APLIKASI TEKNOLOGI MICROBIAL FUEL CELL (MFC) UNTUK MENENTUKAN ENERGI LISTRIK SUBSTRAT BATANG SAGU (METROXYLON)
Rahmaniah * , Suriana Binti Ardi, Nurul Fuadi Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN Alauddin Makassar Jl. Sultan Alauddin No. 63, Kabupaten Gowa, Sulawesi Selatan. 92113 *E-mail: rahmaniah.fisika@uin-alauddin.ac.id
Abstract: This study aims to determine how much electrical energy or power density  produced  from  the  sago  stem  substrate  using  Microbial  Fuel  Cell (MFC)  technology  without  the  addition  of  electrolytes  by  adding  KMnO4 and K3Fe (CN) 6 as an electrolyte solution. From the measurement results, it is obtained that the sago stem substrate sample has electrical potential or power  density  (mW/m2).  The  large  power  density  (mW/m2)  produced  from the  sago  stem  substrate  using  lactobacillus  plantarum  bacteria  without the addition  of  an  electrolyte  solution  was  obtained  at  50,082  mW/m2.  For samples with the addition of 0.2 M KMnO4 and potassium phosphate buffer with  pH  7,  a  power  density  value  of  91,082  mW/m2  was  obtained  and  the addition  of  K3Fe  (CN)  6  0.2  M  and  sodium  phosphate  buffer  with  pH  7 obtained a power density value of 27,287 mW/m2.
Keywords: Electrolytes,  Lactobacillus  plantarum,  Microbial  Fuel  Cell, Power Density, Sago Stems

## PENDAHULUAN
anaman  sagu  adalah  spesies  dari  genus Metroxylon yang  termasuk  ke  dalam family Palmae.  Sagu  tumbuh  di  daerah  tropis  yang  panas  dan  lembab.  Tanaman sagu merupakan tanaman yang memiliki beberapa kandungan  yaitu, pada ampas sagu  19.55%  selulosa,  kuli  batang  sagu  56.86%  selulosa,  pada  kayu  39%  selulosa,  pati 24%, gula pentose 20.6%, residu lignin 20.6%, dan ekstraktif 10% (Bayu, 2011). Potensi sagu di Indonesia (1.4 juta ha) mencapai lebih dari 50% potensi pertanian sagu dunia (2.2  juta  ha)  (Susanto,  2006).  Areal  penanaman  sagu  di  Indonesia  tersebar  di  banyak daerah  seperti  Papua,  Maluku,  Riau,  Sulawesi  Utara,  Sulawesi  Selatan,  dan  Sulawesi Tenggara. Khususnya daerah Sulawesi Selatan menurut data statistik (Direktorat Jenderal Perkebunan,  2018)  Tingginya  kandungan  pati  pada  sagu,  sehingga  dapa  digunakan sebagai makanan pokok oleh masyarakat, dan kandungan  selulosa yang ada pada batang sagu  juga  tinggi,  sehingga  dapat  digunakan  sebagai  nutrisi  bagi  mikroorganisme,  serta dapat  digunakan  pada  teknologi microbial  fuel  cell (MFC)  untuk  menghasilkan  energi ramah lingkungan.
Microbial  Fuel  Cell  (MFC) merupakan  perangkat  yang  menggunakan  aktif mikroorganisme  (bakteri)  sebagai  biokatalis  di  anoda  dengan  proses  anaerob  untuk menghasilkan  biolistrik.  Elektroda  diproduksi  oleh  bakteri  oleh  substrat  yang  ditransfer ke  anoda  dan  ke  katoda  yang  dihubungkan  dengan  bahan  konduksi  sebagai  resistor (Desi, 2017).
