http://dx.doi.org/10.20527/bpi.v7i1.222
Cara mensitasi artikel ini: Nugraha,  A.,  Nihin,  A.,  Ansyah,  P.R.,  Amrullah,  A.,  Cahyono,  G.R., (2024)  Analisis  Tegangan  Listrik Microbial  Fuel Cell dengan Variasi Substrat Air Cucian Beras dan Limbah Kulit Pisang. Buletin Profesi Insinyur 7(1) 045-049

## Analisis Tegangan Listrik
Microbial Fuel Cell dengan Variasi Substrat Air Cucian Beras dan Limbah Kulit Pisang
Microbial Fuel Cell (MFC)  merupakan  teknologi penghasil  listrik  sederhana  dengan  memanfaatkan metabolisme  bakteri  pengurai.  Penelitian-penelitian yang  telah  dilakukan  yaitu  dengan  variasi  berbagai macam  bahan  substrat,  anoda,  dan  katoda,  tetapi belum  ada  yang  menggunakan  kombinasi  substrat  air cucian  beras  dan  limbah  kulit  pisang  kepok.  Sehingga dalam  penelitian  ini  dilakukan  penelitian  potensi tegangan listrik yang bisa dihasilkan dari  MFC substrat air  cucian  beras  dan  limbah  kulit  pisang  kepok  guna menambah  khasanah  ilmu  pengetahuan  dalam  bidang MFC. Penelitian MFC menggunakan metode penelitian eksperimental  untuk  mencari  hubungan  sebab-akibat antara  variabel  bebas  (substrat  dan  waktu  inkubasi) dan  variabel  terikat  (tegangan  listrik)  melibatkan pengendalian  dan  pengaturan  variabel  bebas  untuk menentukan  dampak  yang  dihasilkan  pada  variabel terikat.  Tiga  variasi  substrat  digunakan  dalam eksperimen ini, yaitu substrat air cucian beras, substrat kulit pisang kepok, dan substrat campuran. Pengambilan data dilakukan selama 480 menit per hari dengan  interval  pengukuran  setiap  20  menit.  Setiap variasi  substrat  menghasilkan  3  sistem  MFC,  sehingga totalnya  ada  9  sistem  MFC.  Dari  hasil  penelitian  yang telah  dilakukan  didapatkan  potensi  listrik  yang  paling baik,  yaitu  variasi  substrat  campuran  mempunyai tegangan  listrik  yang  paling  tinggi,  pada  hari  kelima sebesar 259 mV.
Kata  kunci: microbial  fuel  cell (mfc),  tegangan  listrik, substrat air cucian beras, kulit pisang kepok.
Diajukan: 5 Agustus 2023 Direvisi: 3 April 2024 Diterima: 12 April 2024 Dipublikasikan online: 14 April 2024
Andy Nugraha 1 Aji Nihin 1 Pathur Razi Ansyah 1 Apip Amrullah 1 Gunawan Rudi Cahyono 1
1 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Lambung Mangkurat
 andy.nugraha@ulm.ac.id

## Pendahuluan
Kebutuhan  akan  sumber  energi  yang  terus  meningkat dan  sumber  energi  fosil  yang  semakin  menipis  serta penggunaan  bahan  bakar  fosil  yang  juga  berdampak negatif  terhadap  lingkungan,  seperti  emisi  gas  rumah kaca  dan  polusi  udara.  sehingga  harus  ada  upaya- upaya  yang  dilakukan  terkait  pembaruan  energi  untuk energi yang lebih baik bagi bumi, salah satunya dengan energi Microbial  fuel  cell yang  memanfaatkan  limbah- limbah  yang  sering  di  jumpai  dan  mudah  mudah didapatkan. Microbial  fuel  cell (MFC)  atau  Sel  Bahan Bakar  Mikroba  adalah  teknologi  yang  memanfaatkan aktivitas  biologis  mikroorganisme  untuk  menghasilkan listrik  dengan  memanfaatkan  metabolisme  yang dihasilkan dihasilkan mikroba (Widodo, 2019).
Dari  beberapa  limbah  yang  sering  di  jumpai  dalam kehidupan sehari-hari beberapa diantaranya adalah air cucian  beras  dan  limbah  kulit  pisang  yang  mudah  di temukan  dan  sering  dibuang  tanpa  dimanfaatkan padahal  memiliki  kandungan  organik  untuk  sumber makanan bagi mikroba yang nantinya hasil metabolisme dari mikroba tersebut dapat
dikonversikan  untuk  menghasilkan  daya  listrik  (Inayati et  al ,  2015).  Jadi  dengan  pernyataan  ini,  kedua  jenis limbah  ini  bisa  dilakukan  analisa  potensi  energi  listrik dengan  menggunakan  sistem Microbial  fuel  cell (MFC) dengan limbah air cucian beras dan limbah kulit pisang sebagai  substratnya.  Oleh  sebab  itu,  penulis  tertarik mengangkat  penelitian  dengan  judul  “Analisis  Potensi listrik menggunakan microbial fuel cell dengan substrat air cucian beras dan limbah kulit pisang”.

