Solid-phase Microbial Fuel Cell Teknologi Pemanfaatan Sampah Organik Menjadi Energi Listrik (2)

Artikel ini adalah lanjutan dari artikel sebelumnya, yaitu Solid-phase Microbial Fuel Cell Teknologi Pemanfaatan Sampah Organik Menjadi Energi Listrik .

Salah satu penelitian yang membahas mengenai SMFC ini yaitu penggunaan mikroba yang berasal dari sedimen sungai sebagai mikroba pada SMFC.

Sedimen sungai diteliti memiliki sumber mikroba yang baik untuk digunakan pada SMFC untuk menghasilkan energi listrik. Tidak semua mikroba memiliki kemampuan untuk mengalirkan energi listrik pada SMFC. Mikroba ini dinamakan bakteri eksoelekrogenik.

Bakteri tersebut memiliki kemampuan mentransfer elektron diluar sel sehingga bakteri ini dapat menghasilkan listrik. Contoh bakteri eksoelektrogenik adalah Escherichia Coli, Geobacter Sp. dan lain-lain. Sampah yang digunakan yaitu sampah dedaunan yang berasal dari lingkungan kampus Universitas Diponegoro.

Pada penelitian tersebut, dilakukan pengujian dengan beberapa variasi komposisi sampah dedaunan. Tujuan dari variasi ini untuk mengetahui komposisi yang tepat agar SMFC yang diuji menghasilkan energi listrik yang maksimal. Variasi sampah dedaunan yang digunakan yaitu 1/3, 1/2 dan 2/3 dari volume SMFC yang digunakan untuk penelitian.

Penelitian dilakukan dengan melakukan tahap persiapan yaitu pembuatan reaktor untuk SMFC. Alat dan bahan yang digunakan untuk pembuatan reaktor diantaranya yaitu toples plastik sebagai tempat untuk katoda dan anoda, rangkaian listrik, sampah dedauan, sedimen sungai dan alat-alat untuk mengukur arus listrik. Sampah dedaunan terlebih dahulu dilakukan pencacahan sampai ke ukuran minimal 1 cm. Berikut desain dari SMFC yang diteliti.

Setelah dilakukan tahapan persiapan, dilanjutkan dengan tahap berjalannya proses pada SMFC. Proses ini berlangsung selama 44 hari. Pada periode tertentu, dilakukan pengamatan arus listrik selama 15 hari pada ketiga variasi volume yang diteliti. Pengamatan dilakukan pada H0, H1, H3, H5, H9, H11, H14, H15, H17, H19, H21, H23, H30 dan H44.

Setelah dilakukan penelitian selama 44 hari dan pengamatan di sela-sela penelitian tersebut selama 15 hari, didapatkan data energi listrik yang dihasilkan dari awal proses penelitian sampai akhir penelitian. Pada penelitian SMFC, nilai power density (PD) dapat mewakili nilai energi listrik yang dihasilkan oleh SMFC. Power density (PD) adalah jumlah energi listrik yang dapat dialirkan per satuan luas elektroda yang digunakan. Power density (PD) yang besar menunjukkan bahwa SMFC tersebut baik dan optimal.

Berikut adalah hasil dari ketiga variasi yang diteliti selama 44 hari.

Nilai puncak pada variasi volume 1/3, 1/2, dan 2/3 berturut-turut berada pada H11 (17,02 mW/m2), H15 (52,8 mW/m2) dan H17 (16,5 mW/m2). Dari ketiga reaktor tersebut juga menunjukkan hanya volume 1/2 saja yang nilai PDnya melebihi dari nilai 20 mW/m2. Nilai rata-rata masing-masing variasi volume yaitu 1/3 = 1,13 mW/m2, 1/2 = 5,714 mW/m2, 2/3 = 1,54 mW/m2.