T
Rahmaniah, dkk., Aplikasi Teknologi Microbial Fuel Cell ... _ 173
Lactobacillus  plantarum adalah  bakteri  asam  laktat  dari family Lactobacilliceae dan genus Lactobacillus. Bakteri ini bersifat Gram positif, non motil, dan berukuran 0,6- 0,8μm  x  1,2-6,0  μm.  Besarnya  energi  listrik  pada  sistem  MFC  dipengaruhi  oleh  laju metabolisme  yang  dilakukan  oleh  bakteri.  Selain  itu,  terdapat  pula  hubungan  antara ukuran sel bakteri terhadap besarnya energi listrik yang dihasilkan. Hal ini sesuai dengan penelitian  Lee  (2010)  bahwa  bakteri  dengan  ukuran  yang  lebih  kecil  mampu menghasilkan energi listrik lebih besar daripada bakteri yang berukuran besar.
Penelitian  menggunakan  MFC  dengan    memanfaatkan    limbah  telah  banyak dilakukan,  namun  penelitian  MFC  dengan  memanfaatkan  substrat  masih  sangat  sedikit, dengan  kandungan  selulosa  yang  ada  pada  batang  sagu,  sehingga  batang  sagu  dapat digunakan  sebagai  substrat  dan  sebagai  nutrisi  bagi  mikroorganisme.  Maka  dari  itu penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  produksi  energi  listrik  dari  substrat  batang sagu  menggunakan  teknologi  MFC  dengan  menambahkan  KMnO 4 dan  K 3 Fe(CN) 6 sebagai larutan elektrolit.

## METODE PENELITIAN
Metode  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  yaitu  melalui  beberapa  tahapan  yaitu antara  lain  (1)  studi  literatur,  mengambil  beberapa  referensi  dari  buku,  jurnal  dan penelitian sebelumnya untuk mendapatkan teori dan memperkuat pembahasan pada hasil penelitian.  (2)  Melakukan  beberapa  preparasi  pada  alat  dan  bahan  pada  ruang laboratorium  penelitian  dilakukan  dan  (3)  Melakukan  analisis  berdasarkan  data  yang dimiliki dari hasil pengukuran arus dan tegangan serta power density .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Microbial  Fuel  Cell yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  yaitu  terdiri  dari  ruang yaitu anoda dan katoda dengan model terpisah, dimana masing-masing ruang memiliki elektroda  grafit  yang  diambil  dari  baterai  bekas.  Kedua  ruang  ini  terpisah  dengan menggunakan jembatan garam KCl. Pada penelitian ini  dilakukan pengukuran arus dan tegangan  pada  substrat  batang  sagu  serta  untuk  mengetahui  pengaruh  variasi  larutan elektrolit  yaitu  KMnO 4 dan  K 3 Fe(CN) 6 konsentrasi  0,2  M  pada  ruangan  katoda  dan digunakan  juga  variasi  larutan  buffer  untuk  menjaga  kondisi  pH  lingkungan Lactobacillus Plantarum pada substrat batang sagu.
Pada proses preparasi mikroorganisme dilakukan dengan menginokulasikan isolat Lactobacillus  plantarum ke  dalam  media nutrient  broth . Nutrient  broth berfungsi sebagai  lingkungan  tumbuhnya  mikroba Lactobacillus  plantarum ,  hal  ini  dikarenakan mengandung  nutrisi  sehingga  mikroba  dapat  tumbuh,  kemudian Lactobacillus plantarum diinokulasikan  pada  substrat  batang  sagu  pada  ruang  anoda  selama  24 jam, hal ini bertujuan agar mikroba dapat beradaptasi terhadap lingkungan barunya. Selama 24  jam  bakteri  akan  melakukan  metabolisme  menghasilkan  energi  berupa  CO 2 ,  proton (H + )  dan  elektron  pada  ruang  anoda.  Elektron  yang  dihasilkan  dari  metabolisme mikroba  akan  ditransfer  ke  elektroda  melalui  membran  plasma  luar  mikroba  yang disebut  dengan  sitokrom,  elektron  dari  anoda  ditransfer  ke  katoda  melalui  sirkuit eksternal,  sedangkan  proton  yang  dihasilkan  dari  metabolisme  akan  ditransfer  dari anoda  ke  katoda  melalui  jembatan  garam.  Jembatan  garam  yang  digunakan  adalah jembatan garam KCl sehingga proton (H + ) akan dapat terdifusi karena jari-jari K + lebih besar  daripada  jari-jari  H + .  Proton  dan  elektron  pada  anoda  akan  digunakan  untuk
mereduksi  Mn 7 + menjadi  Mn 4 + apabila  menggunakan  larutan  elektrolit  KMnO 4 atau untuk mereduksi  Fe 3+ menjadi  Fe 2+ apabila menggunakan larutan elektrolit K 3 Fe(CN) 6 (Muftiana et al ., 2018).
