INOVASI SUMBBR ENERGI TERBARUKAN DARI PERANCANGAN PROTOTIPE MICROBIAL FUEL ESCHERICHIA COLI

INOVASI SUMBBR ENERGI TERBARUKAN DARI PERANCANGAN PROTOTIPE MICROBIAL FUEL CELL TIPE SERI, PARALEL DAN SERI PARALEL

DENGAN MEMANF AATKAN BAKTERI ESCHERICHIA COLI

Oleh:

Endang Purwatil, Melda

Latif2,Hendri

Purwantol dan

Oki

Andrean2' ^I Laboratorium Teknologi Hasil Temalc/ Bioteknologi Fakultas Peternakan Universitas Andalas, Padang, Sumatera Barat,

Indonesia. 'Fakultas Teknik ^Jurusan Teknik Elektro Universitas Andalas, Padang, Sumatera Barat, lndonesia.

E-mail

^:

purwati I 7@vahoo. _co.

id

ABSTRAK

Microbial

fuel cell

^{(NFC) merupakan} salah satu pembangkit energi

lisnik

terbaharukan dan ramah lingkungan dengan memanfaatkan bakteri E. coli yang banyak terdapat di alam. MFC dapat digunakan sbcara langsung untuk membangkitkan energi

fisfrik dari bahan organik, tetapi tegangan yang dihasilkan tipe biasa hanya berkisar 0.6 V. Masalah ini dapat dipecahkan dengan memodifikasi sistem menjadi susunan banyak cell yang terhubung secara seri dan paralel. Tahapan penelitian yang yang dilakukan meliputi ^penanaman bakteri

E.

coli, ^pembuatan sistem MFC, pengukuran tegangan dan arus dan penyimpanan energi ke baterai.

Setelah pengujian dilakukan diperoleh data yang menunjukkan bahwa MFC tipe gabungan dapat menghasilkan keluaran tegangan dan arus yang lebih besar dibandingkan MFC tipe biasa. Hal ini

t32

Yol.40 No. l, l5 Februari 2014 : 132-l4l

dikarenakan MFC

tipe

gabungan memanfaatkan karakteristik hubungan seri dan paralel _dimana nilai tegangan dan nilai arusnya adalah akumulasi dari total semua sumber tegangan dan sumber arus yang ada. Hasil dari penelitian ini adalah tipe seri keadaan berbeban dapat membangkitkan tegangan maksimal sebesar 576 mV, rapat arus maksimal 91,29 mNm2 dan rapat daya maksimal 27,802 mWm2. Bila.menggunakan MFC tipe paralel didapatkan Voc malsimal 305 mV, rapat arus maksimal 303,25 mA./m2 dan rapat iaya maksimal 20,596 mWm2. Sedangkan MFC tipe seri- paralel didapatkan Voc maLrsimal 563 mV, rapat arus maksimal 246,17 mNmz dan rapat daya maksimal 33,195 mWm2

Kata Kunci : microbiql fuel ^cell, E. coli, open circuit voltage, tegangan, baterai.

A. PENDAHULUAI\

Seiring perkembangan zarnan berbanding lurus

dengan kemajuan

ilmu

dan teknologi. Otomatis akan mernbutuhkan lebih

banyak energi untuk

menjaga kemobilitasannya,

salah

satunya adalah energi

listrik.

Seakan tidak dapat dipisahkan dari kehidupan manusi4 energl

listrik

secara tidak sadar sudah menjadi kebutuhan primer yang harus dipenuhi setiap saat.

Akan tetapi feiromena yang timbul dewasa ini

^adalah

kekurangan pasokan energi

listrik

pada negara-negara berkembang

umurnny4

Indonesia khususnya. Ketidaksiapan Perusahaan

Listrik

Negara

(PLN) untuk menyuplai

en€rgl

listrik bagi

konsumennya

yang terus mengalami peningkatan tentu akan

menggangu

kehandalan energi yang disalurkan. Akibatnya sering

terjadi pemadaman

bergilir yang

menganggu kenyamanan konsumen dalam melakukan aktivitas kesehariannya.

133

Inovasi Sumber Energi .... (Endang Purwati, Melda Latif, Hendri Purwanto, Oki Andrean

Berbagai cara telah dicoba untuk

mengatasi masalah

ini,

diantaranya

dari

membangun sumber-sumber pembangkit _energi

listrik

baru berskala besar sampai kepembangkit skala

kecil

yang

dapat diaplikasikan oleh masyarakat luas. Apalagi

dengan dimulainya era kebangkitan energi

ke-2

pada 2006 silam _semakin menggiatkan pengembangan pembangkit energr

alternatif

dengan mengurangi penggunaan energt berbasis

fosil

dan minyak bumi.

Salah satu cara pembangkit energi alternatif yang belakangan

ini

marak dikembangkan oleh para ahli adalah pembangkit berbasis

fuel ^cell.

Dengan berbagai keunggulan, yang diantaranya ramah

lingkungan dan merupakan sumber yang dapat

diperbaharui

menjadi nilai tambah tersendiri bagrnya. Fuel cell

bekerja berdasarkan

prinsip

pembakaran

listrik-kimiawi

yang mana akan memproduksi energi

listrik

arus searah,

terdiri dari elektrolit

yang memisahkan

katoda dari

anoda

yang

bertugas menghantar ion.

