uranium)

Spesies Geobacter pertama yang diisolasi didapat dari Sungai Potomac, di

daerah dekat Washington DC Amerika Serikat di tahun 1987. Spesies ini kemudian

disebut sebagai Geobacter metallireducens.

9

10

Spesies ini juga adalah spesies bakteri pertama yang ditemukan yang dapat

mengoksidasi komponen organik seperti beberapa jenis asam lemak rantai pendek,

alkohol, komponen aromatik seperti toluen, dan fenol menjadi karbondioksida

dengan oksida besi sebagai akseptor elektron. Dengan kata lain, Geobacter

metallireducens mendapat energi dengan menggunakan oksida besi (mineral seperti

karat), mangan, uranium atau logam lain, seperti halnya manusia menggunakan

oksigen.

Spesies-spesies bakteri dari genus geobacter mempunyai peran yang sangat

besar di dalam fenomena geologis, terutama di dalam transformasi bumi yang

modern seperti sekarang ini, seperti akumulasi besi dalam pembentukan magnetit.

Spesies ini juga berperan dalam restorasi lingkungan, misalnya dalam

merombak kontaminan minyak bumi yang mencemari air tanah dengan komponen-

komponen yang berbahaya. Kemudian juga mendegradasi air yang tercemar logam

berat ataupun radioaktif yang sangat toksik dan berbahaya menjadi air bersih.

Keunggulannya yang lain, spesies Geobacter juga dapat dipercepat kemampuan

mendegradasi polutannya sehingga lingkungan akan cepat pulih dari kerusakan

tersebut.

Apalagi sekarang ini bakteri Geobacter metallireducens dapat dilibatkan

dalam produksi bahan bakar hidrogen yang ramah lingkungan. Dalam hal ini bakteri

berperan sebagai agen fermentasi air limbah yang mampu mentransfer elektron

dalam MFC (Microbial fuel cell) sehingga selain dihasilkan gas hidrogen didapat

juga produk air bersih.

10

11

Spesies Geobacter juga telah mengalami identifikasi genomik dengan

komputer sehingga bakteri ini dapat dikondisikan sesuai dengan kebutuhan tertentu,

di mana lingkungan dan faktor fisik penunjang hidupnya dapat dioptimasi dan

diaklimatisasi.

SHEWANELLA PUTREFACIENS

Shewanella adalah salah satu genus bakteri pereduksi metal. Bakteri ini

banyak ditemukan di lingkungan laut, air tawar, danau, tanah atau terestrial, sungai,

lautan Artik dan Antartika, pipa minyak yang berkarat atau berkorosi, dan

lingkungan akuifer yang terkontaminasi uranium. Bakteri ini banyak digunakan

untuk bioremidiasi atau pembersihan lingkungan dari polutan seperti senyawa yang

mengalami klorinasi, radionuklida, dan polutan lingkungan lainnya. Shewanella

tergolong ke dalam bakteri gram negatif dan beberapa spesies bakteri ini merupakan

patogen penyebab penyakit pada manusia. Ciri-ciri lain dari Shewanella adalah

berbentuk batang, motil (bergerak) dengan flagela polar, dan memiliki metabolisme

sebagai organisme fakultatif anaerobik. Untuk kebutuhan hidupnya, bakteri ini

mampu menggunakan bermacam-macam akseptor elektron, seperti oksigen, besi,

mangan, uranium, nitrat, nitrit, fumarat, dan lain-lain.

11

12

Gambar 4. Shewanella Putrefaciens

RHODOFERAX FERRIREDUCENS

Berbentuk Gram-negatif, motil, batang pendek dengan flagel kutub

tunggal. Strain T118T tumbuh antara pH 6-7 dan 7-1, dengan suhu kisaran 40-30 ° C.

Pertumbuhan optimal suhu 25 ° C. Mereduksi besi (III) dan mineral lainnya dalam

lingkungannya (Langsung Listrik).

