PROSPEK SEDIMEN LAUT TELUK KENDARI SEBAG
PROSPEK SEDIMEN LAUT TELUK KENDARI SEBAGAI SUATU
ALTERNATIF SUMBER ENERGI TERBARUKAN MELALUI TEKNOLOGI
MICROBIAL FUEL CELL
ROBBY SUDARMAN
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Halu Oleo,
Kendari, 2013.
E-mail: robi_shoghir@yahoo.com
Abstrak
Telah dilakukan penelitian mengenai prospek sedimen laut Teluk Kendari sebagai suatu
alternatif sumber energi terbarukan melalui teknologi microbial fuel cell. Sedimen laut
yang mengandung bahan organik kompleks digunakan sebagai substrat dalam microbial
fuel cell (MFC) untuk menghasilkan elektron dan energi listrik melalui proses
metabolisme mikroba dalam sedimen. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui
prospek sedimen laut Teluk Kendari sebagai sumber energi alternatif dengan mengamati
karakteristik sedimen dan besar energi listrik yang dapat dihasilkan sedimen laut Teluk
Kendari melalui sistem MFC, serta untuk mengetahui karakteristik bakteri sedimen
yang berperan dalam MFC. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakteristik sedimen
laut Teluk Kendari yang meliputi kadar bahan organik rata-rata berupa C-organik
sebesar 2,78 %, nitrogen total 1,21 %, dan rasio C/N 2,29. Sedimen laut Teluk Kendari
diketahui memiliki prospek untuk dijadikan sumber energi alternatif yaitu dalam bentuk
energi listrik melalui sistem MFC. Hal ini terlihat dari hasil pengamatan di mana sistem
MFC dapat menghasilkan tegangan listrik hingga 438 mV. MFC dioptimasi dengan
menggabungkan beberapa sel tunggal membentuk sistem MFC berganda dan
menghasilkan tegangan listrik yang mencapai puncak produksi pada hari ke-26 yaitu
sebesar 1,807 V untuk MFC dengan 9 sel tunggal dan 2,174 V untuk MFC dengan 10
sel tunggal. Hasil karakterisasi substrat sedimen menunjukkan bahwa terjadi penurunan
kandungan bahan organik dalam sedimen setelah digunakan dalam sistem MFC yaitu Corganik menjadi sebesar 2,68 %, nitrogen total 1,07 %,dan rasio C/N sebesar 2,52.
Karakteristik bakteri MFC yang berasal dari sedimen laut Teluk Kendari sebagian besar
bersifat Gram positif dan berbentuk kokus (bulat), dimana hanya terdapat satu isolat
bakteri yang berupa Gram negatif yaitu isolat S1.1 dengan sel berbentuk basil (batang).
Keywords: sedimen laut, Teluk Kendari, energi terbarukan, microbial fuel cell
PENDAHULUAN
Energi sebagai komponen penting bagi
kelangsungan hidup manusia saat ini
umumnya masih sangat tergantung pada
bahan bakar fosil karena bahan bakar fosil
menjadi tumpuan kebutuhan energi
manusia dalam skala besar. Akan tetapi
seiring semakin meningkatnya populasi
manusia dengan penggunaan energi yang
semakin bertambah, cadangan bahan
bakar fosil seperti minyak bumi dan gas
alam sebagai sumber energi utama juga
semakin menipis (Susilaningsih dkk.,
2008). Hal ini menuntut manusia untuk
segera mencari, menggunakan dan
mengoptimalkan sumber-sumber energi
alternatif.
1
terbarukan. Dalam penelitian ini, suatu
metode dikembangkan yaitu optimasi
sistem MFC
untuk
meningkatkan
perolehan energi listrik yang dihasilkan
dengan menggabungkan sejumlah sel
tunggal
membentuk
sistem
MFC
berganda. Hal ini dilakukan karena
menurut Arsov dan Georgievski (2009),
untuk menggunakan fuel cell sebagai
sumber energi secara praktik, sejumlah
fuel cell tunggal harus dihubungkan secara
berturutan (bergabung) untuk memperoleh
keluaran tegangan yang lebih besar.
Salah satu sumber energi alternatif yang
dapat digunakan untuk menghadapi
tuntutan global adalah pemanfaatan
sumber energi terbarukan (renewable
energy) melalui teknologi microbial fuel
cell (MFC). MFC mengonversi energi
kimia yang terkandung dalam bahan
organik maupun anorganik menjadi energi
listrik
melalui
aktivitas
katalitik
mikroorganisme
anaerob
(Schroder,
2008). MFC telah diteliti secara intensif
dalam beberapa tahun terakhir karena
menawarkan solusi berkelanjutan bagi
penginderaan jarak jauh serta sejalan
dengan pengendalian polusi dan produksi
energi (Wang et al., 2012).
MATERIAL DAN METODE
Alat dan Bahan
Pada dasarnya, berbagai bentuk bahan
organik dapat digunakan sebagai substrat
MFC seperti glukosa (Liu dan Logan,
2004), pati (Min dan Logan, 2004), asam
lemak (Liu et al., 2005), asam amino dan
protein (Logan et al., 2005), air limbah
dari manusia dan hewan (Liu et al. 2004),
maupun sedimen organik dan anorganik
(Reimers et al., 2001).
Alat-alat yang digunakan meliputi
peralatan untuk pengambilan sedimen dan
air laut yang terdiri dari plastik sampel,
kotak es, kertas label dan eckman grab.
Peralatan
yang digunakan dalam
pembuatan rangkaian dan pengukuran
potensial listrik MFC adalah gelas kimia
500 mL, kabel N.Y.A ETERNA (1 x 2,5
mm), elektroda karbon grafit, resistor 560
Ω ± 5 % dan multimeter. Peralatan yang
digunakan untuk karakterisasi sedimen
meliputi pH meter, konduktometer,
spektronik 20D, timbangan analitik, oven,
eksikator, alat destilasi, buret, corong
Buchner, serta alat-alat gelas seperti labu
takar, erlenmeyer, gelas ukur, dan pipet
ukur.
Penggunaan sedimen sebagai sumber
energi alternatif dalam teknologi MFC
telah diteliti sebelumnya, antara lain
penggunaan sedimen estuaria dari dekat
Pantai Raritan USA dan sedimen rawa
asin dari Tuckerton USA (Reimers et al.,
2001), sedimen laut Pelabuhan Boston
(Holmes et al., 2004), sedimen laut Teluk
Delaware (Rezaei et al., 2007), sedimen
Danau Ilgam Seoul (Hong et al., 2008),
sedimen Sungai Gongji (Hong et al.,
2010), sedimen Danau Hussain Sagar
Hyderabad dan sedimen Sungai Uppal
Hyderabad (Mohan et al., 2009), sedimen
laut Teluk Jakarta (Riyanto et al., 2011),
serta sedimen tambak udang (Firmansyah,
2011).
Bahan-bahan yang digunakan dalam
penelitian ini meliputi sedimen laut, air
laut, aquades, HCl 1 N, NaOH 1 N,
larutan standar 5000 ppm glukosa,
K2Cr2O7 1 N, H2SO4 pekat, KCl 1 M, KCl
0,01 M, dan larutan buffer pH 7,0.
Eksperimen
Oleh karena itu, pada penelitian ini
dikembangkan teknologi MFC dengan
menggunakan sedimen laut Teluk Kendari
sehingga diketahui prospeknya untuk
dijadikan sumber energi alternatif
Penelitian dilaksanakan dalam beberapa
tahapan meliputi pengambilan sampel
sedimen laut Teluk Kendari, karakterisasi
sampel sedimen, pembuatan rangkaian
2
MFC, pengukuran potensial listrik dengan
multimeter, karakterisasi substrat sedimen
MFC, serta isolasi, karakterisasi dan
identifikasi bakteri sedimen MFC.
Resistor
Pengambilan sampel sedimen dalam
penelitian ini dilakukan melalui survei
berdasarkan metode Purposive Random
Sampling. Metode ini dilakukan karena
sesuai dengan kondisi perairan Teluk
Kendari yang secara morfometrik terbagi
atas dua bagian besar yakni Teluk Kendari
bagian dalam (TKD) yang relatif tertutup
dan Teluk Kendari bagian luar (TKL)
yang lebih terbuka serta berhubungan
langsung dengan perairan Laut Banda
(Salnuddin, 2005).
Air Laut
Katoda
1 cm
2 cm
Sedimen
Anoda
3 cm
Gambar 1. Rangkaian MFC
MFC dioperasikan pada kondisi gelap
(tanpa pencahayaan) dan suhu ruang (± 27
°C).