Adapun

jenis

_Fuel

_cell

yang ada pada saat

ini yaitu:

Alkaline

Fuel

cells (AFC);

proton

elektrolyt membrane

(PEM);

Phosphoric

Acid Fuel cells (PAFC); Molten

carbonate

Fuel cells (MCFC);

Solid oxide

Fuel cells

^(SOFC);

Direct

methanol

Fuel cells@MFC)

dan

Microbial Fuel cells (MFC).

Semua ^jenrs

fuel ^cell ni

ditentukan berdasarkan material elektrolit yang digunakan sebagai penghantar protonnya.

METODE PENELITIAN

Studi literatur dengan mempelajari prinsip kerja

dan

karakteristik microbial frul ^{cell termasuk}

^komponen-

komponen dan senyawa yang menyusunnya.

B.

l.

134

Vol. 40 No. 1, 15 Februari 2014 : 732-141

2.Perancangan,

yaitu

melakukan sketsa

awal dari

bentuk microbial

fuel ^{cell tipe}

seri, paralel

dan

seri-paralel. Pada perancangan

ini

diantaranya perancangan

wadah fuel cell,

perancangan instalasi kabel penghubung setiap elektroda pada microbial

fuel

^cell.

3.Pembuatan

:

Berdasarkan

hasil

rancangan

yang telah

diperoleh, komponen

!

komponen penyusun microbial

fuel cell dirakit

dan dirangkai sehingga membentuk satu kesatuan microbial

fuel

^cell.

Kemudian dihubungkan dengan sebuah baterai

alkaline rechargeable sebagai media penyimpanan energinya. Sebuah

LED dirangkai seri terhadap rangkaian berfungsi sebagai

indikator pengisian baterai.

4.

Tahapan

berikutnya dimulai

dengan

proses isolat bakteri

^atau pemisahan

bakteri dari

feses

ternak,

sehingga

dapat

ditentukan jumlah koloni yang bisa dipakai untuk penelitian.

Pengujian dan pengambilan data.

Analisa data.

Perancangan

Microbial Fuel Cell Bakteri

E. coli Feses Sapi

Microbial fuel ^cell pada penelitian ini dirancang

untuk menghasilkan energi keluaran yang lebih besar dibanding penelitian sebelumnya.

Oleh karena itu dilakukan modifikasi wadah

dan

jumlah elektroda empat kali lebih banyak,

sehingga tegangan terminal yang dihasilkan juga

ikut

bertambah. Seiring bertambahnya tegangan

terminal

maka akan memberikan dampak yang berbeda

pada output sistem jika setiap tegangan terminal yang

ada dihubungkan secara seri, paralel dan seri paralel.

Pada sistem ini bakteri yang digunakan adalah E.

Coli

yang diisolasi dari feses sapi. Sampel bakteri dari penelitian sebelumnya 5.

6.

l3s

Vol.40 No. 1. 15 Februart 2014 : 1.12-l4l

yang disimpan dalam evendof diperbanyak dengan menanam ulang dalam

MacKonkey agar.Elektroda

^yang

dipakai

adalah tembaga yang

dijalin

kawat tembaga kabel

NYA 2,5

ntlr2 dan seng. Setiap

elekfroda dipasang pada kamarnya masing-masing

dan dihubungkan dengan kabel sebagai media alir arus listriknya.

Agar

dapat mengbasilkan beda potensial antara katoda dan anoda makfl pada kamar anoda dimazukkan bakteri

E- Coli

beserta methylene

blue

dan pepton

water

sebagai cadangan makanannya- Sedangkan pada

kamar katoda diisi

dengan campuran ^aquades,

ferrycianida

^dan

NaCl.

Metabolisme

E. Coli

akan menghasilkan elektron bebas

dan hidrogen.

Penumpukan

elekton pada

anoda akan menghasilkan beda potensial dengan katodanya. Ketika kedua elekhoda tersebut dihubungkan sebuah pengbantar maka elektron

pada anoda akan mengalir ke katoda. Proses inilah

^yang

dimanfaatkan untuk menggali potensi

kelistikannya.

Garnbar

l.

Perancangan

Microbial

Fuel

Cell

C. HASIL DAN PEMBAHASAIY Microbial Fuel

Cell

Tipe

Seri

t36

Inovasi Sumber Energi .... (Endang Purwati, Melda Latif, Hendri purwanto, Oki Andrean

Nilai rapat

arus

maksimal

adalah 91.29

mA/m2

^saat rapat daya

bemilai 0,055 mWm2.

Rapat daya maksimum bemilai 27,802 mWm2 saat rapat arus 60,44 mA/rn'?.

Gambar

2.

Perbandingan tegangan dan kerapatan daya terhadap kerapatan arus pada

MFC

tipe seri

Microbial Fael

Cell

Tipe Paralel

Daya maksimum 20,59 mW/m2 pada saat rapat arus 78,48 mA/m2.

