Empat cara sel bahan bakar mikroba dapat merevolusi produksi listrik di masa depan
Energy

Empat cara sel bahan bakar mikroba dapat merevolusi produksi listrik di masa depan


Kredit: Jackie Niam / Shutterstock

Populasi dunia diperkirakan mencapai 9,5 miliar pada tahun 2050. Mengingat sebagian besar energi kita saat ini dihasilkan dari bahan bakar fosil, hal ini menimbulkan tantangan yang signifikan dalam hal penyediaan listrik berkelanjutan yang cukup sambil memitigasi perubahan iklim.

Salah satu ide yang mendapatkan daya tarik selama beberapa tahun terakhir adalah menghasilkan listrik menggunakan bakteri dalam perangkat yang disebut sel bahan bakar mikroba (MFC). Sel bahan bakar ini mengandalkan kemampuan mikroorganisme alami tertentu yang memiliki kemampuan untuk “menghirup” logam, bertukar elektron untuk menghasilkan listrik. Proses ini dapat diberi bahan bakar menggunakan zat yang disebut substrat, termasuk bahan organik yang ditemukan di air limbah.

Saat ini sel bahan bakar mikroba dapat menghasilkan listrik untuk memberi daya pada perangkat kecil seperti kalkulator, kipas angin kecil, dan LED — di lab kami, kami menyalakan lampu pada pohon Natal mini menggunakan “simulasi air limbah”. Namun jika teknologinya ditingkatkan, hal itu menjanjikan.

Bagaimana cara kerjanya

MFC menggunakan sistem anoda dan katoda — elektroda yang mengalirkan arus masuk atau keluar. Sistem MFC umum terdiri dari ruang anoda dan ruang katoda yang dipisahkan oleh membran. Bakteri tumbuh di anoda dan mengubah substrat menjadi karbon dioksida, proton, dan elektron.

Elektron yang dihasilkan kemudian ditransfer melalui sirkuit eksternal ke ruang katoda, sedangkan proton melewati membran. Di ruang katoda, reaksi antara proton dan elektron menggunakan oksigen dan membentuk air. Dan selama substrat terus-menerus diubah, elektron akan mengalir — itulah listrik.

Menghasilkan listrik melalui MFC memiliki sejumlah keuntungan: sistem dapat dipasang di mana saja; mereka menciptakan lebih sedikit “lumpur” dibandingkan metode konvensional pengolahan air limbah seperti sistem lumpur aktif; bisa berskala kecil namun desain modular dapat digunakan untuk membangun sistem yang lebih besar; mereka memiliki toleransi yang tinggi terhadap salinitas; dan dapat beroperasi pada suhu kamar.

Ketersediaan berbagai substrat terbarukan yang dapat digunakan untuk menghasilkan listrik di MFC berpotensi merevolusi produksi listrik di masa depan. Substrat tersebut termasuk urin, bahan organik dalam air limbah, zat yang disekresikan oleh tumbuhan hidup ke dalam tanah (eksudat akar), limbah anorganik seperti sulfida dan bahkan polutan gas.

Empat cara sel bahan bakar mikroba dapat merevolusi produksi listrik di masa depan

Skema jamban MFC. Kredit: Cynthia Castro et al. Jurnal Air, Sanitasi dan Kebersihan untuk Pembangunan, 2014

1. Kekuatan kencing

Bahan yang dapat terurai secara hayati dalam bahan limbah seperti feses dan urin dapat diubah menjadi listrik. Hal ini ditunjukkan di jamban sel bahan bakar mikroba di Ghana, yang menunjukkan bahwa toilet di masa depan bisa menjadi pembangkit listrik potensial. Jamban, yang dioperasikan selama dua tahun, mampu menghasilkan listrik 268 nW / m², cukup untuk menyalakan lampu LED di dalam jamban, sekaligus menghilangkan nitrogen dari air seni dan membuat kompos tinja.

Untuk lokasi yang tidak memiliki jaringan listrik atau kamp pengungsi, penggunaan limbah di jamban untuk menghasilkan listrik benar-benar revolusioner.