## Microbial Fuel Cell
Microbial fuel cell adalah suatu sistem bio-elektrokimia yang  mengubah  metabolisme   dari  hasil aktivitas  yang dilakukan  oleh  mikroba  untuk  dapat  dikonveriskan menjadi energi listrik (Tjahyono et al , 2020). Microbial fuel  cell dapat  memproduksi  arus  listrik  dari  berbagai macam  limbah  organik.  Ada  banyak  sekali  bahan- bahan  organik  yang  dapat  dimanfaatkan  dalam Microbial fuel cell (Utami dkk., 2020).

## Prinsip Kerja Microbial Fuel Cell
Bakteri  yang  berada  di  dalam  wadah  anoda menguraikan  senyawa  oganik  yang  merupakan  nutrisi
http://dx.doi.org/10.20527/bpi.v7i1.222
atau  sumber  makanan  bagi  bakteri  sehingga  bakteri tersebut  menghasilkan  H+,  elektron  dan  CO 2 dari proses  metabolismenya.  H+  berpindah  dari  anoda  ke wadah  katoda  menggunakan salt  bridge ,  sedangkan elektron  yang  berada  pada  wadah  anoda  yang menempel di elektroda anoda akan mengalir menggunakan  kabel  listrik  ke  wadah  katoda.  Aliran elektron  inilah  yang  menghasilkan  arus  listrik.  Karena di  wadah  katoda  antara  H+  dan  elektron  bertemu maka karena pertemuan tersebutlah terjadi perbedaan Potensial  antara  ujung-ujung  elektroda  di  katoda  dan Anoda sehingga menghasilkan tegangan listrik (Siswanti,  2014).  Prinsip  kerja MFC terlihat  pada Gambar 1.
Gambar 1 Prinsip Kerja MFC.

## Metode
Pertama,  persiapkan  alat  untuk  Microbial  Fuel  Cell (MFC).  Siapkan  dua  kompartemen  untuk  anoda  dan katoda yang terbuat dari jerigen plastik berukuran 500 mL  dengan  dimensi  8,5  cm  ×  8,5  cm  ×  8,5  cm.  Salt bridge  dengan  panjang  15  cm  dibuat  menggunakan sumbu  kompor.  Enam  batang  sumbu  kompor sepanjang  15  cm  disatukan  dan  direndam  dalam larutan garam dapur yang sudah direbus menggunakan aquades  selama  sekitar  30  menit  hingga  menyerap, kemudian  di  lilit  menggunakan  isolasi  listrik.  Untuk mencegah  campuran  gas  dari  luar,  tutuplah  wadah anoda dengan menggunakan lakban hitam.
Elektroda  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini berupa kertas grafit dengan ukuran 5 × 5 cm. Elektroda tersebut dihubungkan dengan kabel listrik menggunakan  penjepit  kabel  untuk  mempermudah pengambilan data.
Selanjutnya,  siapkan  limbah  air  cucian  beras  dan limbah  kulit  pisang.  Terdapat  tiga  variasi  substrat dalam  percobaan  ini:  substrat  air  cucian  beras sebanyak  400  mL,  substrat  kulit  pisang  kepok  yang telah  diperhalus  atau  dilumatkan  menggunakan blender sebanyak  400  mL, dan substrat campuran 400 mL  yang  terdiri  dari  campuran  air  cucian  beras sebanyak  200  mL  dan  kulit  pisang  sebanyak  200  mL. Kemudian,  masukkan  substrat  ke  dalam  wadah  anoda dan inkubasikan selama 3, 5, dan 7 hari.
Di  wadah  katoda,  masukkan  elektrolit  akuades sebanyak  400  mL.  Siapkan  prosedur  pengukuran  data. Data  yang  akan  diukur  dalam  eksperimen  ini  adalah tegangan  listrik  (voltage).  Sistem  pengukuran  yang digunakan  adalah  multimeter  digital  yang  terhubung dengan  kabel  listrik  yang  terhubung  dengan  elektroda pada sistem Microbial Fuel Cell ini.
Pengambilan  data  dilakukan  selama  480  menit  per hari,  dari  jam  09:00  WITA  hingga  17:00  WITA,  dengan interval  pengukuran  setiap  20  menit,  dimulai  dari  jam 09:00 WITA dan berakhir pada jam 17:00 WITA. Untuk setiap  variasi  substrat,  dibuatkan  3  sistem  MFC, sehingga  totalnya  ada  9  sistem  MFC  dalam  penelitian ini, dengan 9 anoda dan 9 katoda. Desain MFC terlihat pada Gambar 2.
.