Bisa dilihat pada ketiga reaktor tersebut, nilai energi mengalami kenaikan dan kemudian turun pada hari ke-44. Ini disebabkan oleh sampah organik dedaunan yang terdapat pada SMFC sudah terdegrasi dan menjadi kompos. Untuk menghasilkan energi listrik lagi, perlu dilakukan pergantian sampah yang terdapat pada SMFC dengan sampah dedaun yang baru.

Dari ketiga SMFC dengan perbedaan variasi tersebut, didapati bahwasanya variasi volume 1/2 merupakan variasi yang paling optimum. Ini dilihat dari nilai rata-rata PD tertinggi diantara variasi yang lain dan nilai puncak yang melebihi 50 mW/m2.

Selain itu, penelitian lain menggunakan sampah organik dan sumber bakteri yang berbeda terus dikembangkan. Pengujian SMFC menggunakan sampah organik dengan kandungan ligninselulosa menghasilkan energi listrik yang beragam diantaranya yaitu 331 mW/m2 menggunakan brangkas jagung, 42,5 mW/m2 pada sampah daun dan rumput yang sudah dihaluskan dan campuran sampah kacang kedelai, sekam padi dan bubuk kopi dengan energi listrik yang dihasilkan sebesar 247 mW/m2. Untuk lebih lengkapnya , bisa dilihat pada tabel berikut ini.

Dari tabel diatas, bisa dilihat bahwa hampir semua sampah organik memiliki potensi untuk dijadikan SMFC.

Walaupun saat ini pengujian energi listrik yang dihasilkan tidak begitu besar pada teknologi SMFC, mengembangkan dan merencanakan teknologi yang dapat mengatasi masalah pengelolaan sampah merupakan hal yang harus dilakukan mengingat timbulan sampah saat ini yang semakin lama semakin banyak.

Memanfaatkan sampah organik yang berasal aktivitas rumah seperti memotong rumput, memasak, makan dan lain-lain kemudian dijadikan sebagai bahan baku untuk SMFC. Dengan penerapan SMFC ini, kita dapat menfaat energi listrik yang dihasilkan selain timbulan sampah organik dapat berkurang.

Penulis, Rahmat Tubagus Hakiem, S.T.. KNOWLEDGE MANAGEMENT Penerapan Teknologi Konstruksi

Daftar Pustaka :
Harianja. 2015 5 Desember. Kuat Arus Listrik, Beda Potensial dan Hukum Ohm. Harianja Uniks. [Online] Tersedia: diunduh: http://www.uniksharianja.com/2015/12/kuatarus-listrik-beda-potensial-dan-hukum-ohm.html [15 Januari 2017]
Logan BE, B Hamelers, R Rozendal, U Schroder, J Keller, S Freguia, P Aelterman, W Verstraete, K Rabaey. (2006). Microbial fuel cells: methodology and technology. Environmental Science & Technology 40:5181-5192.
Moqsud, M. A., Omine, K., Yasufuku, N., Hyodo, M., & Nakata, Y. (2013). Microbial fuel cell ( MFC ) for bioelectricity generation from organic wastes. Waste Management, 33(11), 2465–2469. http://doi.org/10.1016/j.wasman.2013.07.026
Nastro, R. A., Jannelli, N., Minutillo, M., Guida, M., Trifuoggi, M., & Andreassi, L. (2017). Performance evaluation of Microbial Fuel Cells fed by solid organic waste : parametric comparison between three generations. Energy Procedia, 105, 1102–1108. http://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.472
Pendyala, B., Chaganti, S. R., Lalman, J. A., & Heath, D. D. (2016). Optimizing the performance of microbial fuel cells fed a combination of different synthetic organic fractions in municipal solid waste - 1-s2.0-S0956053X1530 2658-main.pdf. Waste Management, 49, 73–82. http://doi.org/10.1016/j.was man.2015.12.032
Wang, C.T., Lee, Y.C. and Liao, F.Y., 2015. Effect of composting parameters on the power performance of solid microbial fuel cells. Sustainability, 7(9), pp.12634-12643.