Studi Awal Ekstrak Antosianin Strawberry sebagai Fotosensitizer
dalam Pembuatan Prototipe
Dye Sensitized Solar Cell
(DSSC)
Mochamad Choirul Misbachudin1,2,Suryasatriya Trihandaru1,2, Adita Sutresno1,2 E-mail : adita@staff.uksw.edu
1
Progam Studi Pendidikan Fisika Fakultas Sains dan Matematika
2
Progam Studi Fisika Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana
Jln. Diponegoro No. 52-60 Salatiga
Abstrak-Berbagai penelitian telah dikembangkan guna mencari sumber energi alternatif yang dapat menjadi solusi pengganti sumber energi tak terbaharukan yang semakin lama semakin menipis. Sumber energi alternatif terbaharukan yang sangat mungkin untuk dikembangkan salah satunya adalah Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) yang menggunakan pigmen antosianin sebagai dye sensitizernya. Dalam penelitian ini telah dilakukan ekstraksi antosianin strawberry dengan perbandingan campuran pelarut antara metanol, asam asetat, dan aquades yang berbeda. Perbandingan campuran pelarut metanol, asam asetat, dan aquades dalam ekstraksi antosianin strawberry ini, yaitu 20:4:26; 25:4:21 dan 30:4:16. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perbandingan campuran pelarut metanol, asam asetat, dan aquades yang terbaik adalah 25:4:21 dengan hasil konsentrasi antosianin strawberry tertinggi yaitu sebesar 11,5 mg/100 gr. Sedangkan konsentrasi terendah didapatkan dari campuran pelarut metanol, asam asetat, dan aquades dengan perbandingan 30:4:16, yaitu dengan hasil konsentrasi antosianin strawberry sebesar 6,4 mg/100 gr. Dari data tersebut menunjukkan bahwa perbandingan campuran pelarut untuk ekstraksi antosianin strawberry yang paling efektif adalah dengan perbandingan campuran pelarut metanol, asam asetat, dan aquades 25:4:21.
Kata kunci : antosianin, dye-sensitizer, Dye Sensitized Solar Cell (DSSC), sel surya.
I. PENDAHULUAN
Seiring dengan meningkatnya pertumbuhan penduduk serta peningkatan pembangunan di bidang teknologi, industri dan informasi membuat kebutuhan energi juga akan semakin meningkat.Peningkatan ini tentunya akan menimbulkan permasalahan baru yaitu kekurangan sumber energi. Berdasarkan survey yang dilakukan oleh para ahli mengenai masalah terbesar yang akan dihadapi manusia untuk 50 tahun mendatang, ternyata energi menduduki peringkat pertama [1].Selama ini kebutuhan energi listrik masih mengandalkan bahan bakar fosil dan pembangkit listrik lainnya, sehingga berdampak semakin berkurangnya ketersedianan sumber daya energi fosil khususnya minyak bumi. Namun disisi lain jumlah cadangan sumber energi fosil terus berkurang, sementara proses pembentukannya dibutuhkan waktu yang sangat lama bahkan bertahun-tahun.
Saat ini semakin gencar dilakukan berbagai penelitian guna mencari sumber energi alternatif yang dapat menjadi solusi dari permasalahan ini. Sistem penyediaan energi listrik yang dapat dijadikan solusi adalah sistem konversi energi yang memanfaatkan sumber daya energi terbarukan, seperti: energi matahari, energi angin, energi air, biomassa, panas bumi[2,3].Energi matahari merupakan sumber energi yang tersedia dalam jumlah yang sangat besar dan melimpah, sehingga sangat memungkinkan untuk dijadikan sebagai solusi pengganti dari sumber daya energi fosil.
Seorang peneliti, Michael Gratzel telah berhasil mengembangkan sistem sel surya tersintesa pewarna ( Dye Sensitized Solar Cell) [4,5]. Keunggulan dari bio sel surya yang dikembangkan Gratzel ini diantaranya yaitu proses pembuatannya yang mudah dan tidak terlalu rumit.Selain itu, karena bahan dasarnya banyak tersedia di pasaran maka biaya pembuatannya juga relatif murah[6].
Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) terdiri dari sepasang substrat kaca berlapis bahan TCO (Transparent Conducting Oxide)yang saling berhadapan. Kaca tersebut berperan
sebagaielektroda dan counter elektroda dan dipisahkan oleh elektrolit redoks yang kemudian disusun dengan struktur
sandwich, seperti yang dilihatkan pada Gbr. 1. Pasangan redoks yang sering kali digunakan yaituI-/I3
-(iodide/triiodide). Pada TCO counter elektroda dilapisi katalis berupa lapisan karbon untuk mempercepat reaksi redoks. Sedangkan pada elektroda dideposisikan lapisan nanokristal TiO2 berpori sebagai fotoanoda, serta disensitisasi dye antosianin sebagai fotosensitizer[6,7].
Gbr. 1. Skema SDye Sensitized Solar Cell (DSSC) [8].
Pada penelitian ini dilakukan kajian terhadap karakteristik ekstrak antosianin strawberry sebagai fotosensitizer dalam pembuatan prototipe Dye Sensitized Solar Cell (DSSC).
buah, bunga dan daun yang masuk dalam klas flavonoids. Senyawa antosionin yang paling banyak ditemukan adalah
pelorgonidin (orange), cyanidin (orange-merah), peonidin
(orange-merah), delphinidin (biru-merah), petunidin (biru-merah) dan malvidin (biru-merah) [9].
Antosianin memiliki struktur kimia yang terdiri dari kation tujuh hydroxyflavilium, molekul ini berfungsi dalam penyerapan cahaya dan membentuk warna seperti ditunjukkan pada Gbr. 2. Antosianin yang terbentuk secara alami mempunyai group hydroxyl (HO-) pada posisi 3 dan selalu terhubung dengan molekul glukosa yang dibutuhkan untuk kesetimbangan termal dan posisi 5 terdapat satu atau lebih group hydroxyl atau methoxy (CH3O-) pada cincin B. Ragam warna yang diperlihatkan oleh antosianin tergantung pada nomor dan posisi dari gugusan yang ada [9].
Gbr. 2. a. Struktur kimia dasar dari antosianin, b. Dua macam struktur kimia antosianin dalam media asam dan basa, c. Rangkain mekanisme
antosiani dengan TiO2 [9].
II. METODOLOGI PENELITIAN
A. Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan adalah buah strawberry, sedangkan bahan kimia yang digunakan yaitu methanol, asam asetat, aquades, KCL, CH3CO2Na.3H2O, HCL.
Alat yang digunakan untuk ekstraksi adalah erlenmeyer, beaker glass, pipet, mortar, pisau, kertas saring, corong, alumunium foill, kertas tisu, timbangan digital, gelas ukur. Sedangkan alat yang digunakan untuk analisa adalah kuvet, pipet ukur, pH Indikator Acilit, Spektrofotometer UV-Vis Optizen 2120 UV.
B. EkstraksiAntosianin Strawberry
Buah strawberry yang masih segar ditimbang sebanyak 40 gram dan ditumbuk dengan mortar sampai halus. Kemudian dimasukkan dalam erlenmeyer dan selanjutnya direndam dengan campuran pelarut 40 ml metanol, 8 ml asam asetat, dan 52 ml aquades selama 24 jam.Selama ekstraksi dilakukan erlenmeyer dilapisi dengan alumunium foil. Setelah disimpan selama 24 jam, ekstrak
antosianin disaring dengan menggunakan kertas saring (filter) dan dimasukkan ke dalam botol gelap atau botol yang telah dilapisi dengan alumunium foil.Dengan cara yang sama, ekstraksi dilakukanlagi sebanyak 2 kali dengan menggunakan campuran pelarut metanol, asam asetat, dan aquades dengan perbandingan masing-masing 50:8:42 dan 60:8:32.Ekstraksi dilakukan sebanyak 3 kali dengan perbandingan campuran pelarut yang berbeda-beda dengan tujuan agar mendapatkan campuran pelarut yang terbaik untuk ekstraksi antosianin strawberry.