Pengukuran
tegangan
listrik
dilakukan
menggunakan
multimeter
dengan lama pengukuran berdasarkan
pada pola kecenderungan perubahan
energi listrik yang dihasilkan dari
penguraian
bahan
organik
oleh
mikroorganisme pada sedimen MFC
(Holmes et al., 2004). Sistem MFC dari
stasiun yang menghasilkan tegangan open
circuits maksimal tertinggi dioptimasi
dengan menggabungkan sejumlah sel
tunggal membentuk sistem SMFC
berganda.
Berdasarkan hasil survei, ditetapkanlah
tiga titik stasiun pengambilan sampel yang
mewakili kondisi Teluk Kendari secara
umum sebagai berikut:
a. Stasiun 1 (S1) berjarak ± 20 meter dari
pantai sekitar pasar pelelangan ikan
Teluk Kendari, mewakili aktivitas dari
kegiatan pasar lelang dan pemukiman
padat penduduk sekitar TKD.
b. Stasiun 2 (S2) berjarak ± 7 meter dari
pinggir pantai di muara Teluk
Kendari, mewakili aktivitas perkotaan
dan aliran air yang mengangkut bahan
sedimen dari hulu sungai.
c. Stasiun 3 (S3) berjarak ± 10 meter dari
pantai sekitar pelabuhan pertamina,
mewakili aktivitas pemukiman yang
jarang penduduk sekitar TKL.
Bakteri pada sedimen MFC diisolasi
dengan metode cawan gores, kemudian
dilanjutkan dengan karakterisasi isolat
bakteri yang diperoleh dengan cara
melihat sifat morfologi dan fisiologinya.
Tahapan akhir dari penelitian ini ialah
identifikasi bakteri secara manual dengan
menggunakan buku Bergey’s Manual of
Determinative Bacteriology (Holt et al.,
1994).
Karakterisasi sedimen laut Teluk Kendari
yang
dilakukan
meliputi
analisis
kandungan karbon organik dan nitrogen
total, serta pengukuran pH dan daya
hantar listrik (DHL).
Pembuatan rangkaian MFC mengacu pada
penelitian Holmes et al. (2004)
menggunakan elektroda yang terbuat dari
karbon grafit berbentuk silinder dan
resistor berukuran 560 Ω ± 5 %.
Rangkaian MFC dapat dilihat pada
Gambar 1.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik
Kendari
3
Sedimen
Laut
Teluk
Sedimen laut Teluk Kendari merupakan
tanah lumpur bewarna abu-abu kehitaman
dengan karakteristik berupa kadar air,
jumlah karbon (C) organik dan jumlah
nitrogen (N) total, nilai pH (H2O dan
KCl), serta nilai daya hantar listrik yang
dapat dilihat pada Tabel 1.
merupakan suatu keunggulan karena akan
membawa dampak bagi kinerja microbial
fuel cell (MFC).
Adapun kandungan karbon organik pada
sedimen laut Teluk Kendari yang cukup
tinggi menyerupai kandungan karbon
organik pada ekosistem tertutup seperti
danau. Hal ini kemungkinan disebabkan
oleh kondisi fisik kawasan Teluk Kendari
yang juga relatif tertutup menyerupai
suatu estuaria (Apriyanto, 2007). Adanya
aliran air tawar yang terjadi secara terus
menerus dari hulu sungai dan adanya
proses gerakan air akibat pasang surut
yang mengangkut mineral-mineral, bahan
organik,
dan
sedimen
merupakan
penunjang produktifitas perairan di
wilayah estuaria (Supriadi, 2001).
Karbon organik merupakan unsur utama
bahan organik dimana kandungan Corganik dalam tanah sedimen adalah
representasi bahan organik tanah sedimen
yang merupakan hasil perombakan dan
penyusunan yang dilakukan jasad renik
tanah sedimen. Berdasarkan Tabel 1
diketahui bahwa kandungan karbon
organik dalam sedimen laut Teluk
Kendari cukup tinggi bila dibandingkan
dengan sedimen laut Teluk Jakarta
(Riyanto dkk., 2011) yang hal ini
Tabel 1. Karakteristik sedimen laut Teluk Kendari
Kadar Air (%)
C (%)
N (%)
C/N
43,99
3,41
1,45
2,35
38,87
3,04
1,09
2,79
28,38
1,89
1,10
1,72
Ratarata
37,08
2,78
1,21
2,29
DHL (dSm-1)
0,99
0,93
0,84
0,92
pH (H2O)
7,24
6,72
7,30
7,09
pH (KCl)
7,16
6,90
7,70
7,25
Parameter Uji
1
S1
2
S2
3
S3
4
Hong et
al. (2010)
1,7 ± 0,2
0,473 ±
0,008
6,61 ±
0,03
-
5
Riyanto
dkk. (2011)
2,19 ± 0,44
0,19 ± 0,06
12
6,4 ± 1,46
7,7 ± 0,35
7,3 ± 0,14
Keterangan:
1. Karakteristik sedimen laut Teluk Kendari stasiun 1 daerah TKD
2. Karakteristik sedimen laut Teluk Kendari stasiun 2 daerah muara
3. Karakteristik sedimen laut Teluk Kendari stasiun 3 daerah TKL
4. Karakteristik sedimen Sungai Gongji, Korea berdasarkan hasil penelitian Hong et al. (2010)
5. Karakteristik sedimen laut Teluk Jakarta berdasarkan hasil penelitian Riyanto dkk. (2011)
mencapai keadaan stabil dan tegangan
open circuits maksimum tiap sistem MFC.
Produksi Energi Listrik Sistem MFC
1. MFC Tunggal
Berdasarkan hasil pengamatan Voc yang
terlihat pada Gambar 2, terlihat bahwa
tegangan yang dihasilkan oleh ketiga
sistem MFC pada awalnya mengalami
penurunan yang selanjutnya mengalami
peningkatan hingga pada suatu titik kurva
cenderung menghasilkan garis datar dan
Dalam penelitian ini, pengukuran
tegangan open circuits (Voc) dilakukan
selama 72 jam (Gambar 2) yaitu hingga
sistem mengalami kondisi steady state
(kondisi tetap), agar diperoleh waktu yang
diperlukan setiap sistem MFC untuk
4
700
Voltase (mV)
600
500
400
S1
300
S2
200
S3
100
0
0
20
40
60
80
Waktu (Jam)
Gambar 2. Tegangan (open circuits voltage) yang dihasilkan MFC
tegangan yang dihasilkan menurun. Hal
ini memiliki kaitan dengan pertumbuhan
konsorsium mikroba yang melakukan
aktivitas metabolisme pada anoda MFC.
sumber energi alternatif
(renewable energy).
terbarukan
Berdasarkan Gambar 2, dapat diketahui
bahwa sedimen pada stasiun 2 yang
berasal dari muara Teluk kendari memiliki
potensial yang lebih baik dalam
menghasilkan energi listrik melalui sistem
MFC. Oleh karena itu MFC selanjutnya
dioptimasi untuk meningkatkan perolehan
energinya dengan cara menggabungkan
sejumlah sel tunggal untuk membentuk
sistem MFC berganda.
Tegangan open circuits (Voc) maksimum
yang dihasilkan sistem MFC pada
penelitian ini cukup tinggi yang
perbandingannya dengan sistem MFC
yang lain dapat dilihat pada Tabel 2. Hal
ini menunjukkan bahwa sedimen laut
Teluk Kendari cukup potensial dan
memiliki prospek untuk dijadikan sebagai
Tabel 2. Karakteristik MFC sedimen laut Teluk kendari dibandingkan MFC yang lain
1
2
3
4
Hasil
Fitrinaldi
Ming dan
Sidharta
Parameter
Penelitian
(2011)
Ping (2008) dkk. (2007)
Waktu kondisi tetap
12 jam
14,33 jam
65 menit
Voc-max
653 mV
889 mV
598 mV
575 mV
Keterangan :
1. MFC menggunakan substrat sedimen laut Teluk Kendari
2. MFC E. coli berdasarkan hasil penelitian Fitrinaldi (2011)
3. MFC E. coli berdasarkan hasil penelitian Ming dan Ping (2008)
4. MFC limbah cair berdasarkan hasil penelitian Sidharta dkk. (2007)
bahwa
sistem
MFC
berganda
menghasilkan tegangan listrik yang lebih
besar daripada sistem MFC tunggal dan
cukup menjanjikan sebagai sumber energi
alternatif di mana besar tegangan yang
dihasilkan setara dengan sebuah baterai (±
1,5 V).