## Gambar 2 Desain MFC

## Diagram Alir Penelitian
Tahapan  dalam  penelitian  ini  adalah  sebagai  berikut: Pertama, langkah awal adalah menggali, mengidentifikasi,  serta  mempelajari  dan  memahami aspek-aspek  yang  perlu  ditekankan  atau  yang  dapat menjadi  latar  belakang  penelitian  ini.  Selanjutnya, melakukan  tinjauan  literatur  untuk  mengumpulkan referensi yang relevan  dengan eksperimen ini, baik  itu terkait dengan prinsip kerja sistem atau peralatan dan bahan  yang  dibutuhkan  untuk  persiapan.  Setelah  itu, dilakukan  eksperimen  penelitian  sesuai  dengan batasan-batasan  masalah  yang  telah  ditetapkan  agar penelitian  ini  tidak  mengalami  perluasan  yang  tidak terkendali,  dan  berjalan  sesuai  dengan  prosedur  yang telah  ditentukan.  Kemudian,  dilakukan  pengambilan data  serta  analisis untuk menarik  kesimpulan berdasarkan  hasil  data  yang  telah  dikumpulkan. Sebagai  panduan  yang  membantu  dalam  menjalankan penelitian,  berikut  ini  disajikan  diagram  alir  penelitian (Gambar 3).

## Hasil dan Pembahasan

## Tegangan Listrik Hari Ke-3 Inkubasi
Pada hari ke-3 inkubasi dengan percobaan substrat air cucian  beras  rata-rata  tegangan  listrik  yang  dihasilkan pada awal pengukuran sebesar 131 mV dan pada akhir pengukuran  turun  0,8%  menjadi  130  mV  seperti  yang terlihat  dalam  Gambar  4.  Hal  ini  disebabkan  oleh
http://dx.doi.org/10.20527/bpi.v7i1.222
penipisan  nutrisi  yang  menyebabkan  terjadinya persaingan antara mikroba untuk mendapatkan nutrisi. Mikroba  yang  tidak  mampu  bersaing  akan  mati, sedangkan  yang  mampu  akan  bertahan  hidup.  Pada substrat kulit pisang dengan masa inkubasi 3 hari, rata- rata  tegangan  yang  dihasilkan  pada  awalnya  adalah sebesar  150  mV, namun pada akhir pengukuran turun sebesar  16,7%  menjadi  125  mV.  Hal  ini  disebabkan oleh  fakta  bahwa  mikroba  masih  beradaptasi  dalam menyerap  nutrisi  dari  kulit  pisang  yang  memiliki  serat kasar.