C. Analisa Ekstraksi Antosianin Strawberry dengan Spektrofotometer UV-Vis
Ekstrak antosianin strawberry kemudian diuji spektrum absorpsinya dengan menggunakan Spektrofotometer UV-Vis. Larutan hasil ekstraksi antosianin strawberry yang telah didapat di masukkan dalam kuvet dan diukur spektrum serapan optiknya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang (wavelength) 400-700 nm.
Gbr. 3. Hasil ekstrak antosianin strawberry
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Analisa Konsentrasi Antosianin Strawberry dengan Spektrofotometer UV-Vis
Analisa ekstrak antosianin strawberry dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis dilakukan untuk menguji spektrum absorpsinya sehingga dapat diketahui daerah serapan panjang gelombang maksimum dan konsentrasi antosianin yang terkandung dalam ekstrak strawberry [10].
Untuk pengukuran jumlah konsentrasi antosianin dilakukan dengan cara mengambil beberapa mililiter larutan ekstrak antosianin, yang kemudian diencerkan dengan larutan pH 1.0 dan pH 4.5. Larutan pH 1.0 dibuat dengan campuran 1,86 gram KCL dan 980 ml aquades, yang selanjutnya diukur dan diatur pH nya dengan larutan HCL sehingga didapatkan larutan pH 1.0. Untuk pH 4.5 dibuat dengan campuran 54,43 gram CH3CO2Na.3H2O dan 980 ml aquades, kemudian diukur dan diatur pH nya dengan larutan HCL sehingga didapatkan larutan pH 4.5. Setelah larutan antosianin diencerkan dengan larutan pH 1.0 dan pH 4.5 kemudian diukur dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 400-700. Hasil pengukuran untuk pengenceran dengan larutan pH 1.0 seperti ditunjukkan pada Gbr.5.
Gbr. 4. Hasil pengenceran ekstrak antosianin strawberry dengan pengenceran pH 1.0
Gbr. 5. Spektrum absorbansi ekstrak antosianin strawberry dengan pengenceran pH 1.0. (1). sampel 1, (2). sampel 2, (3). sampel 3.
Sedangkan hasil pengukuran untuk pengenceran dengan larutan pH 4.5 seperti ditunjukkan pada Gbr. 7.
Gbr.6. Hasil pengenceran ekstrak antosianin strawberry dengan pengenceran pH 4.5
Gbr. 7. Spektrum absorbansi ekstrak antosianin strawberry dengan pengenceran pH 4.5. (1). sampel 1, (2). sampel 2, (3). sampel 3.
Data hasil pengukuran spektrofotometer UV-Vis selanjutnya dianalisa dengan perumusan yang digunakan oleh Giusti et.al. [11]sehingga didapatkan jumlah konsentrasi antosianin yang terkandung dalam larutan. Dari hasil perhitungan menunjukkan bahwa perbandingan campuran pelarut metanol, asam asetat, dan aquades yang terbaik untuk ekstraksi antosianin strawberry adalah 25:4:21, dengan hasil konsentrasi antosianin strawberry tertinggi yaitu sebesar 11,5 mg/100 gr. Untuk perbandingan campuran pelarut metanol, asam asetat, dan aquades 20:4:26 menghasilkan konsentrasi antosianin strawberry sebesar 10,25 mg/100 gr. Sedangkan konsentrasi terendah didapatkan dari campuran pelarut metanol, asam asetat, dan aquades dengan perbandingan 30:4:16, yaitu dengan hasil konsentrasi antosianin strawberry sebesar 6,4 mg/100 gr. Dari data tersebut menunjukkan bahwa perbandingan campuran pelarut untuk ekstraksi antosianin strawberry yang paling efektif adalah dengan perbandingan campuran pelarut metanol, asam asetat, dan aquades 25:4:21.
400
500
600
700
0
0.5
1
1.2
Wavelength (nm)
Ab
s
1
2
3
400
500
600
700
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Wavelength (nm)
Ab
s
1 2
B. Analisa Ekstrak Antosianin dengan Sel Surya
Ekstrak antosianin strawberry (sampel 1, sampel 2, dan sampel 3) kemudian diujikan pada rangkaian sel surya. Hasil pengujian masing-masing sampel pada sel surya ( Gbr. 8 ) dengan menggunakan sumber cahaya lampu halogen disajikan dengan grafik hubungan tegangan terhadap waktu seperti pada Gbr.9.