Gambar 3. Perbandingan kerapatan arus

tegangan dan kerapatan daya terhadap pada MFC tipe Paralel

137 800

.6p0

€oo_(, o

?oo

0

2Q"p"f9tur

tFSyr{o

25

20?

15

10€ sE o8

lEq,

c

.!

Itoo

t

³⁰⁰

€t* I

^1oo

0

0 ^{100 200 300}

⁴⁰⁰

Rapat arus (mA/m2l

Inovasi Sumber Energi .... (Endang Purwati, Meldo Latif, Hendri purwanto, Oki Andrean

Microbial FueI

C ell

Tipe Seri-Paralel

Hasil pengukuran menunjukan daya maksimum sistem adalah 33,19 mWm2 pada saat tahanan 800 Q.

40

P

E E

:r0

t

o

*p

CI

E0IE

{Ssistansi

lflp

^lsoo

Gambar

4.

Kurva perbandingan hambatan dengan kerapatan daya

Microbial

Fuel

Celltipe

seri-paralel

Perbandingan Energi Listrik

Pada

MFC Tipe

serio

Paralel

dan Seri

Paralel

r$000

5.

^30@

E

_{, 2om o

o

0 100 200

300 t ^(iaml

Gambar

5.

Perbandingan tegangan

Voc

yang dibangkitkan setiap tipe

MFC

138

Yol.40 No. I, l5 Februari 2014 : 132-141

D. KESIMPULAN

Microbial fuet ^cell E. colf feses sapi tipe seri

keadaan berbeban dapat mernbangkitkan tegangan

maksimal

sebesar 576

mV,

rapat arus

maksimal9I,29

mA./mt dan rapat daya maksimal 27,802

mWm2.

Bila.menggunakan

MFC tipe paralel

didapatkan

Voc

maksimal 305

mV,

rapat arus

maksimal

303,25

mNm2

dan rapat daya

maksimal

20,596

mWm2.

Sedangkan

MFC tipe

seri- paralel didapatkan

Voc maksimal 563 mV, rapat

arus maksimal 246,17 mNm2 dan rapat daya maksimal 33,195

mWm2.

UCAPAN TERIMA KASIH

Terima kasih kepada Direktorat Jendral Pendidikan

Tinggr

Kementrian Pendidikan Nasional yang telah memberikan

dana

Hibah

Pascasarjana

pada Tahun 2012

dengan

Surat Pdanjian

Pelaksanaan Penugasan

Penelitian Hibah

Pascasarjana

Nomor

^:

004ilIN.l6lPLlNIT-HB-PCl20l2 Tanggal 24 lanuari 2012

ketua Prof. Drh.

Hj.

Endang Purwati, MS., Ph.D.

DAFTAR PUSTAKA

Suhad4 Hendrata.

2001.

Fuel cell Sebagai Penghasil Energi Abad

21. Universitas Kristen Petra. Indonesia

Idham, Fitriani. 2009. Alternatif Baru Sumber Pembangkit

Listrik I)engan Menggunakan Sedimen Laut Tropika Melalui Teknologi Microbial Fuel cell .Institut

Pertanian

139

Inovasi Sumber Energi .... (Endang Purwati, Melda Latd Hendri Purwanto, Oki Andrean

Bogor. Indonesia

Krisno, Agus. 2011. Rekayasa E.coli untuk

Pembuatan Biodiesel.

(HTTP ://aguskrisnoblog.wordpress .coml201 I I l2l 03 hekayasa -e-coli-untuk-pembuatan-biodiesel,

diakses

71512012 1.09 PM).

Corio,

D.,

Endang P dan

Melda L.2011.

Peranca ng.an

Microbial Fuel cell Dengan Pemanfaatan Bakteri E. Coli

Sebagai

Biokatalis.

Universitas Andalas. Indonesia

Nafion Company. Nafion

NRE-212.

(HTTP ://www.nafi onstore. com/

PhotoGallery.asp?ProductCode:NR-212,

diakses

815/2012 10.39

AM)

Ming-yrre,

Xi.

2008.

Preliminary

study

on E.coli Microbial Fuel

ceU

and

On-electrode

Taming of the Biocatalyst.

Taiyuan Univercity of Technolgy. China

Abhijeet P. Borole," et all. Integrating engineering

design

improvements with exoelectrogen enrichmenqrrocess

to increase

power

oattrtut

from

^microbial

fael

^{cells. Oak Ridge}

National Laboratory.United state

Siu, Chin-Pang-Billy.2O08A Microfabricated PDMS Miuobiat Fuel cell.IEEE

140

I/o1.40 No. l, l5 Februari 2014 : 132-141

Hariprashadh, S.

Miuobial Fuel cell

Used

To Charge a Mobile

Phone Battery. Kumaraguru Colege of

Technology, Coimbatore

Karmakar

Sourish,

dlrJr^.

Design and

Development

of Microbial Fuel

cells.School

of Biochemical

Engineering,

Institute of

TechnologS Banaras Hindu

University

Ieropoulos, Ioannis,

dkk. 2008. Milcrobial Fuel cells

based on carbon

veil

electrodes:

Stack configuration

and scalability.

International Jornal Of energi ^Research.

t41