Gambar 5. Rhodoferax Ferrireducens

12

BAB III. PROSES KERJA MICROBIAL FUEL CELL

Reaksi yang terjadi dalam sistem MFC adalah reaksi redoks, reduksi dan oksidasi,

contohnya Fe3+ yang merupakan suatu oksidan atau oksidator yang akan menerima elektron dan

mengalami reduksi. Oksidasi materi organik berpasangan dengan reduksi Fe3+. Dalam hal ini

dibutuhkan kerjasama konsorsium mikroba fermentatif dan mikroba pereduksi Fe3+. Mikroba

pereduksi Fe3+ (spesies Geobacter dalam kondisi lingkungan temperata dan Archaea pereduksi

Fe3+ pada lingkungan yang panas) akan memetabolisme produk fermentasi dan senyawa organik

yang tidak dapat dimetabolisme oleh mikroba fermentatif, mengoksidasinya menjadi karbon

dioksida dengan menyediakan oksida Fe3+ sebagai akseptor elektron (Lovley, 2006).

Gambar 6. Reaksi yang terjadi pada MFC

13

14

Gambar 7. Proses munculnya tegangan listrik

Umumnya pada sistem konvensional, MFC terdiri dari dua ruang yang terdiri dari

ruang anoda dan katoda. Kedua ruang tersebut dipisahkan oleh sebuah membran tempat

terjadinya pertukaran proton (proton exchange membrane). Sistem ini belum sepenuhnya bekerja

dengan kerja bakteri karena hanya sisi anoda saja yang mengandung bakteri, sedangkan pada sisi

katoda masih bekerja dengan menggunakan senyawa kimia seperti Polialumunium Chloride

(PAC). Namun baru-baru ini telah dikembangkan MFC dengan menggunakan bakteri pada

katoda, atau lebih dikenal dengan biokatoda. Bakteri pada ruang katoda memiliki fungsi yang

sama sebagai mediator elektron yang sebelumnya dilakukan oleh senyawa kimia.

Dalam banyak penelitian tentang MFC, asetat umum digunakan sebagai substrat untuk

bakteri agar dapat menghasilkan listrik. Senyawa kimia ini lebih mudah diproses oleh bakteri

ketimbang memproses air limbah. Asetat tergolong senyawa kimia sederhana yang berfungsi

14

15

sebagai sumber karbon untuk bakteri. Kelebihan lain dari asetat adalah senyawa ini tidak

menimbulkan reaksi lain terhadap bakteri seperti fermentasi dan methanogenesis pada

temperatur ruang.

15

BAB IV. PEMBAHASAN

Fuel cell menggunakan reaksi kimia, lebih baik daripada mesin pembakaran, untuk

memproduksi energi listrik Istilah fuel cell sering dikhususkan untuk hidrogen-oksigen fuel cell.

Prosesnya merupakan kebalikan dari elektrolisis. Pada elektrolisis, arus listrik digunakan untuk

menguraikan air menjadi hidogen dan oksigen. Dengan membalik proses ini, hidrogen dan

oksigen direaksikan dalam fuel cell untuk memproduksi air dan arus listrik.

Konversi energi fuel cell biasanya lebih effisien daripada jenis pengubah energi lainnya.

Efiensi konversi energi dapat dicapai hingga 60-80%. Keuntungan lain fuel cell adalah mampu

menyuplai energi listrik dalam waktu yang cukup lama. Tidak seperti baterai yang hanya mampu

mengandung material bahan bakar yang terbatas, fuel cell dapat secara kontinu diisi bahan bakar

(hidrogen) dan oksigen dari sumber luar. Fuel cell merupakan sumber energi ramah lingkungan

karena tidak menimbulkan polutan dan sungguh-sungguh dapat digunakan terus-menerus jika

ada suplai hidogen yang berasal dari sumber daya alam yang dapat diperbarui.

Keuntungan fuel cell yaitu, efisiensi tinggi dapat mencapai 80%, tidak bising dan gas

buang yang bersih bagi lingkungan.

Kendala yang masih membatasi pengguanaan fuel cell adalah :

1) Apabila digunakan bahan bakar hidrogen, maka dibutuhkan tanki pengaman yang

berdinding tebal dan memiliki katup pengaman. Selain itu diperlukan kompresor untuk

memasukan ke dalam tanki.