Gbr.8. Rangkaian Sel SuryaDSSC
Gbr.9. Hubungan Tegangan terhadap Waktu
Dari grafik hubungan antara tengangan terhadap waktu, terlihat bahwa ketiga sampel yang diujikan pada sel surya memiliki tegangan keluaran yang berbeda-beda. Pengujian terhadap sampel 1, didapatkan tegangan rata-rata sebesar 420,1 mV. Untuk pengujian terhadap sampel 2 menghasilkan tegangan rata-rata paling tinggi yaitu sebesar 516,6 mV. Sedangkan pengujian terhadap sampel 3 menghasilkan tegangan rata-rata paling rendah yaitu sebesar 271,3 mV.
IV.KESIMPULAN
Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa ekstraksi antosianin strawberry menggunakan campuran pelarut metanol, asam asetat, dan aquades dengan perbandingan 25:4:21 dapat menghasilkan konsentrasi antosianin yang paling baik yaitu sebesar 11,5 mg/100
gr. Setelah dilakukan pengujian pada solar sel untuk ekstrak antosianin strawberry dengan konsentrasi 11,5 mg/100 gr menghasilkan tegangan rata-rata sebesar 516,6 mV.Hasil pengujian terhadap ekstrak antosianin dengan Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)tersebutmenunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi antosianin, maka semakin tinggi pula tegangan keluaran yang dihasilkan.
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Pengembangan Energi Terbarukan Sebagai Energi Aditif di Indonesia.http://www.elektroindonesia.com/elektro/energi5a.html. [2]. Lidya Pancaningtyas dan Syafsir Akhlus. Peranan Elektrolit pada
Performa Sel Surya Pewarna Tersensitisasi (SSPT). ITS : Surabaya. [3]. Hardeli,dkk. Pembuatan Prototipe Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
Menggunakan Ubi Jalar Ungu, Wortel dan Kunyit Sebagai Sumber Zat Warna. UNP: Padang.
[4]. Grätzel, Michael, 2003. Dye-Sensitised Solar Cells, journal of Photochemistry and Photobiology. Vol.4, 145-153.
[5]. Grätzel, Michael, 2005. Photovoltaic performance and long-term stability of dye-sensitized meosocopic solar cells. C. R. Chimie 9 (2006) 578–583.
[6]. Akhiruddin Maddu, Mahfuddin Zuhri, dan Irmansyah, 2007.
Penggunaan Ekstrak Antosianin Kol Merah sebagai Fotosensitizer pada Sel Surya TiO2 Nanokristal Tersensitisasi Dye, Makara,
Teknologi, Vol. 11 No. 2.
[7]. Smestad, G.P., dan Gratzel, M., 1998. Demonstrating electron Transfer and Nanotechnology : A Natural Dye-Sensitized Nanocrystalline energy Converter. J.Chem. Educ., 75, 752-756. [8]. Wilman Septina,dkk., 2007.Pembuatan Prototipe Solar Cell Murah
dengan Bahan Organik-Inorganik (Dye-sensitized Solar Cell). Institut Teknologi Bandung : Bandung.
[9]. J. M. R. C. Fernando, G.K.R. Senadeera, 2008, Natural anthocyanins as photosensitizer for dye-sensitized solar devices, Current Science, Vol. 95, No.5.
[10].Maya Sukma Widya Kumara dan Gontjang Prajitno, 2012. Studi Awal Fabrikasi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) dengan Menggunakan Ekstraksi Daun Bayam (Amaranthus Hybridus L.) sebagai Dye Sensitizer dengan Variasi Jarak Sumber Cahaya pada DSSC. Institut Teknologi Sepuluh Nopember: Surabaya.
[11].M. Monica Giusti and Ronald E. Wrolstad, 2001.Characterization and Measurement of Anthocyanin by UV-Visible Spectroscopy. Current Protocols in Food Analytical Chemistry.
0 20 40 60 80 100
240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520
sampel 1 sampel 2 sampel 3
T
egan
gan
(m
V
)