Tabel 1. Hasil Pengukuran Power Density pada Berbagai Variasi Larutan Elektrolit
Variasi Larutan dan Bahan Buffer Kerapatan Daya (mW/m2) Tanpa Penambahan KMnO 4 dan Buffer Kalium Fosfat 50.082 91.089 K 3 Fe(CN) 6 dan Natrium Fosfat 27.287
Berdasarkan  hasil  pengukuran  hingga  mendapatkan  nilai  arus  maksimum  dan tegangan maksimum pada setiap reaktor dengan variasi larutan  elektrolit dengan bahan buffer  kalium  fosfat  dan  natrium  fosfat.  Maka  dapat  dilakukan  perhitungan power density yang  di  hasilkan  sistem  MFC  tersebut  sebagaimana  ditunjukkan  pada  Tabel  1. Power  density adalah  daya  listrik  yang  dihasilkan  per  luas  permukaan  elektroda.  Dari hasil  perhitungan  berdasarkan  variasi  larutan  elektrolit  dan  buffer  nilai power  density yaitu  pada  substrat  batang  sagu  tanpa  larutan  elektrolit  diperoleh  nilai power  density sebesar  50.082  mW/m 2 pada  penambahan  larutan  kalium  permanganate  yaitu  sebesar 91.089 mW/m 2 dan nilai power density terendah yaitu pada penambahan larutan kalium ferosianida  hasilnya  yaitu  sebesar  27.287  mW/m 2 .  Kecilnya  nilai  power  density  yang dihasilkan  pada  penambahan  larutan  kalium  ferosianida.  Menurut  Lisa  Utami et  al ., (2018)  hal  ini  disebabkan  pada  proses  awal,  energi  yang  dihasilkan  dari  metabolisme bahan  organik  sebagian  besar  digunakan  membentuk  biofilm.  Sel-sel  teradsorpsi  pada permukaan media, yang kemudian tumbuh dan berkembang menghasilkan extracellular polymeric  substances  (EPS) untuk  membentuk  biofilm.  Elektroda  grafit  pada  ruang anoda  berperan  menjadi  media  lekat  pada  mikroorganisme  untuk  membentuk  biofilm. Sehingga selain bakteri hidup dan sel bakteri yang mati dapat membentuk lapisan pada permukaan  anoda  semakin  bertambah.  Apabila  permukaan  elektroda  sudah  dipenuhi oleh  biofilm,  jumlah  elektron  yang  ditransfer  ke  elektroda  semakin  sedikit  sehingga terjadi penurunan arus dan tegangan listrik. Menurut Rachmad Ramadhan et al., (2017), power  density yang  dihasilkan  secara  rata-rata  mengalami  penurunan  seiring  dengan bertambahnya  waktu  operasi.  Hal  ini  mengakibatkan  peningkatan  hambatan  dalam anoda sehingga menyebabkan penurunan power density.
