Microbial Fuell Cell bisa didesain dengan satu atau dua bejana, secara umum MFC dengan dua bejana ini ditengahnya dihubungkan dengan membran
penukar kation. Meskipun pada sistem MFC satu bejana ada yang menggunakan membran, tetapi penggunaan membran ini dinilai mahal dan mudah rusak saat
penggunaannya. Oleh karena itu, MFC yang tidak menggunakan membran telah dikembangkan untuk pengolahan air limbah Chang et al. 2006.
2.3 Microbial Fuel Cell MFC Satu Bejana
Microbial fuel cell merupakan alat yang menggunakan mikroorganisme untuk mengkonversi energi kimia di dalam komponen organik menjadi energi
listrik. MFC ini memiliki potensi yang besar sebagai produksi bioenergi berkelanjutan karena kemampuannya untuk menghasilkan listrik dari limbah cair
dan secara bersamaan mengolah limbah cair. Beberapa tipe MFC yang telah dikembangkan meliputi disain MFC dua bejana, satu bejana, upflow, datar, dan
berbentuk tabung. Untuk menghasilkan energi listrik ini juga telah dicoba pada tipe limbah cair yang berbeda-beda, termasuk limbah cair domestik pada instalasi
pengolahan air limbah Suyanto et al. 2010, pengolahan makanan Winaya et al. 2011, dan limbah dari hewan Fitrinaldi 2011. Dari beberapa tipe MFC tersebut,
MFC yang menggunakan katoda udara merupakan tipe yang paling memungkinkan untuk ditingkatkan skalanya pada pengolahan limbah cair
berdasarkan tingginya energi yang dihasilkan, strukturnya yang sederhana, dan harganya relatif murah dibanding tipe MFC lainnya Cheng dan Logan 2011.
MFC satu bejana saat ini sedang dikembangkan karena bisa memanfaatkan sebuah katoda yang berhubungan langsung dengan udara dan bisa mengurangi
penambahan konsumsi energi yang besar serta biaya pembuatan yang lebih murah Sun et al. 2009. Banyak bentuk dari disain MFC ini, meliputi bentuk H dengan
dua bejana Winaya et al. 2011, satu bejana dengan menggunakan Proton
Exchange Membrane PEM Chang et al. 2006, dan MFC satu bejana dengan menggunakan katoda yang berhubungan langsung dengan udara Lovley 2006
telah dikembangkan untuk meningkatkan energi listrik yang dihasilkan. Diantara bentuk-bentuk tersebut, yang menarik perhatian adalah MFC satu bejana dengan
menggunakan katoda yang berhubungan langsung dengan udara, karena jenis MFC ini menghilangkan penggunaan PEM proton exchange membrane yang
mahal dan menghasilkan energi listrik yang lebih besar dibandingkan model lainnya Zhu et al 2011. Sistem kerja MFC satu bejana dapat dilihat pada
Gambar 2.
Gambar 2 Sistem kerja MFC satu bejana Lovley 2006 Winaya et al. 2011 menyatakan bahwa MFC merupakan sebuah sistem
peralatan yang menggunakan bakteri untuk merubah material organik menjadi energi listrik, pada sistem ini dikondisikan lingkungan dimana bakteri anaerob
dan material organik yang dikonsumsinya ditempatkan pada tempat yang sama. Di bagian anoda, bahan bakar dioksidasi oleh mikroorganisme, sebagai bagian
dari proses digestive maka bakteri akan menghasilkan ion positif H
+
dan elektron e
-
. Hal ini juga diketahui sebagai proses oksidasi. Elektron akan ditransfer menuju elektroda di katoda. Selanjutnya untuk mengalirkan elektron
tersebut diperlukan rangkaian listrik luar dengan tahanan, serta disambungkan dengan elektrode pada sisi katodanya. Reaksi yang terjadi pada anode adalah
sebagai berikut: C
6
H
12
O
6
+ 6 H
2
O 6 CO
2
+ 24 H
+
+ 24 e
-
Pada katoda kemudian akan terjadi reaksi reduksi yaitu kombinasi ion positif dan elektron dan oksigen akan membentuk air. Elektron dan ion positif
berkumpul di katoda bergabung dengan oksigen yang berasal dari udara. Reaksi yang terjadi pada katoda adalah sebagai berikut:
4 H
+
+ 4e
-
+ O
2
2 H
2
O
Tabel 2 Reaksi elektroda pada MFC dan hasil potensial redoks Pasangan oksidasireduksi
E mV
H
+
H
2
- 420 NAD
+
NADH - 320
S HS
-
- 270 SO4
2-
H
2
S - 220
Piruvat
2-
Laktat
2-
- 185 2,6-AQDS2,6-AHQDS
- 184 FADFADH
2
- 180 Manaquinon oksred
- 75 Piosianin oksred
- 34 Metilen blue oksred
+ 11 Fumarat
2-
Succinat
2-
+ 31 Thionin oksred
+ 64 Sitokrom bFe
3+
Sitokrom bFe
2+
+ 75 FeIII EDTAFeII EDTA
+ 96 Ubiquinon oksred
+ 113 Sitokrom cFe
3+
Sitokrom cFe
2+
+ 254 O
2
H
2
O
2
+ 275 FeIII sitratFeII sitrat
+ 372 FeIII NTAFeII NTA
+ 385 NO
3-
NO
2-
+ 421 FeCN
6 3-
FeCN
6 4-
+ 430 NO
2-
NH
4+
+ 440 O
2
H
2
O + 820
Sumber: Du et al. 2007
Ada beberapa MFC yang menggunakan membran sebagai pembatas antara anoda dan katoda. Tetapi penggunaan membran ini mahal dan bisa rusak saat
digunakan. Sedangkan menurut Ghangrekar dan Shinde 2006 penggunaan membran bisa membatasi pemanfaatan MFC untuk mengolah limbah. Transfer
proton melewati membran bisa menjadi faktor pembatas terutama dengan adanya pembentukan fouling pada endapan terlarut pada proses pengolahan limbah
dengan skala besar. Terlebih, harga membran yang mahal dan bisa membatasi fungsi dalam mengolah limbah. MFC yang tidak memakai membran ini
dikembangkan oleh Jang et al. pada tahun 2003 dan dapat meningkatkan listrik yang dihasilkan dari mikroba aktif yang mengkonversi bahan organik.
3 METODE
3.1 Waktu dan Tempat
