## JURNAL FISIKA DAN TERAPANNYA
p-ISSN: 2302-1497, e-ISSN: 2715-2774 http://journal.uin-alauddin.ac.id/index.php/jft

## PEMANFAATAN JERAMI DAN BUAH LONTAR SEBAGAI SUBSTRAT MENGGUNAKAN TEKNOLOGI MICROBIAL FUEL CELL
Basmanto,  Hernita Sapitriani,  Nurfadhilah Jusman, Sahara, dan Jasdar Agus
Jurusan  Fisika,  Fakultas  Sains  dan  Teknologi,  Universitas  Islam  Negeri  Alauddin Makassar
email: basmanto02@gmail.com

## INFO ARTIKEL
Status artikel: Diterima: 28 Mei 2021 Disetujui: 29 Juni 2021 Tersedia online: 2 Juli 2021
Keywords: Straw,  Borassus fruit,  MFC,  Power  density, Dual chamber.

## ABSTRACT
The  increasing  energy  consumption  is  not  directly proportional to the availability of energy. This encourages the  continued  development  of  alternative  energy  sources to  replace  fossil  energy  sources.    In  this  research,  a Microbial Fuel Cell (MFC) will be made as an alternative energy  source  that  metabolism  of  bacteria  to  produce electrical energy.  Microbial Fuel Cell (MFC) is made by varying the  type of substrate.   The type of substrate used is made of straw and borassus fruit extract.  In this  study, the MFC design uses a dual-chamber system consisting of an  anode  compartment  and  a  cathode  compartment. Analysis  of  the  effect  of  substrate  variations  on  MFC performance  can  be  seen  from  the  measurement  data  of current  and  voltage  using  a  digital  multimeter  based  on the length of time working with the addition of resistance and  without  resistance  which  is  used  to  determine  the power  density  value.  The  measurement  results  showed that  the  highest  power  density  for  straw  substrate  was obtained at 1 st hour measurement, which a value of 770.1 mW/m 2 for  the  addition  of  external  resistance  and  401.6 mW/m 2 without  external  resistance.    Meanwhile,  for  the borassus fruit extract substrate, the highest power density was obtained at 29 hours of 594.1 mW/m 2 using external resistance  and  364.9  mW/m 2 without  external  resistance. The resulting power density value is higher than previous studies  so  that  the  straw  and  borassus  fruit  extract substrate has a great potential to be used as a substrate in MFC technology.
Basmanto, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2021) Vol. 8 (1): 28 - 35