2. MFC Berganda
MFC berganda dikerjakan dengan
menggabungkan sejumlah sel tunggal
MFC secara seri di mana dalam penelitian
ini dibuat MFC berganda dari 9 dan 10
buah sel tunggal. Produksi energi listrik
sistem MFC berganda diamati selama 40
hari seperti yang terlihat pada Gambar 3.
Berdasarkan hasil pengamatan yang
terlihat pada Gambar 3 dapat diketahui
Semakin banyak jumlah sel tunggal yang
digabungkan maka tegangan listrik yang
dihasilkan juga semakin besar. Hal ini
5
menggunakan fuel cell sebagai sumber
energi secara praktik, sejumlah fuel cell
tunggal harus dihubungkan secara
berturutan (bergabung) untuk memperoleh
keluaran tegangan yang lebih besar.
serupa dengan hasil yang diperoleh Oh
dan Logan (2007) yang menggabungkan
MFC tunggal dan berhasil meningkatkan
tegangan dari dua sel gabungan. Menurut
Arsov dan Georgievski (2009), untuk
2.5
Voltase (V)
2
1.5
SB9
1
SB10
0.5
0
0
10
20
30
40
50
Waktu (Hari)
Gambar 3. Tegangan listrik sistem MFC berganda
Produksi tegangan listrik yang dihasilkan
sistem MFC berganda pada penelitian ini
mencapai puncak pada hari ke-26
(Gambar 3), yaitu sebesar 1,807 V untuk
MFC berganda 9 sel (SB9) dan 2,174 V
untuk MFC berganda 10 sel (SB10). Hal
ini terjadi saat jumlah mikroba yang
melakukan
proses
metabolisme
menghasilkan elektron dan proton pada
MFC mencapai jumlah maksimum.
Adapun penurunan tegangan listrik
menjelang akhir pengukuran disebabkan
bahan organik yang terdapat pada anoda
telah berkurang dimana transfer massa
pada pembentukan sedimen merupakan
faktor pembatas dalam produksi energi
menggunakan SMFC ini (Reimers et al.,
2001).
Karakteristik substrat sedimen MFC
Substrat sedimen setelah digunakan dalam
MFC secara visual mengalami perubahan
warna yaitu dari abu-abu kehitaman
menjadi coklat (Gambar 4). Warna hitam
umumnya
diduga
mengindikasikan
jumlah bahan organik pada sedimen lebih
tinggi dibandingkan dengan sedimen yang
berwarna coklat (Voroney, 2007). Selain
itu, karakteristik substrat sedimen juga
mengalami perubahan setelah digunakan
dalam sistem MFC yang dapat dilihat
pada Tabel 3.
(Kondisi awal)
(kondisi akhir)
Gambar 4. Warna sedimen laut Teluk Kendari sebelum dan setelah penggunaan MFC
6
Tabel 3. Karakteristik substrat sedimen sebelum dan setelah penggunaan MFC
Parameter
Uji
1
S1
Sebelum penggunaan MFC
4
Riyanto
Rata2
3
S2
S3
dkk.
rata
(2011)
Kadar Air
(%)
43,99
38,87
28,38
37,08
C (%)
3,41
3,04
1,89
2,78
N (%)
1,45
1,09
1,10
1,21
C/N
DHL
(dSm-1)
2,35
2,79
1,72
2,29
0,99
0,93
0,84
0,92
pH (H2O)
7,24
6,72
7,30
7,09
pH (KCl)
7,16
6,90
7,70
7,25
S1
2,19 ±
0,44
0,19 ±
0,06
12
6,4 ±
1,46
7,7 ±
0,35
7,3 ±
0,14
Setelah penggunaan MFC
4
Riyanto
RataS2
S3
dkk.
rata
(2011)
42,1
30,5
22,26
31,62
3,34
2,87
1,83
2,68
1,35
0,91
0,94
1,07
2,47
3,15
1,95
2,52
1,76
1,20
3,22
2,06
7,38
7,12
7,64
7,38
7,58
7,34
8,07
7,66
1,88 ±
0,40
0,15 ±
0,03
12
7,42 ±
1,94
8,15 ±
0,07
7,85 ±
0,07
Keterangan :
1. Karakteristik sedimen laut Teluk Kendari stasiun 1 daerah TKD
2. Karakteristik sedimen laut Teluk Kendari stasiun 2 daerah muara
3. Karakteristik sedimen laut Teluk Kendari stasiun 3 daerah TKL
4. Karakteristik sedimen laut Teluk Jakarta berdasarkan hasil penelitian Riyanto dkk. (2011)
Kandungan bahan organik sedimen laut
Teluk Kendari berupa karbon organik dan
nitrogen total mengalami penurunan (lihat
Gambar 5 dan 6) setelah digunakan dalam
sistem MFC akibat aktivitas mikroba yang
mengurai bahan organik dalam sedimen
tersebut (Tender et al., 2002). Karbon
organik sebelum digunakan dalam sistem
MFC sebesar 2,78 % dan setelah
digunakan dalam sistem MFC mengalami
penurunan sebesar 0,10 % sehingga
menjadi sebesar 2,68 %. Adapun
kandungan nitrogen total sedimen laut
Teluk Kendari sebelum digunakan dalam
sistem SMFC sebesar 1,21 % dan setelah
digunakan
dalam
sistem
SMFC
mengalami penurunan sebesar 0,14 %
sehingga menjadi sebesar 1,07 %.
2.78
karbon organik (%)
2.78
2.76
2.74
2.72
2.7
2.68
2.68
sebelum penggunaan
SMFC
sesudah penggunaan
SMFC
2.66
2.64
2.62
Gambar 5. Persentase rata-rata kandungan karbon organik pada sedimen sebelum dan
sesudah penggunaan MFC
7
nitrogen total (%)
1.25
1.21
1.2
sebelum penggunaan
SMFC
1.15
sesudah penggunaan
SMFC
1.07
1.1
1.05
1
Gambar 6. Persentase rata-rata kandungan nitrogen total pada sedimen sebelum dan
sesudah penggunaan MFC
(Tabel 4 dan 5). Data karakteristik
morfologi
isolat
bakteri
MFC
menunjukkan bahwa bakteri sedimen
MFC yang berasal dari Teluk Kendari
sebagian besar bersifat Gram positif dan
selnya berbentuk kokus (bulat), dimana
hanya terdapat satu isolat bakteri yang
berupa Gram negatif yaitu isolat S1.1
dengan sel berbentuk basil (batang).
Karakteristik bakteri sedimen MFC
Hasil penelitian menunjukkan bahwa
diperoleh 7 koloni bakteri yang dapat
ditumbuhkan di laboratorium, yaitu isolat
S1.1, S1.2, S1.3, S1.4, S2.1, S2.2, dan S3.1.
Ketujuh koloni bakteri yang tumbuh
tersebut selanjutnya dikarakterisasi dan
diidentifikasi
berdasarkan
karakter
fenotipik
yang
meliputi
karakter
morfologi sel dan karakter biokimia
Tabel 4. Karakteristik biokimia isolat bakteri MFC
Fermentasi
Jenis
Isolat Glukosa Maltosa Laktosa Sukrosa
positif
positif
negatif
positif
S1.1
positif
positif
negatif
positif
S1.2
positif
negatif
positif
positif
S1.3
negatif
negatif
positif
negatif
S1.4
negatif
positif
negatif
negatif
S2.1
negatif
negatif
positif
negatif
S2.2
negatif
negatif
positif
negatif
S3.1
Katalase Gelatinase Motilitas
positif
positif
positif
positif
positif
positif
positif
positif
positif
positif
positif
negatif
negatif
negatif
positif
positif
negatif
positif
negatif
positif
positif
Tabel 5. Karakteristik morfologi isolat bakteri MFC
Jenis
Isolat
S1.1
S1.2
S1.3
S1.4
S2.1
S2.2
S3.1
Bentuk Koloni
melingkar
melingkar
bergerigi, tak beraturan
berserabut
melingkar
melingkar, bergerigi
melingkar, bergerigi
Warna
Koloni
kuning
putih
putih
kuning
putih
putih
putih
8
Bentuk Sel
Basil
Kokus
Kokus
kokus
kokus
kokus
kokus
Pewarnaan
Gram
negatif
positif
positif
positif
positif
positif
positif
Controlled DC-DC Buck Converter,
Electronics, 13(1).
