PERKEMBANGAN DAN PERBANDINGAN BERBAGAI PROTOTYPE MFC
Kajian pustaka ini membahas berbagai model microbial fuel cell MFC yaitu prototype sistem ruang tunggal single chamber, sistem dua ruang two
chamber , dan turunan dari kedua sistem tersebut yaitu tubular flow, sebagai
berikut:
I. Model yang Sudah Dikembangkan
a. Prototype Sistem Ruang Tunggal Single Chamber
Pengertian sistem ruang tunggal Single Chamber adalah tidak ada ruang pemisah antara anoda dan katoda, substrat berada dalam satu ruang yang sama.
1. Air – Cathode MFCs Sistem Ruang Tunggal Berbentuk Kubus
Sumber: Liu et al. 2005
Prototype ini lihat Gambar 3 tersusun dari acrylic berbentuk balok
berukuran 4 cm mempunyai lubang di bagian depan dan belakang balok dengan diameter 3 cm, sehingga mendapatkan volume tabung dalam
sebesar 28 ml. Terdapat katoda pada bagian depan dan belakang balok, tepat di belakang katoda terdapat membran dan anoda tepat di tengah
tabung. Pada katoda di-mur tepat di ujung – ujung balok, perekat akuarium digunakan agar air tidak keluar. Terdapat lubang di bagian atas untuk
saluran fill-refill larutan. Membran yang digunakan pada reaktor ini adalah Nafion-117. Membran ini menempel pada katode dengan menggunakan
metode pemanasan sampai 140ºc pada tekanan 1780 kPa selama 3 menit. Substrat yang digunakan adalah glukosa, asetat, dan limbah rumah tangga.
2. Prototype New Bottle Reactor MFC Sumber: Watson dan Logan
2010 Berbeda dengan prototype air-cathode, prototype ini memiliki susunan
rangkaian seperti yang terlihat pada Gambar 4 yaitu sebuah botol gelas kimia yang memiliki 2 dua saluran samping dan dua botol yang hanya
memiliki 1 saluran dalam keadaan kosong dan tertutup rapat. Pada sisi botol terhubung saluran-saluran sehingga membentuk seperti jembatan
untuk ketiga botol tersebut. Botol yang mempunyai dua saluran terisi dengan substrat dan anoda tergantung di dalam botol dengan kabel
Gambar 3 Prototype reaktor sistem ruang tunggal tipe kubus Logan 2008
alligator terhubung pada anoda. Terdapat 3 jenis katoda yang telah diujikan dengan tipe reaktor ini yaitu graphite brush, plain carbon, dan
graphite fiber, dengan menggunakan kultur Shewanella oneidensis MR-1
dan penambahan laktat.
b. Prototype Sistem Dua Ruang Two Chamber
Pengertian dari sistem dua ruang Two Chamber adalah katoda dan anoda ditempatkan pada kompartemen berbeda sehingga terlihat adanya dua buah
ruang pada prototype.
1. Air – Cathode Sistem Dua Ruang Berbentuk Kubus Sumber: Kim et al. 2007
Dapat dilihat pada Gambar 5, prototype ini terbuat dari acrylic berbentuk balok berukuran 4 cm. Terdapat lubang pada bagian depan dan
belakang balok dengan diameter 3 cm, sehingga mendapatkan volume tabung dalam sebesar 28 ml. Katoda menempel pada sisi depan dan anoda
di sisi lainnya. Membran terdapat tepat di tengah reaktor. Mur juga terpasang pada ujung–ujung balok untuk merekatkan elektroda, untuk
lebih aman terlihat adanya perekat akuarium agar air tidak keluar. Reaktor ini hampir sama konstruksinya dengan tipe reaktor dengan jenis yang sama
yaitu pada bagian atas terdapat lubang untuk saluran fill-refill larutan. Dengan perlakuan yang sama seperti pada tipe reaktor air-cathode single
chamber. Gambar 4 Prototype reaktor sistem ruang tunggal tipe
botol Watson dan Logan 2010
2. Protoype H-Type dengan Catholyte Sumber: You et al. 2006
Rangkaian H-type dapat dilihat pada Gambar 6. Prototype ini tersusun dari dua botol plastik berlubang pada salah satu sisi botol dan kedua sisi
untuk botol lainnya, mendekati dasar botol. Pada botol yang memiliki dua lubang tambahkan satu lubang tepat vertikal dekat dengan mulut botol.
Gelas kimia yang sudah termodifikasi dengan dibuat saluran, yaitu dengan menempelkan pipa pada lubang yang sudah disiapkan. Kedua saluran
tersebut menyambung sehingga terlihat seperti jembatan yang di tengahnya terdapat membran yang menghubungkannya. Anoda menempel
dengan kawat dan dimasukkan ke dalam botol bertangan satu dalam posisi menggantung dan begitu pula untuk katoda pada botol lainnya. Larutan
mengisi botol katoda sementara botol anoda dalam keadaan kosong. Saluran lainnya pada botol katoda terhubung dengan gelas kimia yang
berisi catholyte.
Gambar 6 Prototype reaktor sistem dua ruang tipe botol dengan catholyte Logan 2008
Gambar 5 Prototype reaktor sistem dua ruang tipe kubus Logan 2008
c. Prototype Sistem Tubular Flow
Prototype Sistem Tubular Flow merupakan turunan dari kedua konsep
yang ada, karena dilihat dari cara kerja sebenarnya termasuk di antara sistem ruang tunggal single chamber dan sistem dua ruang two
chamber.
1. Tubular Packed Bed Reactors Rabaey et al. 2005
Prototype ini terdiri dari CEM CMI-7000 sepanjang 2 meter
membentuk tabung dengan diameter 46 mm, terhubung dengan corong di bagian atas dan bawah untuk saluran keluar masuk substrat, seperti terlihat
pada Gambar 7. Di dalamnya terdapat packed graphite granules sebagai katoda dan dialiri oleh ferisianida sebagai catholyte. Di luar membran
diselimuti oleh graphite mat semacam tipe cloth pembungkus erat reaktor. Substrat yang digunakan dapat berupa asetat, glukosa, atau limbah
rumah tangga.
2. Membran-less Continue Tubular Flow Jang et al. 2004
Walaupun prototype ini memiliki tipe yang sama dengan reaktor tubular packed bed reactors,
alat dan bahan serta susunan perakitannya berbeda lebih dapat dilihat pada Gambar 8. Prototype ini tersusun dari
acrylic berbentuk tabung dengan tinggi 1 m dan diameter 10 cm. Terletak
secara berurutan dari atas ke bawah, yaitu katoda, glass bead, glass wool dan anoda dengan jarak antara katoda dan anoda sebesar 10 cm. Aliran
substrat atau mediator bergerak dari bawah anoda ke atas katoda. Elektroda terhubung dengan resistor dan multimeter menggunakan kawat
platinum. Pengisian reaktor dengan kecepatan substrat 0,28 mLmenit sampai 1,83 mLmenit menggunakan limbah rumah tangga yang sudah
mengandung glukosa dan glutamat. Gambar 7 Prototype reaktor tipe tubular Rabaey et al. 2005
