Eksplorasi dan Uji Efisiensi Mikrob Electrogen dari Sedimen Tiga Ekosistem di Indonesia untuk MFC (Microbial Fuel Cell)

Abstract

Mikrob electrogen dengan aktivitas elektrokimia tinggi dan relatif stabil merupakan salah satu kunci pengembangan MFC. Eksplorasi mikrob electrogen dari ekosistem potensial di Indonesia masih sangat terbatas. Isolasi terhadap kelompok mikrob ini juga merupakan tantangan mengingat belum terdapat metode baku atau media isolasi khusus. Selain itu, untuk mendapatkan mikrob electrogen potensial sebagai biokatalisator MFC diperlukan evaluasi secara menyeluruh terhadap parameter produksi listrik maupun parameter efisiensi. Pemanfaatan data akuisisi/logger berbasis mikrokontroler dengan biaya murah akan sangat bermanfaat dalam proses evaluasi performa MFC, karena dapat mengukur/merekam data produksi listrik MFC secara kontinyu dalam interval waktu yang sempit. Sebanyak 72 isolat electrogen dengan kemampuan elektrokimia beragam (OCV 27-816 mV) berhasil diisolasi dari sedimen Ciseeng (18 isolat), sedimen Banten (31 isolat), dan sedimen Saguling (23 isolat). Sebanyak 17 isolat mampu menghasilkan OCV tinggi dan relatif stabil pada 0.6-0.8 V, namun dua isolat di antaranya berpotensi sebagai patogen kuat terhadap manusia/hewan (β-hemolisis). Evaluasi terhadap ESP32 dan Arduino UNO telah pula dilakukan; kedua mikrokontroler dapat menjadi alat monitor produksi listrik relatif murah pada berbagai penelitian MFC. Data logger berbasis kedua mikrokontroler memiliki rerata error absolut dan error relatif sebesar 0.85 mV dan 2.72% untuk ESP32, serta 1.21 mV dan 1.26% untuk Arduino UNO.

Pada tahap penelitian selanjutnya, diperoleh tiga isolat terbaik dalam produksi listrik yaitu isolat KCf2, SBf13, dan LGf11. Ketiga isolat mampu menghasilkan output listrik tertinggi dan relatif stabil di antara semua isolat uji, hambatan internal yang relatif rendah, serta tidak mengalami fenomena power overshoot. Isolat KCf2 menghasilkan MPP 67.1 mW m-2, kepadatan arus (Imax) 333 mA m-2, hambatan internal (Rint) 175 Ω, efisiensi Coulombic (EC) 53.86% dan efisiensi energi (EE) 63.27%; SBf13 menghasilkan MPP 48.02 mW m-2, Imax 289.35 mA m-2, Rint 369 Ω, EC 83.36% dan EE 96.15%; LGf11 menghasilkan MPP 43.33 mW m-2, Imax 231.48 mA m-2, Rint 475 Ω, EC 75.59% dan EE 88.36%. Total voltase ketiga isolat tersebut pada empat reaktor MFC yang dirangkai seri mencapai 1.61 V (KCf2), 1.22 V (SBf13), dan 1.20 V (LGf11); telah/hampir menyamai sebuah baterei zinc-carbon (1.5 V) dan baterei Ni-Cd (1.2 V). Adanya fenomena voltage reversal (pembalikan tegangan) pada rangkaian seri merupakan tantangan lain pengembangan MFC, mengingat fenomena ini muncul karena faktor biologis yang relatif sulit dikontrol (dinamisnya metabolisme mikrob sebagai biokatalisator MFC). Pengembangan MFC untuk produksi listrik meniscayakan adanya upaya untuk menjawab tantangan berupa munculnya fenomena power overshoot, voltage reversal, atau current reversal, misalnya dengan power management system.

Isolat-isolat dengan EC dan EE relatif tinggi di antara semua isolat yang diuji yaitu KCf14, SBf13, LGf11, KCf2, dan SBf30. Isolat KCf14 menghasilkan EC tertinggi, dan EE relatif tinggi, namun produksi listrik isolat ini relatif kecil. Sementara itu, nilai EC dan EE isolat KCf2 tidak terlalu berbeda secara signifikan dengan isolat KCf14 pada pemanfaatan glukosa 6 g l-1. Berdasarkan hasil evaluasi terhadap produksi listrik (metode fixed resistor maupun kurva polarisasi) dan parameter efisiensi (pada kadar glukosa 6 g l-1 maupun variasi kadar glukosa), diperoleh tiga isolat terbaik yaitu isolat KCf2 (99.15% homolog dengan Bacillus altitudinis AC11.2), SBf13 (99.65% homolog dengan Bacillus altitudinis SP3), dan LGf11 (99.29% homolog dengan Priestia megaterium EBCH17). Tiga isolat terbaik yang diperoleh dalam penelitian ini merupakan sumberdaya genetik yang potensial dikembangkan dalam berbagai aplikasi MFC ke depannya.