Firmansyah, Y., 2011, Degradasi Bahan
Organik
Dan Pemanfaatannya
Sebagai Penghasil Energi Listrik
Pada Sedimen Tambak Udang
Melalui Sediment Microbial Fuel
Cell, Skripsi, Institut Pertanian
Bogor, Bogor.
Fitrinaldi, 2011, Microbial Fuel Cell
sebagai
Energi
Alternatif
Menggunakan Bakteri Escherichia
coli, Artikel Penelitian hibah
Pascasarjana Tahun Anggaran 2011,
Universitas Andalas, padang.
Holmes, D.E, Bond, D.R., O’Neil, R.A.,
Reimers, C.E., Tender, L.M., dan
Lovley, D.R., 2004. Microbial
community
associates
with
electrodes harvesting electricity
from a variety of aquatic sediments.
Microb. Ecol. 48, 178-190.
Holt, J.G., Krieg, N.K., Sneath, P.H.A.,
Staley, J.T., dan Williams, S.T.,
1994,
Bergey’s
Manual
of
Determinative Bacteriology, Ninth
Edition, Williams & Wilkins,
Maryland, USA.
Hong, S.W., Kim, H.J., Choi, Y.S., dan
Chung,
T.H.,
2008,
Field
experiments
on
Bioelectricity
Production from Lake Sediment
Using
Microbial
Fuel
Cell
Technology, Bull Korean Chem Soc,
29, 2189-2194.
Hong, S.W., Kim, H.S., dan Chung, T.H.,
2010, Alteration of Sediment
Organic Matter in Sediment
Microbial Fuel Cells, Environ.
Pollut., 158(1), 185-191.
Liu, H. dan Logan, B.E., 2004, Electricity
Generation Using an Air Chatode
Single-Chamber Microbial Fuel Cell
in The Presence and Absence of
Proton Exchange Membrane, J.
Environmental Science Technology,
38, 4040.
Hasil identifikasi isolat bakteri sedimen
secara manual menggunakan buku
Bergey’s Manual of Determinative
Bacteriology (Holt et al., 1994)
menunjukkan bahwa isolat S1.1 diduga
termasuk dalam kategori bakteri Grup 4
yaitu bakteri Gram negatif berbentuk basil
maupun kokus yang bersifat aerobik atau
mikroaerofilik dan termasuk dalam genus
Pseudomonas sp. Isolat S1.2 dan S1.4
diduga termasuk dalam kategori bakteri
grup 17 yaitu bakteri Gram positif
berbentuk kokus dan termasuk dalam
genus Planococcus sp. Isolat S1.3 diduga
termasuk dalam kategori bakteri grup 17
yaitu bakteri Gram positif berbentuk
kokus dan termasuk dalam genus
Salinococcus sp. Adapun isolat S2.1 dan
S2.2 yang berasal dari muara Teluk
Kendari kemungkinan termasuk dalam
genus bakteri Micrococcus sp. Sedangkan
Isolat S3.1 juga diduga termasuk dalam
kategori bakteri grup 17 yaitu bakteri
Gram positif berbentuk kokus dan
termasuk dalam genus Marinococcus sp.
KESIMPULAN
Sedimen laut Teluk Kendari memiliki
prospek yang baik untuk dijadikan sebagai
sumber energi terbarukan melalui
teknologi microbial fuel cell (MFC)
dikarenakan kandungan bahan organik
cukup tinggi yang digunakan untuk
menghasilkan elektron dan energi listrik
melalui proses metabolisme mikroba
dalam sedimen.
DAFTAR PUSTAKA
Apriyanto,
H.,
2007,
Kebijakan
Pengelolaan Teluk Berbasis Daerah
Aliran Sungai (Studi Kasus Teluk
Kendari),
Jurnal
Sains
dan
Teknologi Indonesia , 9(3), 149-155.
Arsov, G.L. dan Georgievski, G., 2009,
Preliminary Design of a PEM Fuel
Cell Simulator Based on Digitally
9
Energy from The Marine SedimentWater Interface, Environ Sci
Technol, 35, 192-195.
Rezaei, F., Richard, T.L., Brennan, R.A.,
dan Logan, B.E., 2007, SubstrateEnhanced Microbial Fuel Cells for
Improved Remote Power Generation
from Sediment-Based Systems,
Environmental
Science
&
Technology, 41(11), 4053-4058.
Riyanto, B., Nisa, R.M., Fitriani, I., 2011,
Energi Listrik dari Sedimen Laut
Teluk Jakarta melalui Teknologi
Microbial
Fuel
Cell,
Jurnal
Pengolahan
Hasil
Perikanan
Indonesia , Volume XIV Nomor 1,
32-42.
Salnuddin,
2005,
Pertukaran
dan
Pengadukan Massa Air Kaitannya
dengan Transport Sedimen di
Perairan Teluk Kendari, Tesis,
Institut Pertanian Bogor, Bogor.
Schroder, U., 2008, From Wastewater to
Hydrogen: Biorefineries Based on
Microbial Fuel-Cell Technology,
ChemSusChem, 1, 281-282.
Sidharta, M.L., Jamilah, Karamita, D.,
Brianno, W., dan Hamid, A., 2007,
Pemanfaatan Limbah Cair sebagai
Sumber
Energi
Listrik pada
Microbial Fuel Cell, Lomba karya
Ilmiah Mahasiswa ITB Bidang
Energi, Institut Teknologi Bandung,
Bandung.
Supriadi, I.H., 2001, Dinamika Estuaria
Tropik, oseana , Volume XXVI
Nomor 4, 1-11.
Susilaningsih, D., Harwati, T.U., Anam,
K., dan Yopi, 2008, Preparasi
Substrat Limbah Biomasa Kekayuan
Tropika
Untuk
Produksi
Biohidrogen, Makara Teknologi,
12(1), 38-42.
Tender, L.M., Reimers, C.E., Stecher,
H.A., Holmes, D.E., Bond, D.R.,
Lowy, D.A., Pilobello, K., Fertig,
Liu, H., Cheng, S., dan Logan, B.E., 2005,
Power Generation in Fed-Batch
Microbial Fuel Fell as a Fungtion of
Ionic Strenght, Temperature, and
Reactor
Configuration,
J.
Environmental
Science
and
Technology, 39, 5488-5493.
Liu, H., Ramnarayanan, R., dan Logan,
B.E., 2004, Production of Electricity
During Wastewater Using a SingleChamber Microbial Fuel Cell, J.
Environmental Science Technology,
38, 2281-2285.
Logan, B.E., Murano, C., Scott, K., Gray,
N.D., dan Head, I.M., 2005,
Electricity Generation from LCysteine in Microbial Fuel Cell,
Water Res., 39, 945-952.
Min, B. dan Logan, B.E., 2004, Continous
Electricity
Generation
from
Domestic Wastewater and Organic
Substrates in a Flat Plate Microbial
Fuel Cell, J. Environmental Science
and Technology, 38, 5809-5814.
Ming, Y. dan Ping, S.Y., 2008,
Preliminary Study on Escherichia
coli Microbial Fuel Cell and OnElectrode Taming of the Biocatalyst,
Taiyuan University of Technoloy,
The Chinese journal of Process
Engineering.
Mohan, S.V., Srikanth, S., Raghuvulu,
S.V., Mohankrishna, G., Kumar,
A.K., dan Sarma, P.N., 2009,
Evaluation of The Potential of
Various Aquatic Ecosystems in
Harnessing Bioelectricity Trough
Benthic Fuel Cell: Effect of
Electrode Assembly and Water
Characteristics, Biores Technol, 100,
2240–2246.
Oh, S.E. dan Logan, B.E., 2007, Voltage
reversal during microbial fuel cell
stack operation, Journal of Power
Sources, 167, 11–17.
Reimers, C.E., Tender, L.M., Fertig, S.,
dan Wong, W., 2001, Harvesting
10
S.J., dan Lovley, D.R., 2002,
Harnessing Microbially Generated
Power on The Seafloor, Natural
Biotechnology, 20, 821-825.
Voroney, R.P., 2007, The Soil Habitat, di
dalam: Paul E.A. (editor), Soil
Microbiologi,
Ecology,
and
Biochemistry, Chennai: Elvesir Inc.
Wang, H., Park, J.D., dan Ren, Z., 2012,
Active Energy Harvesting from
Microbial Fuel Cells at the
Maximum Power Point without
Using Resistors, Environ. Sci.