## Gambar 3 Diagram Alir Penelitian
Gambar 4 Grafik Tegangan Listrik Hari Ke-3 Inkubasi
Untuk  substrat  campuran  dengan  masa  inkubasi  3 hari,  rata-rata  tegangan  yang  dihasilkan  pada  awalnya
adalah  sebesar  180  mV,  dan  pada  akhir  pengukuran naik  sebesar  33,6%  menjadi  240  mV.  Hal  ini disebabkan  oleh  fakta  bahwa  mikroba  berada  dalam fase  eksponensial,  di  mana  laju  pertumbuhan  bakteri lebih cepat karena ketersediaan nutrisi yang melimpah serta penyerapan nutrisi yang mudah. Setiap sel dalam populasi membelah menjadi dua sel (Dewi, 2020).
Kekuatan  arus  listrik  dan  tegangan  listrik  pada sistem  Microbial  Fuel  Cell  (MFC)  tergantung  pada  laju metabolisme  yang  dilakukan  oleh  bakteri  (Rahmaniah dkk.,  2020).  Bakteri  dapat  mengurai  bahan  limbah organik  dan  mengkonversikannya  menjadi  elektron yang  dapat  dimanfaatkan  sebagai  sumber  arus  listrik. Hal  ini  disebabkan  oleh  perbedaan  potensial  yang terjadi;  elektron  yang  ada  pada  anoda  akan  mengalir dari  wadah  anoda  ke  wadah  katoda  melalui  elektroda dan kabel listrik (Hasany dkk., 2016).

## Tegangan Listrik Hari Ke-5 Inkubasi
Pada substrat air cucian beras dengan masa inkubasi 5 hari rata-rata tegangan yang dihasilkan di awal  adalah sebesar  105  mV  dan  pada  akhir  pengukuran  turun 16,1%  menjadi  88  mV  seperti  yang  terlihat  dalam Gambar 5.
Gambar 5 Grafik Tegangan Listrik Hari Ke-5 Inkubasi
Hasil  tegangan  listrik  yang  dihasilkan  terus mengalami  penurunan  hingga  mencapai  akhir  hari kelima inkubasi. Penurunan tegangan pada hari kelima inkubasi  ini  terjadi  karena  sebagian  bakteri  sudah memasuki fase kematian, mengakibatkan berkurangnya jumlah bakteri dan nutrisi pada substrat (Arifin,  2018).  Pada  substrat  kulit  pisang  dengan  masa inkubasi  5  hari,  rata-rata  tegangan  yang  dihasilkan pada  awalnya  adalah  sebesar  171  mV,  dan  pada  akhir pengukuran  naik  sebesar  10,6%  menjadi  198  mV. Kenaikan tegangan listrik pada hari kelima disebabkan oleh kelimpahan sumber makanan untuk pertumbuhan mikroba.  Sedangkan  pada  substrat  campuran  dengan masa  inkubasi  5  hari,  rata-rata  tegangan  yang dihasilkan  pada  awalnya  adalah  sebesar  255  mV,  dan
0 50 100 150 200 250 300 0 9 :0 0
0 9 :4 0 1 0 :2 0 1 1 :0 0 1 1 :4 0 1 2 :2 0 1 3 :0 0 1 3 :4 0 1 4 :2 0 1 5 :0 0
1 5 :4 0 1 6 :2 0 1 7 :0 0 T e g a n g a n L is tr ik ( m V ) (Waktu) air cucian beras kulit pisang campuran 0 50 100 150 200 250 300 0 9 :0 0 0 9 :4 0 1 0 :2 0 1 1 :0 0 1 1 :4 0 1 2 :2 0 1 3 :0 0 1 3 :4 0 1 4 :2 0 1 5 :0 0 1 5 :4 0 1 6 :2 0 1 7 :0 0 T e g a n g a n L is tr ik ( m V ) (Waktu) air cucian beras kulit pisang campuran
http://dx.doi.org/10.20527/bpi.v7i1.222
pada  akhir  pengukuran  turun  0,4%  menjadi  254  mV. Kenaikan  dan  penurunan  tegangan  listrik  tidak signifikan  secara  drastis,  karena  terjadi  kompetisi antara  mikroba  untuk  memperoleh  nutrisi  dan berkurangnya  sumber  makanan  mikroba  (Kirom, 2020). Potensi listrik dari tegangan dan kuat arus listrik sangat  bergantung  pada  kandungan  organik  yang dioksidasi  oleh  mikroorganisme  (Fitri,  2020).  Secara umum,  pada  hari  kelima  inkubasi,  tegangan  listrik mengalami  kenaikan  dibandingkan  dengan  hari  ke-3 karena  jumlah  mikroba yang  meningkat seiring  waktu, yang  mengakibatkan  peningkatan  metabolisme  dan tegangan listrik (Choudhury dkk., 2017).