2) Apabila yang dibawa adalah hidrogen cair, maka akan timbul kesulitan karena harus

dipertahankan pada temperatur -253,15oC pada tekanan 105Pa.

16

3) Apabila digunakan metanol sebagai pengganti hidrogen, maka dibutuhkan reformer. Tetapi

efisiensi menjadi menurun.

4) Temperatur yang cukup tinggi saat pengoperasian antara 60o-120oC

5) Teknologi baru menggunakan prinsip mirip fuel cell untuk menghasilkan energi listrik

menggunakan sumber alami, yaitu biofuel cell. Biofuel cell adalah alat untuk

mengkonversi energi kimia menjadi energi listrik dengan bantuan biokatalis dari enzim

atau mikroorganisme.

Berdasarkan pada pengetahuan pada fungsi biofuel cell usaha-usaha sudah banyak dilakukan untuk memaksimalkan arus dan daya keluaran pada MFC, antara lain:

1. Membandingkan dan menggunakan kombinasi berbeda bakteri dan mediator elektron.

2. Menggunakan kultur bakteri campuran.

3. Menggunakan lingkungan anaerobik di anoda.

4. Meningkatkan angka suplai bahan bakar.

5. Modifikasi elektroda

6. Memompakan oksigen melewati ruangan katoda.

Microbial Fuel Cell didasari coupling oksidasi glukosa menjadi molekul oksigen dan

air. Bakteri Escherichia Coli (E. Coli) dapat digunakan untuk eksperimen ini, suatu

mikroorganisme yang sering ditemukan pada usus manusia. Bakteri seperti E. Coli menguraikan

glukosa menghasilkan ATP yang dimanfaatkan sel untuk sumber energi. Methylene blue (MB)

digunakan sebagai mediator elektron atau electronophore untuk sarana efisiensi transfer elektron

dari mikroorganisme ke elektroda.

Mediator elektron yang ideal seharusnya :

1. Dapat membentuk pasangan redoks reversibel pada katoda

17

2. Terhubung dengan NADH dan memiliki angka potensial reduksi standar yang sangat

negatif dalam rangka untuk memaksimalkan produksi energi listrik.

3. Stabil pada bentuk oksidasi maupun bentuk reduksi.

4. Tidak terdekomposisi selama reaksi redoks yang berulang-ulang dalam jangka waktu lama.

5. Memiliki polaritas sehingga mediator dapat larut dalam air dan dapat diserap oleh

membran mikroba.

Methylene blue dan neutral red adalah dua jenis mediator elektron yang biasa

digunakan dalam MFC karena toksisitas yang rendah.

Mediator elektron membuka jalan ke dalam rantai transfer elektron, secara kimiawi

mereduksi NAD+ menjadi NADH. Mekanisme nyata transfer elektron melalui mediator elektron

masih belum jelas. Bagaimanapun juga, ini diketahui bahwa elektron memasukan diri ke dalam

membran bakteri dan pada dasarnya “membajak” proses transportasi elektron metabolisme

glukosa.

Berikut adalah perbandingan antara Fuel Cell Kimiawi dengan Fuel Cell Biologis:

Tabel 1. Perbandingan antara Fuel Cell Kimiawi dengan Fuel Cell BiologisNo Fuel Cell Kimiawi Fuel Cell Biologis1 Katalis Logam mulia Mikroorganisme / enzim2 pH Larutan asam (pH<1) Larutan netral pH 7.0 - 9.03 Temperatur lebih dari 200 o C Temperatur 22-25 0C4 Elektrolit Asam fosfat Larutan fosfat5 Kapasitas Tinggi Rendah6 Efisiensi 40 – 60 % Lebih dari 40 %7 Tipe Bahan Bakar Gas alam, H2, dll. Karbohidrat dan hidrokarbon

Biokatoda menjadi pilihan yang lebih baik ketimbang dari katoda abiotik karena biaya

pembuatan dan operasinya lebih murah. Selain itu penggunaan katalis, mediator elektron buatan

pada MFC bisa digantikan dengan biokatoda yang lebih murah. Terlebih lagi, beberapa jenis

18

19

mikroorganisme dapat menghasilkan gas oksigen melalui reaksi fotosintesis, mengurangi

pemakaian oksigen dari luar.