Technol.,
XXXX,
XXX,
XXX−XXX.
11
ALTERNATIF SUMBER ENERGI TERBARUKAN MELALUI TEKNOLOGI
MICROBIAL FUEL CELL
ROBBY SUDARMAN
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Halu Oleo,
Kendari, 2013.
E-mail: robi_shoghir@yahoo.com
Abstrak
Telah dilakukan penelitian mengenai prospek sedimen laut Teluk Kendari sebagai suatu
alternatif sumber energi terbarukan melalui teknologi microbial fuel cell. Sedimen laut
yang mengandung bahan organik kompleks digunakan sebagai substrat dalam microbial
fuel cell (MFC) untuk menghasilkan elektron dan energi listrik melalui proses
metabolisme mikroba dalam sedimen. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui
prospek sedimen laut Teluk Kendari sebagai sumber energi alternatif dengan mengamati
karakteristik sedimen dan besar energi listrik yang dapat dihasilkan sedimen laut Teluk
Kendari melalui sistem MFC, serta untuk mengetahui karakteristik bakteri sedimen
yang berperan dalam MFC. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakteristik sedimen
laut Teluk Kendari yang meliputi kadar bahan organik rata-rata berupa C-organik
sebesar 2,78 %, nitrogen total 1,21 %, dan rasio C/N 2,29. Sedimen laut Teluk Kendari
diketahui memiliki prospek untuk dijadikan sumber energi alternatif yaitu dalam bentuk
energi listrik melalui sistem MFC. Hal ini terlihat dari hasil pengamatan di mana sistem
MFC dapat menghasilkan tegangan listrik hingga 438 mV. MFC dioptimasi dengan
menggabungkan beberapa sel tunggal membentuk sistem MFC berganda dan
menghasilkan tegangan listrik yang mencapai puncak produksi pada hari ke-26 yaitu
sebesar 1,807 V untuk MFC dengan 9 sel tunggal dan 2,174 V untuk MFC dengan 10
sel tunggal. Hasil karakterisasi substrat sedimen menunjukkan bahwa terjadi penurunan
kandungan bahan organik dalam sedimen setelah digunakan dalam sistem MFC yaitu Corganik menjadi sebesar 2,68 %, nitrogen total 1,07 %,dan rasio C/N sebesar 2,52.
Karakteristik bakteri MFC yang berasal dari sedimen laut Teluk Kendari sebagian besar
bersifat Gram positif dan berbentuk kokus (bulat), dimana hanya terdapat satu isolat
bakteri yang berupa Gram negatif yaitu isolat S1.1 dengan sel berbentuk basil (batang).
Keywords: sedimen laut, Teluk Kendari, energi terbarukan, microbial fuel cell
PENDAHULUAN
Energi sebagai komponen penting bagi
kelangsungan hidup manusia saat ini
umumnya masih sangat tergantung pada
bahan bakar fosil karena bahan bakar fosil
menjadi tumpuan kebutuhan energi
manusia dalam skala besar. Akan tetapi
seiring semakin meningkatnya populasi
manusia dengan penggunaan energi yang
semakin bertambah, cadangan bahan
bakar fosil seperti minyak bumi dan gas
alam sebagai sumber energi utama juga
semakin menipis (Susilaningsih dkk.,
2008). Hal ini menuntut manusia untuk
segera mencari, menggunakan dan
mengoptimalkan sumber-sumber energi
alternatif.
1
terbarukan. Dalam penelitian ini, suatu
metode dikembangkan yaitu optimasi
sistem MFC
untuk
meningkatkan
perolehan energi listrik yang dihasilkan
dengan menggabungkan sejumlah sel
tunggal
membentuk
sistem
MFC
berganda. Hal ini dilakukan karena
menurut Arsov dan Georgievski (2009),
untuk menggunakan fuel cell sebagai
sumber energi secara praktik, sejumlah
fuel cell tunggal harus dihubungkan secara
berturutan (bergabung) untuk memperoleh
keluaran tegangan yang lebih besar.
Salah satu sumber energi alternatif yang
dapat digunakan untuk menghadapi
tuntutan global adalah pemanfaatan
sumber energi terbarukan (renewable
energy) melalui teknologi microbial fuel
cell (MFC). MFC mengonversi energi
kimia yang terkandung dalam bahan
organik maupun anorganik menjadi energi
listrik
melalui
aktivitas
katalitik
mikroorganisme
anaerob
(Schroder,
2008). MFC telah diteliti secara intensif
dalam beberapa tahun terakhir karena
menawarkan solusi berkelanjutan bagi
penginderaan jarak jauh serta sejalan
dengan pengendalian polusi dan produksi
energi (Wang et al., 2012).
MATERIAL DAN METODE
Alat dan Bahan
Pada dasarnya, berbagai bentuk bahan
organik dapat digunakan sebagai substrat
MFC seperti glukosa (Liu dan Logan,
2004), pati (Min dan Logan, 2004), asam
lemak (Liu et al., 2005), asam amino dan
protein (Logan et al., 2005), air limbah
dari manusia dan hewan (Liu et al. 2004),
maupun sedimen organik dan anorganik
(Reimers et al., 2001).
Alat-alat yang digunakan meliputi
peralatan untuk pengambilan sedimen dan
air laut yang terdiri dari plastik sampel,
kotak es, kertas label dan eckman grab.
Peralatan
yang digunakan dalam
pembuatan rangkaian dan pengukuran
potensial listrik MFC adalah gelas kimia
500 mL, kabel N.Y.A ETERNA (1 x 2,5
mm), elektroda karbon grafit, resistor 560
Ω ± 5 % dan multimeter. Peralatan yang
digunakan untuk karakterisasi sedimen
meliputi pH meter, konduktometer,
spektronik 20D, timbangan analitik, oven,
eksikator, alat destilasi, buret, corong
Buchner, serta alat-alat gelas seperti labu
takar, erlenmeyer, gelas ukur, dan pipet
ukur.
Penggunaan sedimen sebagai sumber
energi alternatif dalam teknologi MFC
telah diteliti sebelumnya, antara lain
penggunaan sedimen estuaria dari dekat
Pantai Raritan USA dan sedimen rawa
asin dari Tuckerton USA (Reimers et al.,
2001), sedimen laut Pelabuhan Boston
(Holmes et al., 2004), sedimen laut Teluk
Delaware (Rezaei et al., 2007), sedimen
Danau Ilgam Seoul (Hong et al., 2008),
sedimen Sungai Gongji (Hong et al.,
2010), sedimen Danau Hussain Sagar
Hyderabad dan sedimen Sungai Uppal
Hyderabad (Mohan et al., 2009), sedimen
laut Teluk Jakarta (Riyanto et al., 2011),
serta sedimen tambak udang (Firmansyah,
2011).
Bahan-bahan yang digunakan dalam
penelitian ini meliputi sedimen laut, air
laut, aquades, HCl 1 N, NaOH 1 N,
larutan standar 5000 ppm glukosa,
K2Cr2O7 1 N, H2SO4 pekat, KCl 1 M, KCl
0,01 M, dan larutan buffer pH 7,0.
Eksperimen
Oleh karena itu, pada penelitian ini
dikembangkan teknologi MFC dengan
menggunakan sedimen laut Teluk Kendari
sehingga diketahui prospeknya untuk
dijadikan sumber energi alternatif
Penelitian dilaksanakan dalam beberapa
tahapan meliputi pengambilan sampel
sedimen laut Teluk Kendari, karakterisasi
sampel sedimen, pembuatan rangkaian
2
MFC, pengukuran potensial listrik dengan
multimeter, karakterisasi substrat sedimen
MFC, serta isolasi, karakterisasi dan
identifikasi bakteri sedimen MFC.
Resistor
Pengambilan sampel sedimen dalam
penelitian ini dilakukan melalui survei
berdasarkan metode Purposive Random
Sampling. Metode ini dilakukan karena
sesuai dengan kondisi perairan Teluk
Kendari yang secara morfometrik terbagi
atas dua bagian besar yakni Teluk Kendari
bagian dalam (TKD) yang relatif tertutup
dan Teluk Kendari bagian luar (TKL)
yang lebih terbuka serta berhubungan
langsung dengan perairan Laut Banda
(Salnuddin, 2005).
Air Laut
Katoda
1 cm
2 cm
Sedimen
Anoda
3 cm
Gambar 1. Rangkaian MFC
MFC dioperasikan pada kondisi gelap
(tanpa pencahayaan) dan suhu ruang (± 27
°C).