2. Tanam MFC

Substrat terbarukan dan berkelanjutan lainnya yang dapat digunakan MFC untuk menghasilkan listrik adalah eksudat akar tanaman, yang disebut MFC tanaman. Saat tanaman tumbuh, mereka menghasilkan karbohidrat seperti glukosa, beberapa di antaranya keluar ke sistem akar. Mikroorganisme di dekat akar mengubah karbohidrat menjadi proton, elektron, dan karbon dioksida.

Dalam MFC tumbuhan, proton ditransfer melalui membran dan bergabung kembali dengan oksigen untuk menyelesaikan rangkaian transfer elektron. Dengan menghubungkan beban ke dalam sirkuit, listrik yang dihasilkan dapat dimanfaatkan.

Pabrik MFC dapat merevolusi produksi listrik di komunitas terpencil yang tidak memiliki akses ke jaringan. Di kota-kota, jalan bisa diterangi menggunakan pepohonan.

3. Sel desalinasi mikroba

Variasi lain dari sel bahan bakar mikroba adalah sel desalinasi mikroba. Perangkat ini menggunakan bakteri untuk menghasilkan listrik, misalnya dari air limbah, sekaligus mendisalinasi air. Air yang akan didesalinasi dimasukkan ke dalam ruang yang diapit antara ruang anoda dan katoda MFC menggunakan membran ion bermuatan negatif (anion) dan positif (kation).

Ketika bakteri di ruang anoda mengkonsumsi air limbah, proton dilepaskan. Proton ini tidak dapat melewati membran anion, sehingga ion negatif berpindah dari air asin ke dalam ruang anoda. Di katoda proton dikonsumsi, ion bermuatan positif berpindah dari air asin ke ruang katoda, desalinasi air di ruang tengah. Ion yang dilepaskan di ruang anoda dan katoda membantu meningkatkan efisiensi pembangkitan listrik.

Desalinasi air konvensional saat ini sangat intensif energi dan karenanya mahal. Sebuah proses yang mencapai desalinasi dalam skala besar sambil menghasilkan (tidak mengonsumsi) listrik akan menjadi revolusioner.

4. Meningkatkan hasil gas alam

Pencernaan anaerobik – di mana mikroorganisme digunakan untuk memecah bahan biodegradable atau limbah tanpa membutuhkan oksigen – digunakan untuk memulihkan energi dari air limbah dengan menghasilkan biogas yang sebagian besar adalah metana — bahan utama gas alam. Tetapi proses ini biasanya tidak efisien.

Penelitian menunjukkan bahwa kelompok mikroba yang digunakan dalam digester ini berbagi elektron — yang disebut transfer elektron antarspesies — membuka kemungkinan bahwa mereka dapat menggunakan energi positif untuk memengaruhi metabolisme.

Dengan memasok tegangan kecil ke digester anaerobik — proses yang disebut elektromethanogenesis – hasil metana (dan karenanya listrik yang dapat dipulihkan dari gabungan pembangkit listrik dan panas) dapat ditingkatkan secara signifikan.

Sementara sel bahan bakar mikroba dapat menghasilkan listrik untuk memberi daya pada perangkat kecil, para peneliti sedang menyelidiki cara untuk meningkatkan reaktor untuk meningkatkan jumlah daya yang dapat mereka hasilkan, dan untuk lebih memahami bagaimana transfer elektron ekstraseluler bekerja. Beberapa perusahaan rintisan seperti Robial dan Plant-e mulai mengkomersialkan sel bahan bakar mikroba. Di masa depan, sel bahan bakar mikroba bahkan dapat digunakan untuk menghasilkan listrik dalam sistem pendukung kehidupan regeneratif selama misi luar angkasa manusia jangka panjang. Ini hari-hari awal tetapi teknologinya menjanjikan banyak hal.


Inilah cara mikroorganisme menghasilkan energi terbarukan untuk kita


Disediakan oleh The Conversation

Artikel ini diterbitkan ulang dari The Conversation di bawah lisensi Creative Commons. Baca artikel aslinya.The Conversation

Kutipan: Empat cara sel bahan bakar mikroba dapat merevolusi produksi listrik di masa depan (2020, 23 Desember) diambil pada 23 Desember 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-12-ways-microbial-fuel-cells-revolutionize.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HK