## Tegangan Listrik Hari Ke-7 Inkubasi
Pada  hari  ketujuh  inkubasi  substrat  air  cucian  beras dengan  masa  inkubasi  7  hari  rata-rata  tegangan  yang dihasilkan  di  awal  adalah  sebesar  79  mV  dan  pada akhir  pengukuran  turun  25,2%  menjadi  59  mV  seperti yang terlihat dalam Gambar 6. Hal ini disebabkan oleh mikroba  yang  sudah  memasuki  fase  kematian  karena nutrisi  yang  semakin  menipis  (Kirana  &  Sopian,  2018). Pada substrat kulit pisang dengan masa inkubasi 7 hari, rata-rata  tegangan  yang  dihasilkan  pada  awalnya adalah  sebesar  196  mV,  dan  pada  akhir  pengukuran naik sebesar 9,7%  menjadi 215  mV. Hal ini disebabkan oleh  kemampuan  mikroba  untuk  masih  menyerap nutrisi  dari  substrat  kulit  pisang,  meskipun  kenaikan tegangan tidak terlalu drastis.
Gambar 6 Grafik Tegangan Listrik Hari Ke-7 Inkubasi
Sementara  pada  substrat  campuran  dengan  masa inkubasi  7  hari,  rata-rata  tegangan  yang  dihasilkan pada  awalnya  adalah  sebesar  250  mV,  dan  pada  akhir pengukuran  turun  sebesar  6,8%  menjadi  233  mV. Penurunan ini disebabkan oleh sebagian  mikroba yang berada  pada  fase  kematian,  sehingga  metabolisme menurun (Suriana, 2020).
Besarnya  energi  listrik  yang  dihasilkan  oleh  MFC sepenuhnya  bergantung  pada  metabolisme  mikroba yang  terkait  erat  dengan  proses  kehidupan  mikroba
tersebut.  Seiring  berjalannya  waktu,  nutrisi  substrat akan semakin berkurang karena tidak ada penambahan  substrat  dari  luar  chamber.  Hal  ini menyebabkan  lebih  banyak  mikroba  yang  mati  karena kekurangan  makanan,  yang  pada  akhirnya  akan menyebabkan  penurunan  metabolisme  dan  tegangan listrik (Li dkk., 2018).

## Kesimpulan
Dari  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan,  dapat disimpulkan bahwa variasi substrat dan waktu inkubasi memberikan  pengaruh  signifikan  terhadap  kenaikan tegangan  listrik  yang  dihasilkan.  Hasil  menunjukkan bahwa  dari  ketiga  variasi  substrat,  substrat  air  cucian beras,  substrat  kulit  pisang,  dan  substrat  campuran, yang  mencapai  tegangan  listrik  tertinggi  (dinyatakan dalam  mV)  adalah  substrat  campuran.  Rata-rata tegangan  listrik  yang  diukur  pada  hari  ke-3,  ke-5,  dan ke-7  inkubasi  menunjukkan  bahwa  substrat  campuran menghasilkan  rata-rata  tegangan  listrik  sebesar  257 mV,  jumlah  yang  signifikan  lebih  tinggi  dibandingkan dengan  substrat  air  cucian  beras  dan  substrat  kulit pisang.