Pengukuran
tegangan
listrik
dilakukan
menggunakan
multimeter
dengan lama pengukuran berdasarkan
pada pola kecenderungan perubahan
energi listrik yang dihasilkan dari
penguraian
bahan
organik
oleh
mikroorganisme pada sedimen MFC
(Holmes et al., 2004). Sistem MFC dari
stasiun yang menghasilkan tegangan open
circuits maksimal tertinggi dioptimasi
dengan menggabungkan sejumlah sel
tunggal membentuk sistem SMFC
berganda.
Berdasarkan hasil survei, ditetapkanlah
tiga titik stasiun pengambilan sampel yang
mewakili kondisi Teluk Kendari secara
umum sebagai berikut:
a. Stasiun 1 (S1) berjarak ± 20 meter dari
pantai sekitar pasar pelelangan ikan
Teluk Kendari, mewakili aktivitas dari
kegiatan pasar lelang dan pemukiman
padat penduduk sekitar TKD.
b. Stasiun 2 (S2) berjarak ± 7 meter dari
pinggir pantai di muara Teluk
Kendari, mewakili aktivitas perkotaan
dan aliran air yang mengangkut bahan
sedimen dari hulu sungai.
c. Stasiun 3 (S3) berjarak ± 10 meter dari
pantai sekitar pelabuhan pertamina,
mewakili aktivitas pemukiman yang
jarang penduduk sekitar TKL.
Bakteri pada sedimen MFC diisolasi
dengan metode cawan gores, kemudian
dilanjutkan dengan karakterisasi isolat
bakteri yang diperoleh dengan cara
melihat sifat morfologi dan fisiologinya.
Tahapan akhir dari penelitian ini ialah
identifikasi bakteri secara manual dengan
menggunakan buku Bergey’s Manual of
Determinative Bacteriology (Holt et al.,
1994).
Karakterisasi sedimen laut Teluk Kendari
yang
dilakukan
meliputi
analisis
kandungan karbon organik dan nitrogen
total, serta pengukuran pH dan daya
hantar listrik (DHL).
Pembuatan rangkaian MFC mengacu pada
penelitian Holmes et al. (2004)
menggunakan elektroda yang terbuat dari
karbon grafit berbentuk silinder dan
resistor berukuran 560 Ω ± 5 %.
Rangkaian MFC dapat dilihat pada
Gambar 1.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik
Kendari
3
Sedimen
Laut
Teluk
Sedimen laut Teluk Kendari merupakan
tanah lumpur bewarna abu-abu kehitaman
dengan karakteristik berupa kadar air,
jumlah karbon (C) organik dan jumlah
nitrogen (N) total, nilai pH (H2O dan
KCl), serta nilai daya hantar listrik yang
dapat dilihat pada Tabel 1.
merupakan suatu keunggulan karena akan
membawa dampak bagi kinerja microbial
fuel cell (MFC).
Adapun kandungan karbon organik pada
sedimen laut Teluk Kendari yang cukup
tinggi menyerupai kandungan karbon
organik pada ekosistem tertutup seperti
danau. Hal ini kemungkinan disebabkan
oleh kondisi fisik kawasan Teluk Kendari
yang juga relatif tertutup menyerupai
suatu estuaria (Apriyanto, 2007). Adanya
aliran air tawar yang terjadi secara terus
menerus dari hulu sungai dan adanya
proses gerakan air akibat pasang surut
yang mengangkut mineral-mineral, bahan
organik,
dan
sedimen
merupakan
penunjang produktifitas perairan di
wilayah estuaria (Supriadi, 2001).
Karbon organik merupakan unsur utama
bahan organik dimana kandungan Corganik dalam tanah sedimen adalah
representasi bahan organik tanah sedimen
yang merupakan hasil perombakan dan
penyusunan yang dilakukan jasad renik
tanah sedimen. Berdasarkan Tabel 1
diketahui bahwa kandungan karbon
organik dalam sedimen laut Teluk
Kendari cukup tinggi bila dibandingkan
dengan sedimen laut Teluk Jakarta
(Riyanto dkk., 2011) yang hal ini
Tabel 1. Karakteristik sedimen laut Teluk Kendari
Kadar Air (%)
C (%)
N (%)
C/N
43,99
3,41
1,45
2,35
38,87
3,04
1,09
2,79
28,38
1,89
1,10
1,72
Ratarata
37,08
2,78
1,21
2,29
DHL (dSm-1)
0,99
0,93
0,84
0,92
pH (H2O)
7,24
6,72
7,30
7,09
pH (KCl)
7,16
6,90
7,70
7,25
Parameter Uji
1
S1
2
S2
3
S3
4
Hong et
al. (2010)
1,7 ± 0,2
0,473 ±
0,008
6,61 ±
0,03
-
5
Riyanto
dkk. (2011)
2,19 ± 0,44
0,19 ± 0,06
12
6,4 ± 1,46
7,7 ± 0,35
7,3 ± 0,14
Keterangan:
1. Karakteristik sedimen laut Teluk Kendari stasiun 1 daerah TKD
2. Karakteristik sedimen laut Teluk Kendari stasiun 2 daerah muara
3. Karakteristik sedimen laut Teluk Kendari stasiun 3 daerah TKL
4. Karakteristik sedimen Sungai Gongji, Korea berdasarkan hasil penelitian Hong et al. (2010)
5. Karakteristik sedimen laut Teluk Jakarta berdasarkan hasil penelitian Riyanto dkk. (2011)
mencapai keadaan stabil dan tegangan
open circuits maksimum tiap sistem MFC.
Produksi Energi Listrik Sistem MFC
1. MFC Tunggal
Berdasarkan hasil pengamatan Voc yang
terlihat pada Gambar 2, terlihat bahwa
tegangan yang dihasilkan oleh ketiga
sistem MFC pada awalnya mengalami
penurunan yang selanjutnya mengalami
peningkatan hingga pada suatu titik kurva
cenderung menghasilkan garis datar dan
Dalam penelitian ini, pengukuran
tegangan open circuits (Voc) dilakukan
selama 72 jam (Gambar 2) yaitu hingga
sistem mengalami kondisi steady state
(kondisi tetap), agar diperoleh waktu yang
diperlukan setiap sistem MFC untuk
4
700
Voltase (mV)
600
500
400
S1
300
S2
200
S3
100
0
0
20
40
60
80
Waktu (Jam)
Gambar 2. Tegangan (open circuits voltage) yang dihasilkan MFC
tegangan yang dihasilkan menurun. Hal
ini memiliki kaitan dengan pertumbuhan
konsorsium mikroba yang melakukan
aktivitas metabolisme pada anoda MFC.
sumber energi alternatif
(renewable energy).
terbarukan
Berdasarkan Gambar 2, dapat diketahui
bahwa sedimen pada stasiun 2 yang
berasal dari muara Teluk kendari memiliki
potensial yang lebih baik dalam
menghasilkan energi listrik melalui sistem
MFC. Oleh karena itu MFC selanjutnya
dioptimasi untuk meningkatkan perolehan
energinya dengan cara menggabungkan
sejumlah sel tunggal untuk membentuk
sistem MFC berganda.
Tegangan open circuits (Voc) maksimum
yang dihasilkan sistem MFC pada
penelitian ini cukup tinggi yang
perbandingannya dengan sistem MFC
yang lain dapat dilihat pada Tabel 2. Hal
ini menunjukkan bahwa sedimen laut
Teluk Kendari cukup potensial dan
memiliki prospek untuk dijadikan sebagai
Tabel 2. Karakteristik MFC sedimen laut Teluk kendari dibandingkan MFC yang lain
1
2
3
4
Hasil
Fitrinaldi
Ming dan
Sidharta
Parameter
Penelitian
(2011)
Ping (2008) dkk. (2007)
Waktu kondisi tetap
12 jam
14,33 jam
65 menit
Voc-max
653 mV
889 mV
598 mV
575 mV
Keterangan :
1. MFC menggunakan substrat sedimen laut Teluk Kendari
2. MFC E. coli berdasarkan hasil penelitian Fitrinaldi (2011)
3. MFC E. coli berdasarkan hasil penelitian Ming dan Ping (2008)
4. MFC limbah cair berdasarkan hasil penelitian Sidharta dkk. (2007)
bahwa
sistem
MFC
berganda
menghasilkan tegangan listrik yang lebih
besar daripada sistem MFC tunggal dan
cukup menjanjikan sebagai sumber energi
alternatif di mana besar tegangan yang
dihasilkan setara dengan sebuah baterai (±
1,5 V).
