Aki Mobil Baterai Pada Kendaraan Bermotor
77 Teknologi terbaru dengan prinsip mirip sel bahan bakar menggunakan sumber
alami, yaitu biofuel cell. Biofuel cell adalah alat untuk mengkonversi energi kimia menjadi energi listrik dengan bantuan biokatalis dari enzim atau mikroorganisme
yang mampu mengubah secara langsung energi biokimia menjadi energi listrik. Energi penggerak biofuel cell adalah reaksi redoks dari substrat karbohidrat seperti
glukosa dan metanol menggunakan mikroorganisme atau enzim sebagai katalis, yang menggunakan mikroorganisme disebut Microbial Fuel Cell MFC,
sedangkan yang menggunakan enzim disebut Enzymatic Fuel Cell EFC. Perbedaan utamanya adalah katalis pada biofuel cell adalah mikroorganisme atau
enzim. Oleh karena itu tidak diperlukan logam dan kondisi kerja dilakukan pada larutan netral dengan temperatur kamar. Sebagai contoh, oksidasi sempurna satu
gram metanol dengan bantuan enzim secara teoritis memberi energi listrik 5000 mAh. Oksidasi sempurna satu mol glukosa akan melepaskan 24 mol elektron.
C
6
H
12
O
6
+ 6H
2
O 6CO
2
+ 24H
+
+ 24 e
–
Besarnya arus yang dihasilkan dari proses oksidasi ini akan bergantung pada besarnya angka metabolisme dan efisiensi transfer elektron menuju elektroda.
MFC terdiri atas dua ruang yang dipisahkan oleh membran penukar proton . Satu ruangan menjadi tempat untuk anoda dan ruangan lainnya untuk katoda. Prinsip
penggunaan MFC ini erat hubungannya dengan proses biokimia yang terjadi dengan melibatkan mikroba yang disebut glikolisis, siklus asam sitrat, dan rantai
transfer elektron. MFC didasari oleh oksidasi glukosa menjadi molekul oksigen dan air. Bakteri Escherichia Coli E. Coli merupakan mikroorganisme yang sering
ditemukan pada usus manusia dapat digunakan untuk percobaan ini. Bakteri seperti E. Coli menguraikan glukosa menghasilkan ATP yang
dimanfaatkan sel untuk sumber energi. Methylene blue MB digunakan sebagai mediator elektron untuk efisiensi transfer elektron dari mikroorganisme ke
elektroda. Methylene blue dan neutral red adalah dua jenis mediator elektron yang biasa digunakan dalam MFC karena toksisitas yang rendah.
Mediator elektron membuka jalan ke dalam rantai transfer elektron, secara kimiawi mereduksi NAD
+
menjadi NADH. Mediator elektron berperan selama proses transportasi elektron, membawa elektron dari membran plasma bakteri ke anoda.
78 Elektron-elektron ini bergerak melewati rangkaian elektrik dan mereduksi ion
ferisianida menjadi ion ferosianida pada katoda. Proton dipompakan dari bakteri ke lingkungan anoda melewati membran penukar proton PEM ke ruang katoda.
Ferosianida dioksidasi kembali menjadi ferisianida. Sedangkan ion hidrogen beraksi dengan oksigen membentuk air. Menurut reaksi
4 FeCN
6 3-
+ 4 e- 4 FeCN
6 4-
4 FeCN
6 4-
+ 4 H
+
+ O
2
4 FeCN
6 3-
+ 2 H
2
O Mediator elektron yang ideal seharusnya dapat membentuk pasangan redoks
reversibel pada katoda, terhubung dengan NADH dan memiliki angka potensial reduksi standar yang sangat negatif dalam rangka untuk memaksimalkan produksi
energi listrik, stabil pada bentuk oksidasi maupun bentuk reduksi, tidak terdekomposisi selama reaksi redoks yang berulang-ulang dalam jangka waktu
yang lama, dan memiliki polaritas sehingga mediator dapat larut dalam air dan dapat diserap oleh membran mikroba.
Untuk memaksimalkan arus dan daya pada MFC perlu dilakukan hal-hal berikut, memodifikasi elektroda, menggunakan kombinasi berbeda bakteri dan mediator
elektron, menggunakan kultur bakteri campuran, menggunakan lingkungan anaerobik di anoda, meningkatkan suplai bahan bakar, dan memompakan oksigen
melewati ruangan katoda
Tabel 3. 1 Karakteristik UmumSel Bahan Bakar Kimiawi dan Biologis
No Karakteristik Fuel Cell Kimiawi
Fuel Cell Biologis
1 Katalis
Logam mulia Mikroorganisme enzim
2 pH
Larutan asam pH1 Larutan netral
pH 7.0-9.0
3 Temperatur
lebih dari 200
o
C Temperatur 22
o
C -25
o
C 4
Elektrolit Asam fosfat
Larutan fosfat 5
Kapasitas Tinggi
Rendah 6
Efisiensi 40
– 60 Lebih dari 40
7 Tipe Bahan Bakar
Gas alam, H
2
, dll. Karbohidrat dan
hidrokarbon
79