Biokatoda dapat memperpanjang umur MFC karena pada MFC dengan biokatoda

masalah kerusakan platinum oleh sulfur pada mediator elektron dapat dihilangkan. Selain itu,

metabolisme mikroba pada biokatoda dapat dipergunakan untuk menghasilkan produk yang

bermanfaat serta menghilangkan senyawa kimia yang tidak diperlukan. Beberapa mikroba yang

dapat dijadikan biokatoda di antaranya adalah Acetobacter acetic cathode.

19

BAB V. SIMPULAN DAN SARAN

A. SIMPULAN

Peneliti dari Lebone Institute memperkirakan bahwa MFC tiap 1 meter2

menghasilkan 1 volt listrik. Sedangkan peneliti dari Belanda memperkirakan MFC yang

dipasang di lumpur sawah meghasilkan 330 watt/ hektar sawah.

Model pembangkit listrik mikroba itu dalam uji coba di laboratorium, saat ini baru

mampu mengisi baterai telefon seluler dan kalkulator atau menyalakan satu lampu LED.

Daya listrik yang dibangkitkan memang masih terlalu kecil, untuk memenuhi kebutuhan

rumah tangga, namun sudah memadai untuk memenuhi kebutuhan energi listrik yang

paling mendasar di zaman teknologi komunikasi yang semakin maju.

Rittmann dan timnya masih menemukan kendala mekanisme yang tepat

memindahkan elektron ke elektroda oleh mikroba yang masih lambat. Peneliti masih harus

mengetahui bagaimana membuat mekanisme ini lebih cepat dan menghasilkan tenaga yang

lebih kuat. Sampai sejauh ini peneliti memiliki banyak gagasan, termasuk kemungkinan

faktor voltase pada elektroda. Ini adalah salah satu pertanyaan mereka yang sedang

berusaha untuk dijawab.

Walaupun teknologi pembangkit listrik dari mikroba ini belum sepenuhnya

berhasil menggantikan sumber energi lain yang ada, namun penyempurnaan terhadap hasil

penelitian akan terus dilakukan, sehingga diharapkan akan diperoleh hasil yang optimal.

20

B. SARAN

330 watt bukanlah jumlah energy listrik yang banyak. Tapi hal itu sangat

bermanfaat bila digunakan di pedesaan pedesaan yang masih melestarikan sawah sebagai

ladang pekerjaan dan mungkin listrik itu hanya digunakan sebagai penerang. Tapi tidak

menutup kemungkinan juga jika MFC bisa menjadi potensi utama dalam teknologi energy

alternative di negeri kita mengingat Indonesia merupakan Negara agraris yang masih

melestarikan tanah persawahan berhektar hektar.

Masalah lainnya juga timbul ketika musim kemarau melanda persawahan kita,

tanah banyak yang kering sehingga bakteri di tanah tidak beraktivitas secara maksimal.

Juga akan timbul pertanyaan lanjutan tentang ada atau tidaknya dampak pemasangan MFC

di persawahan apakah mengganggu kestabilan tanah atau tidak. Atau masalah lain yang

agak tidak logis, masalah dari masyarakat desa, yang masih cenderung belum memahami

teknologi semcam ini. Memang harus ada penyuluhan lebih lanjut ketika memperkenalkan

MFC di tengah masyarakat kita.

21

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. Shewanella. http://id.wikipedia.orgMahasiswanegarawan. 2007. Sel bahan bakar fuel cell sebuah energy alternative

berkelanjutan dan ramah lingkungan. http://mahasiswanegarawan.wordpress.comMfikri. 2011. Microbial Fuel Cell, Energi Listrik Alternatif dari Bakteri. http://www.itb.ac.idZulfindra. 2009. Energi Listrik dari Bakteri, "geobacter metallireducens" Mikroba

Penghasil Listrik. http://zulfindra.blogspot.com

22