2. MFC Berganda
MFC berganda dikerjakan dengan
menggabungkan sejumlah sel tunggal
MFC secara seri di mana dalam penelitian
ini dibuat MFC berganda dari 9 dan 10
buah sel tunggal. Produksi energi listrik
sistem MFC berganda diamati selama 40
hari seperti yang terlihat pada Gambar 3.
Berdasarkan hasil pengamatan yang
terlihat pada Gambar 3 dapat diketahui
Semakin banyak jumlah sel tunggal yang
digabungkan maka tegangan listrik yang
dihasilkan juga semakin besar. Hal ini
5
menggunakan fuel cell sebagai sumber
energi secara praktik, sejumlah fuel cell
tunggal harus dihubungkan secara
berturutan (bergabung) untuk memperoleh
keluaran tegangan yang lebih besar.
serupa dengan hasil yang diperoleh Oh
dan Logan (2007) yang menggabungkan
MFC tunggal dan berhasil meningkatkan
tegangan dari dua sel gabungan. Menurut
Arsov dan Georgievski (2009), untuk
2.5
Voltase (V)
2
1.5
SB9
1
SB10
0.5
0
0
10
20
30
40
50
Waktu (Hari)
Gambar 3. Tegangan listrik sistem MFC berganda
Produksi tegangan listrik yang dihasilkan
sistem MFC berganda pada penelitian ini
mencapai puncak pada hari ke-26
(Gambar 3), yaitu sebesar 1,807 V untuk
MFC berganda 9 sel (SB9) dan 2,174 V
untuk MFC berganda 10 sel (SB10). Hal
ini terjadi saat jumlah mikroba yang
melakukan
proses
metabolisme
menghasilkan elektron dan proton pada
MFC mencapai jumlah maksimum.
Adapun penurunan tegangan listrik
menjelang akhir pengukuran disebabkan
bahan organik yang terdapat pada anoda
telah berkurang dimana transfer massa
pada pembentukan sedimen merupakan
faktor pembatas dalam produksi energi
menggunakan SMFC ini (Reimers et al.,
2001).
Karakteristik substrat sedimen MFC
Substrat sedimen setelah digunakan dalam
MFC secara visual mengalami perubahan
warna yaitu dari abu-abu kehitaman
menjadi coklat (Gambar 4). Warna hitam
umumnya
diduga
mengindikasikan
jumlah bahan organik pada sedimen lebih
tinggi dibandingkan dengan sedimen yang
berwarna coklat (Voroney, 2007). Selain
itu, karakteristik substrat sedimen juga
mengalami perubahan setelah digunakan
dalam sistem MFC yang dapat dilihat
pada Tabel 3.
(Kondisi awal)
(kondisi akhir)
Gambar 4. Warna sedimen laut Teluk Kendari sebelum dan setelah penggunaan MFC
6
Tabel 3. Karakteristik substrat sedimen sebelum dan setelah penggunaan MFC
Parameter
Uji
1
S1
Sebelum penggunaan MFC
4
Riyanto
Rata2
3
S2
S3
dkk.
rata
(2011)
Kadar Air
(%)
43,99
38,87
28,38
37,08
C (%)
3,41
3,04
1,89
2,78
N (%)
1,45
1,09
1,10
1,21
C/N
DHL
(dSm-1)
2,35
2,79
1,72
2,29
0,99
0,93
0,84
0,92
pH (H2O)
7,24
6,72
7,30
7,09
pH (KCl)
7,16
6,90
7,70
7,25
S1
2,19 ±
0,44
0,19 ±
0,06
12
6,4 ±
1,46
7,7 ±
0,35
7,3 ±
0,14
Setelah penggunaan MFC
4
Riyanto
RataS2
S3
dkk.
rata
(2011)
42,1
30,5
22,26
31,62
3,34
2,87
1,83
2,68
1,35
0,91
0,94
1,07
2,47
3,15
1,95
2,52
1,76
1,20
3,22
2,06
7,38
7,12
7,64
7,38
7,58
7,34
8,07
7,66
1,88 ±
0,40
0,15 ±
0,03
12
7,42 ±
1,94
8,15 ±
0,07
7,85 ±
0,07
Keterangan :
1. Karakteristik sedimen laut Teluk Kendari stasiun 1 daerah TKD
2. Karakteristik sedimen laut Teluk Kendari stasiun 2 daerah muara
3. Karakteristik sedimen laut Teluk Kendari stasiun 3 daerah TKL
4. Karakteristik sedimen laut Teluk Jakarta berdasarkan hasil penelitian Riyanto dkk. (2011)
Kandungan bahan organik sedimen laut
Teluk Kendari berupa karbon organik dan
nitrogen total mengalami penurunan (lihat
Gambar 5 dan 6) setelah digunakan dalam
sistem MFC akibat aktivitas mikroba yang
mengurai bahan organik dalam sedimen
tersebut (Tender et al., 2002). Karbon
organik sebelum digunakan dalam sistem
MFC sebesar 2,78 % dan setelah
digunakan dalam sistem MFC mengalami
penurunan sebesar 0,10 % sehingga
menjadi sebesar 2,68 %. Adapun
kandungan nitrogen total sedimen laut
Teluk Kendari sebelum digunakan dalam
sistem SMFC sebesar 1,21 % dan setelah
digunakan
dalam
sistem
SMFC
mengalami penurunan sebesar 0,14 %
sehingga menjadi sebesar 1,07 %.
2.78
karbon organik (%)
2.78
2.76
2.74
2.72
2.7
2.68
2.68
sebelum penggunaan
SMFC
sesudah penggunaan
SMFC
2.66
2.64
2.62
Gambar 5. Persentase rata-rata kandungan karbon organik pada sedimen sebelum dan
sesudah penggunaan MFC
7
nitrogen total (%)
1.25
1.21
1.2
sebelum penggunaan
SMFC
1.15
sesudah penggunaan
SMFC
1.07
1.1
1.05
1
Gambar 6. Persentase rata-rata kandungan nitrogen total pada sedimen sebelum dan
sesudah penggunaan MFC
(Tabel 4 dan 5). Data karakteristik
morfologi
isolat
bakteri
MFC
menunjukkan bahwa bakteri sedimen
MFC yang berasal dari Teluk Kendari
sebagian besar bersifat Gram positif dan
selnya berbentuk kokus (bulat), dimana
hanya terdapat satu isolat bakteri yang
berupa Gram negatif yaitu isolat S1.1
dengan sel berbentuk basil (batang).
Karakteristik bakteri sedimen MFC
Hasil penelitian menunjukkan bahwa
diperoleh 7 koloni bakteri yang dapat
ditumbuhkan di laboratorium, yaitu isolat
S1.1, S1.2, S1.3, S1.4, S2.1, S2.2, dan S3.1.
Ketujuh koloni bakteri yang tumbuh
tersebut selanjutnya dikarakterisasi dan
diidentifikasi
berdasarkan
karakter
fenotipik
yang
meliputi
karakter
morfologi sel dan karakter biokimia
Tabel 4. Karakteristik biokimia isolat bakteri MFC
Fermentasi
Jenis
Isolat Glukosa Maltosa Laktosa Sukrosa
positif
positif
negatif
positif
S1.1
positif
positif
negatif
positif
S1.2
positif
negatif
positif
positif
S1.3
negatif
negatif
positif
negatif
S1.4
negatif
positif
negatif
negatif
S2.1
negatif
negatif
positif
negatif
S2.2
negatif
negatif
positif
negatif
S3.1
Katalase Gelatinase Motilitas
positif
positif
positif
positif
positif
positif
positif
positif
positif
positif
positif
negatif
negatif
negatif
positif
positif
negatif
positif
negatif
positif
positif
Tabel 5. Karakteristik morfologi isolat bakteri MFC
Jenis
Isolat
S1.1
S1.2
S1.3
S1.4
S2.1
S2.2
S3.1
Bentuk Koloni
melingkar
melingkar
bergerigi, tak beraturan
berserabut
melingkar
melingkar, bergerigi
melingkar, bergerigi
Warna
Koloni
kuning
putih
putih
kuning
putih
putih
putih
8
Bentuk Sel
Basil
Kokus
Kokus
kokus
kokus
kokus
kokus
Pewarnaan
Gram
negatif
positif
positif
positif
positif
positif
positif
Controlled DC-DC Buck Converter,
Electronics, 13(1).