Berdasarkan  hal  tersebut  hasil  dari  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Lisa  Utami et al .,  (2018)  yang  menggunakan  substrat  kulit  pisang  diperoleh  nilai power  density (mW/m 2 )  sebesar 31,9  mW/m 2 dan  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Mufid  Ainun  dan Linda (2018) memperoleh hasil power density (mW/m 2 ) pada substrat fruktosa sebesar 10,26  mW/m 2 .  Dari  hasil  diperoleh  dengan  menggunakan  substrat  batang  sagu menghasilkan  nilai power  density (mW/m 2 )  lebih  tinggi  dari  kedua  peneliti  terdahulu. Hal  ini  dikarenakan  penggunaan  larutan  elektrolit  KMnO4  dan  larutan  buffer  kalium fosfat sesuai dengan substrat dan bakteri yang digunakan dalam sistem MFC.
Dengan  demikian,  dari  penjelasan  di  atas  penambahan  larutan  elektrolit  serta buffer  berpengaruh  dalam  mempengaruhi  nilai  arus  dan  tegangan  serta power  density (mW/m 2 ) yang dihasilkan oleh sistem MFC. Dari penelitian ini didapatkan penambahan sesuai  larutan  elektrolit  dengan  buffer.  Dimana  buffer  memiliki  peran  sangat  penting dalam  menjaga  kestabilan  pH  lingkungan  bakteri  sehingga  dapat  menghasilkan  energi maksimum.  Penambahan  larutan  KMnO 4 dan  kalium  fosfat  menghasilkan  nilai  arus maksimum,  tegangan  maksimum  serta power  density (mW/m 2 )  berturut-turut  1.3  mA, 102.3  mV  dan  91.089  mW/m 2 .  Pada  penambahan  K 3 Fe(CN) 6 dan  natrium  fosfat
Rahmaniah, dkk., Aplikasi Teknologi Microbial Fuel Cell ... _ 175
berturut-turut  0.8  mA,  49.8  mV  dan power  density (mW/m 2 )  27.287  mW/m 2 .  Hal  ini disebabkan  harga  potensial  reduksi  KMnO 4 lebih  tinggi  yaitu  1.70  V  dibandingkan dengan K 3 Fe(CN) 6 sebesar 0.36 V.

## KESIMPULAN
Dari hasil pengukuran produksi listrik substrat batang sagu menggunakan bakteri lactobacillus  plantarum pada  sistem  MFC,  dapat  dikatakan  bahwa  batang  sagu berpotensi  produksi  listrik.  Besar power  density (mW/m 2 )  dari  substrat  batang  sagu menggunakan  bakteri Lactobacillus  plantarum tanpa  penambahan  larutan  elektrolit menghasilkan  nilai power density (mW/m 2 ) sebesar 50.082 mW/m 2 . Pada penambahan KMnO 4 0.2  M dan  buffer  kalium  fosfat  pH  7  diperoleh  nilai power  density (mW/m 2 ) sebesar  91.082  mW/m 2 dan  penambahan  K 3 Fe(CN) 6 0.2  M  dan  buffer  natrium  fosfat pH 7 diperoleh nilai power density (mW/m 2 ) sebesar 27.287 mW/m 2 .

## DAFTAR PUSTAKA
Agus, J.B. (2011). Modifikasi selulosa ampas sagu dengan polimerisasi pencangkokan dan penautan-silangan. Bogor: IPB
Won,  L.S., Jeon, Bo Young Park &  Doo Hyun. (2010). Effect of bacterial  cell size on electricity  generation  in  a  single-compartemented  microbial  fuel  cell. Biotechnol Lett , 32, 483-487.
Desi,  S.  Rositari.  (2017). Studi  pemanfaatan  lumpur  sebagai  sumber  alternatif  energi dengan menggunakan microbial fuel cells (MFCS). Surabaya: ITSN
Lisa,  Utami., et  al .  (2018).  Produksi  energi  listrik  dari  limbah  kulit  pisang  ( Musa paradisiaca L.) menggunakan teknologi microbial fuel cells dengan permanganat sebagai katolit. al-Kimiya , 5(2), 62-67.
Yogaswara,  R.R., et  al .  (2017).  Studi  penambahan  mikroorganisme  pada  substrat limbah pome terhadap kinerja microbial fuel cell. Jurnal Teknik Kimia, 12(1).