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 I
Andrean2' 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.
dikarenakan
l, l5
Februari 2014 : 132-l4l
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 seriparalel 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. B.
METODE PENELITIAN
l.
Studi literatur dengan mempelajari prinsip kerja karakteristik microbial
dan
frul cell termasuk komponen-
komponen dan senyawa yang menyusunnya.
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. 5. Pengujian dan pengambilan data. 6. 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
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 makanannyaSedangkan 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
dimanfaatkan untuk menggali potensi kelistikannya.
Garnbar
C.
l. Perancangan Microbial Fuel Cell
HASIL DAN PEMBAHASAIY Microbial Fuel Cell Tipe Seri
t36
yang
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'?. 800 .6p0
€oo (, o
?oo 0
2Q"p"f9tur Gambar
2.
tFSyr{o
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. Itoo
25
t 300 €t*
15
I
20?
10€
sE o8
1oo
0
0 100 200 300 400 Rapat arus (mA/m2l
Gambar 3.
lE
q,
c.!
Perbandingan tegangan dan kerapatan daya terhadap kerapatan arus pada MFC tipe Paralel
137
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 E
P E :r0
to *p CI IE
E0 {Ssistansi
Gambar
4.
lflp
lsoo
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.
D.
I, l5
Februari 2014 : 132-141
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 seriparalel 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
(HTTP ://www.nafi onstore. com/ PhotoGallery.asp?ProductCode:NR-212, 10.39
NRE-212.
diakses
815/2012
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
Miuobial Fuel cell Used To Charge a Mobile Phone Battery. Kumaraguru Colege of Technology,
Hariprashadh, S.
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