Firmansyah, Y., 2011, Degradasi Bahan
Organik
Dan Pemanfaatannya
Sebagai Penghasil Energi Listrik
Pada Sedimen Tambak Udang
Melalui Sediment Microbial Fuel
Cell, Skripsi, Institut Pertanian
Bogor, Bogor.
Fitrinaldi, 2011, Microbial Fuel Cell
sebagai
Energi
Alternatif
Menggunakan Bakteri Escherichia
coli, Artikel Penelitian hibah
Pascasarjana Tahun Anggaran 2011,
Universitas Andalas, padang.
Holmes, D.E, Bond, D.R., O’Neil, R.A.,
Reimers, C.E., Tender, L.M., dan
Lovley, D.R., 2004. Microbial
community
associates
with
electrodes harvesting electricity
from a variety of aquatic sediments.
Microb. Ecol. 48, 178-190.
Holt, J.G., Krieg, N.K., Sneath, P.H.A.,
Staley, J.T., dan Williams, S.T.,
1994,
Bergey’s
Manual
of
Determinative Bacteriology, Ninth
Edition, Williams & Wilkins,
Maryland, USA.
Hong, S.W., Kim, H.J., Choi, Y.S., dan
Chung,
T.H.,
2008,
Field
experiments
on
Bioelectricity
Production from Lake Sediment
Using
Microbial
Fuel
Cell
Technology, Bull Korean Chem Soc,
29, 2189-2194.
Hong, S.W., Kim, H.S., dan Chung, T.H.,
2010, Alteration of Sediment
Organic Matter in Sediment
Microbial Fuel Cells, Environ.
Pollut., 158(1), 185-191.
Liu, H. dan Logan, B.E., 2004, Electricity
Generation Using an Air Chatode
Single-Chamber Microbial Fuel Cell
in The Presence and Absence of
Proton Exchange Membrane, J.
Environmental Science Technology,
38, 4040.
Hasil identifikasi isolat bakteri sedimen
secara manual menggunakan buku
Bergey’s Manual of Determinative
Bacteriology (Holt et al., 1994)
menunjukkan bahwa isolat S1.1 diduga
termasuk dalam kategori bakteri Grup 4
yaitu bakteri Gram negatif berbentuk basil
maupun kokus yang bersifat aerobik atau
mikroaerofilik dan termasuk dalam genus
Pseudomonas sp. Isolat S1.2 dan S1.4
diduga termasuk dalam kategori bakteri
grup 17 yaitu bakteri Gram positif
berbentuk kokus dan termasuk dalam
genus Planococcus sp. Isolat S1.3 diduga
termasuk dalam kategori bakteri grup 17
yaitu bakteri Gram positif berbentuk
kokus dan termasuk dalam genus
Salinococcus sp. Adapun isolat S2.1 dan
S2.2 yang berasal dari muara Teluk
Kendari kemungkinan termasuk dalam
genus bakteri Micrococcus sp. Sedangkan
Isolat S3.1 juga diduga termasuk dalam
kategori bakteri grup 17 yaitu bakteri
Gram positif berbentuk kokus dan
termasuk dalam genus Marinococcus sp.
KESIMPULAN
Sedimen laut Teluk Kendari memiliki
prospek yang baik untuk dijadikan sebagai
sumber energi terbarukan melalui
teknologi microbial fuel cell (MFC)
dikarenakan kandungan bahan organik
cukup tinggi yang digunakan untuk
menghasilkan elektron dan energi listrik
melalui proses metabolisme mikroba
dalam sedimen.
DAFTAR PUSTAKA
Apriyanto,
H.,
2007,
Kebijakan
Pengelolaan Teluk Berbasis Daerah
Aliran Sungai (Studi Kasus Teluk
Kendari),
Jurnal
Sains
dan
Teknologi Indonesia , 9(3), 149-155.
Arsov, G.L. dan Georgievski, G., 2009,
Preliminary Design of a PEM Fuel
Cell Simulator Based on Digitally
9
Energy from The Marine SedimentWater Interface, Environ Sci
Technol, 35, 192-195.
Rezaei, F., Richard, T.L., Brennan, R.A.,
dan Logan, B.E., 2007, SubstrateEnhanced Microbial Fuel Cells for
Improved Remote Power Generation
from Sediment-Based Systems,
Environmental
Science
&
Technology, 41(11), 4053-4058.
Riyanto, B., Nisa, R.M., Fitriani, I., 2011,
Energi Listrik dari Sedimen Laut
Teluk Jakarta melalui Teknologi
Microbial
Fuel
Cell,
Jurnal
Pengolahan
Hasil
Perikanan
Indonesia , Volume XIV Nomor 1,
32-42.
Salnuddin,
2005,
Pertukaran
dan
Pengadukan Massa Air Kaitannya
dengan Transport Sedimen di
Perairan Teluk Kendari, Tesis,
Institut Pertanian Bogor, Bogor.
Schroder, U., 2008, From Wastewater to
Hydrogen: Biorefineries Based on
Microbial Fuel-Cell Technology,
ChemSusChem, 1, 281-282.
Sidharta, M.L., Jamilah, Karamita, D.,
Brianno, W., dan Hamid, A., 2007,
Pemanfaatan Limbah Cair sebagai
Sumber
Energi
Listrik pada
Microbial Fuel Cell, Lomba karya
Ilmiah Mahasiswa ITB Bidang
Energi, Institut Teknologi Bandung,
Bandung.
Supriadi, I.H., 2001, Dinamika Estuaria
Tropik, oseana , Volume XXVI
Nomor 4, 1-11.
Susilaningsih, D., Harwati, T.U., Anam,
K., dan Yopi, 2008, Preparasi
Substrat Limbah Biomasa Kekayuan
Tropika
Untuk
Produksi
Biohidrogen, Makara Teknologi,
12(1), 38-42.
Tender, L.M., Reimers, C.E., Stecher,
H.A., Holmes, D.E., Bond, D.R.,
Lowy, D.A., Pilobello, K., Fertig,
Liu, H., Cheng, S., dan Logan, B.E., 2005,
Power Generation in Fed-Batch
Microbial Fuel Fell as a Fungtion of
Ionic Strenght, Temperature, and
Reactor
Configuration,
J.
Environmental
Science
and
Technology, 39, 5488-5493.
Liu, H., Ramnarayanan, R., dan Logan,
B.E., 2004, Production of Electricity
During Wastewater Using a SingleChamber Microbial Fuel Cell, J.
Environmental Science Technology,
38, 2281-2285.
Logan, B.E., Murano, C., Scott, K., Gray,
N.D., dan Head, I.M., 2005,
Electricity Generation from LCysteine in Microbial Fuel Cell,
Water Res., 39, 945-952.
Min, B. dan Logan, B.E., 2004, Continous
Electricity
Generation
from
Domestic Wastewater and Organic
Substrates in a Flat Plate Microbial
Fuel Cell, J. Environmental Science
and Technology, 38, 5809-5814.
Ming, Y. dan Ping, S.Y., 2008,
Preliminary Study on Escherichia
coli Microbial Fuel Cell and OnElectrode Taming of the Biocatalyst,
Taiyuan University of Technoloy,
The Chinese journal of Process
Engineering.
Mohan, S.V., Srikanth, S., Raghuvulu,
S.V., Mohankrishna, G., Kumar,
A.K., dan Sarma, P.N., 2009,
Evaluation of The Potential of
Various Aquatic Ecosystems in
Harnessing Bioelectricity Trough
Benthic Fuel Cell: Effect of
Electrode Assembly and Water
Characteristics, Biores Technol, 100,
2240–2246.
Oh, S.E. dan Logan, B.E., 2007, Voltage
reversal during microbial fuel cell
stack operation, Journal of Power
Sources, 167, 11–17.
Reimers, C.E., Tender, L.M., Fertig, S.,
dan Wong, W., 2001, Harvesting
10
S.J., dan Lovley, D.R., 2002,
Harnessing Microbially Generated
Power on The Seafloor, Natural
Biotechnology, 20, 821-825.
Voroney, R.P., 2007, The Soil Habitat, di
dalam: Paul E.A. (editor), Soil
Microbiologi,
Ecology,
and
Biochemistry, Chennai: Elvesir Inc.
Wang, H., Park, J.D., dan Ren, Z., 2012,
Active Energy Harvesting from
Microbial Fuel Cells at the
Maximum Power Point without
Using Resistors, Environ. Sci.
Technol.,
XXXX,
XXX,
XXX−XXX.
11