## Referensi
Arifin,  G.  G.  (2018). Lama  Ozonisasi  Mie  Basah  Terhadap Total    Mikroba  dan  Kadar  Air  Selama  Penyimpanan (Doctoral  dissertation,  Fakultas  Teknik).  Universitas Pasundan, Bandung.
Choudhury,  P.,  Prasad  Uday,  U.  S.,  Bandyopadhyay,  T.  K.,
Ray,  R.  N.,  &  Bhunia,  B.  (2017).  Performance improvement of microbial fuel cell (MFC) using suitable electrode  and  Bioengineered  organisms:  A  review. Bioengineered, 8(5), 471-487.
Dewi,  I.  R.  (2020). Efektivitas  Pertumbuhan  Bakteri Staphylococcus  Aureus  Pada  Media  Agar  Darah Manusia  Kedaluwarsa  Dibanding  Agar  Darah  Domba, Doctoral dissertation, Poltekkes Kemenkes Yogyakarta. Fitri, M. A. (2022). Pengaruh Variasi Elektroda dan Substrat Limbah  Buah  Terhadap  Power  density  pada  Microbial Fuel cell  dari  Air  Gambut. Skripsi.  Universitas  Lambung Mangkurat.
Hasany,  M.,  Mardanpour,  M.  M.,  &  Yaghmaei,  S.  (2016). Biocatalysts  in  microbial  electrolysis  cells:  A  review. International  Journal of Hydrogen Energy, 41(3),  1477– 1493.
Inayati,  N.  S.,  Aminin,  A.  L.,  &  Suyati,  L.  (2015).  The Bioelectricity  of  Tofu  Whey  in  Microbial  Fuel  Cell System  with  Lactobacillus  bulgaricus.  Jurnal  Sains  dan Matematika, 23(1), 32-38.
Kirom,  M.  R.  (2022). Studi  Eksperimental  Penggunaan Reaktor  Microbial  Fuel  Cell  (MFC)  Dengan  Membran Berongga  Sebagai  Alat  Memanen  Energi  Terbarukan Dari  Variasi  Limbah  Organik. The  International  Journal of Pegon: Islam Nusantara civilization , 7 (01), 135-149. Kirana,  W.  A.,  &  Sopian,  S.  (2018). Degradasi  Stillage dengan  Menggunakan  Teknologi  Microbial  Fuel  Cells (MFCs)  yang  Memanfaatkan  Lumpur  Lapindo  sebagai Culture  Source  dan  Pengaruhnya  pada  Power  Density yang Dihasilkan . Doctoral dissertation. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
0 50 100 150 200 250 300 0 9 :0 0 0 9 :4 0
1 0 :2 0
1 1 :0 0
1 1 :4 0
1 2 :2 0
1 3 :0 0
1 3 :4 0
1 4 :2 0 1 5 :0 0 1 5 :4 0
1 6 :2 0
1 7 :0 0
T e g a n g a n L is tr ik ( m V ) (Waktu) air cucian beras kulit pisang campuran
http://dx.doi.org/10.20527/bpi.v7i1.222
Li, M.,  Zhou, M.,  Tian, X., Tan,  C., McDaniel,  C. T., Hassett, D.  J.,  &  Gu,  T.  (2018).  Microbial  fuel  cell  (MFC)  power performance improvement through enhanced microbial  electrogenicity.  Biotechnology  Advances, 36(4), 1316-1327.
Rahmaniah,  R.,  Ardi,  S.  B.,  &  Fuadi,  N.  (2020). Aplikasi
Teknologi  Microbial  Fuel  Cell  (Mfc)  Untuk  Menentukan Energi Listrik Substrat Batang Sagu (Metroxylon) . Teknosains:  Media  Informasi  Sains  dan
Teknologi , 14 (2), 172-175. Siswanti,  P.  (2014). Pengolahan  Air  Limbah  Cucian  Beras Menggunakan  Sistem  Microbial  Fuel  Cell  dengan  Mix Culture. Technical Report. April 2014 . 10.13140/RG.2.2.23261.82408 Tjahyono,  V.,  Kirom,  M.  R.,  &  Qurthobi,  A.  (2020).  Analisis Pengaruh  Temperatur  Terhadap  Daya  Yang  Dihasilkan Microbial  Fuel  Cell  (mfc)  Dengan  Substrat  Campuran Lumpur  Sawah  Dan  Air  Tebu.  eProceedings  of Engineering, 7(1).
Utami,  L.,  Lazulva,  L.,  &  Fatisa,  Y.  (2020). Electricity Production  From  Peat  Water  Uses  Microbial  Fuel  Cells Technology.  Indonesian  Journal  Of  Chemical  Science and Technology (IJCST) , 2 (1), 55. Widodo, A. A., & Ali, M. (2019). Biokonversi Bahan Organik Pada Limbah  Cair  Rumah Pemotongan Hewan Menjadi Energi  Listrik  Menggunakan  Microbial  Fuel  Cell.  Jurnal Envirotek, 11(2), 30-37.