## 1. PENDAHULUAN
Salah  satu  provinsi  di  Indonesia  dengan  sumber  daya  alam  yang  sangat melimpah  baik  dalam  sektor  pertanian  maupun  perikanan  adalah  Sulawesi  selatan. Sulawesi  Selatan  memiliki  potensi  di  sector  pertanian  yang  berasal  dari  padi  dan lontar.  Badan  Pusat  Statistik  (2018)  mengatakan  jika  Sulawesi  Selatan  memiliki jumlah  produksi  padi  mecapai  5,13  juta  ton  dengan  kabupaten  Bone,  kabupaten Pinrang  dan  kabupaten  Wajo  menduduki  produksi  padi  tertinggi.  Maka  dari  itu, Sulawesi  Selatan  memperoleh  peringkat  keempat  sebagai  produksi  padi  tertinggi nasional. Hasil utama padi berupa beras sebagai makanan pokok masyarakat. Selain itu ada hasil buangan seperti jerami dan sekam dari produksi padi.
Jerami merupakan salah satu hasil buangan dari produksi padi yang termasuk kategori  kayu  lunak  dengan  komponen  utama  yaitu  selulosa.  Akibat  dari  produksi padi  setiap  kali  panen  dapat  menghasilkan  12-15  ton  jerani  padi  sehingga  dari  hasil pengolahan  padi  terjadi  peningkatan  limbah.  Saat  ini,  jerami  padi  belum dimanfaatkan secara optimal dan hanya berpusat pada pakan ternak saja. Jerami padi juga  dijadikan  pupuk  atau  dibakar  (Ginting.  2013).  Jerami  padi  yang  dibakar  dapat menghasilkan  gas  berbahaya  jika  dihirup  seperti  CO 2 ,  NOX  dan  SOX.  Selain  itu, dampak  pembakaran  juga  merusak  lingkungan  dan  merusak  lapisan  ozon  sebagai penyebab gas rumah kaca.
Menurut  Pusat  Penelitian  dan  Pengembangan  Hutan  Tanaman  (2010). Produksi  lontar  terbesar  kedua  berasal  dari  Sulawesi  Selatan  setelah  Nusa  Tenggara Timur.  Beberapa  kabupaten  yang  menjadi  sentra  produksi  lontar  yaitu  kabupaten Jeneponto,  kabupaten  Gowa,  kabupaten  Takalar  dan  kabupaten  Bone.  Kandungan senyawa  dari  lontar  dan  jerami  seperti  protein,  karbohidrat  dan  lemak  yang diperlukan oleh makhluk hidup pada proses metabolisme dan pertumbuhan.
Jenis  karbohidrat  yang  terkandung  pada  jerami  dan  lontar  yaitu  selulosa  dan glukosa  dalam  jumlah  besar.  Kandungan  selulosa  dan  hemiselulosa  pada  jerami sebesar  34,2  %  dan  24,5  %  (Novia.  2014).  Sedangkan  lontar  memiliki  kandungan glukosa  antara  10  –  15  %  (Irmayuni,  E.  2018).  Kedua  kandungan  tersebut  yakni glukosa  dan  selulosa  merupakan  sumber  makanan  bagi  bakteri  pada  proses metabolism  bakteri.  Salah  satu  alat  yang  digunakan  memanfaatkan  baktei  yakni Microbial  Fuel  Cell atau  MFC  sebagai  katalis  sehingga  menghasilkan  energi  listrik (Yogaswara, dkk. 2017). Energi listrik dapat diperoleh dengan menggunakan sistem bio-elektrokimia  pada  MFC  dengan  adanya  elektron  dari  reaksi  kimia  dan  biologi melalui proses penguraian zat dalam tubuh bakteri secara alami (Akbar, dkk. 2017). Bakteri Saccharomyces  Cerevisiae merupakan  bakteri  yang  paling  sering dimanfaatkan  sebagai  katalis.  Bakteri  tersebut  termasuk  ke  dalam  golongan  genus khamir  atau  ragi.  Dikarenakan  bakteri Saccharomyces  Cerevisiae lebih  adaptif terhadap jenis substrat sehingga dapat dikatakan performanya stabil sebagai substrat dalam  pembuatan  alat  MFC.  Bakteri Saccharomyces  Cerevisiae mempunyai kemampuan dalam mengubah seyawa glukosa menjadi karbon dioksida seperti yang
dilakukan  Utami,  dkk  (2018)  dalam  penelitiannya  dengan  mengubah  limbah  kulit pepaya dalam MFC sebagai substrat dyangmemanfaatkan Saccharomyces Cerevisiae sehingga menghasilkan kerapatan daya yakni 121,70 mW/m 2 .
Selain  bakteri,  untuk  meningkatkan  kinerja  alat  MFC  yaitu  dengan menggunakan  larutan  elektrolit  yang  sesuai  dengan  konstentrasi  yang  tepat (Muftiana,  dkk.  2018).  Potensial  standar  larutan  sangat  dipengaruhi  oleh  larutan elektrolit yang berdampak terhadap tegangan yang dihasilkan. Larutan elektrolit yang umum  digunakan  yakni  kalium  permanganate  (KMnO 4 )  yang  termasuk  ke  dalam oksidator  kuat  dengan  potensial  reduksi  sebesar  1,7  V.  Penelitian  L  Utami  (2018) dengan katoda yang berisi KMnO 4 0,1 M dengan menggunakan substrat limbah kulit pisang dapat menghasilkan kerapatan daya sebesar 31.9 mW/m 2 .
Jembatan  garam  ( salt  bridge )  merupakan  pemisah  antara  ruang  katoda  dan ruang  anoda  agar  tidak  tercampur  yang  berfungsi  sebagai  tempat  pertukaran  proton dan  proses  difusi  (Akbar.  2017).  Penelitian  Maswati,  B.  dkk  (2019)  dengan menggunakan jembatan garam yang terbuat dari campuran agar-agar dan KCL 0,1 M dimasukkan  ke  dalam  pipa  PVC  sebagai  wadah  jembatan  garam.  Hasil  yang diperoleh terbukti baik karena KCL mempunyai nilai produktivitas listrik yang tinggi. Substran  yang  digunakan  yakni  eceng  gondok  dengan  bakteri  Pseudomonas  sp. Sehingga menghasilkan arus dan tegangan masing-masing 3,06 mA dan 0,84 V. Faktor  yang  juga  mempengaruhi  kerapatan  daya  dan  efisiensi  dari  kinerja MFC  yakni  proses  transport  electron  membrane  mikroba  ke  permukaan  elektroda. Maka elektroda yang digunakan sebaiknya mempunyai sidat penghantar listrik yang baik,  memiliki  keseimbangan  antara  unsur  kimiawi  dan  mekanik  serta  tidak  mudah mengalami  korosi  sehingga  dapat  digunakan  untuk  pengembangan  MFC  dengan menghasilkan  nilai  kerapatan  daya  yang  maksimal  (Akbar,  dkk.  2017).  Untuk  itu, elektroda yang digunakan yaitu batu baterai sebagai elektroda gratif dikarenakan daya hantar  yang  tinggi  seperti  penelitian  yang  dilakukan  Hayati,  dkk.  (2015)  yang menggunakan grafit baterai bekas untuk digunakan di dalam ruang katoda dan ruang anoda.
Berdasarkan  hal  tersebut,  maka  dilakukan  penelitian  dengan  tujuan  untuk mengolah  dan  memanfaatkan  limbah  jerami  dan  lontar  sebagai  bahan  substrat  pada alat Microbial  Fuel  Cell (MFC).  Kemudian  dilanjutkan  dengan  mengukut  arus  dan tegangan listrik yang dilakukan dengan dua cara yakni memasang hambatan eksternal dan  tanpa  memasang  hambatan  eksternal  pada  alat  sebagai  pembanding  listrik  yang dihasilkan  diantara  keduanya.  Serta  dilakukan  pengujian  kerapatan  daya  sebagai target  dalam  pengembangan  MFC  dengan  mengetahui  kualitas  substrat  dan  desain MFC.

## 2.METODE PENELITIAN
Desain Microbial  Fuel  Cell (MFC)  pada  penelitian  ini  menggunakan  sistem dual  chamber dengan  memvariasikan  jenis  substrat.  Adapun  alat  dan  bahan  yang digunakan  yaitu  jerami  padi,  sari  buah  lontar, Saccharomyces  cerevisiae ,  KMnO 4 ,
Basmanto, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2021) Vol. 8 (1): 28 - 35
aquades,  agar-agar,  KCl,  pipa  PVC,  elektroda  grafit  baterai,  HCl,  NaOH,  kawat tembaga, multimeter digital dan resistor.

## Preparasi Substrat
Jenis  substrat  yang  digunakan  terbuat  dari  jerami  padi  dan  sari  buah  lontar. Substrat  jerami  padi  dibuat  dengan  merendam  jerami  padi  selama  24  jam  sampai teksturnya  menjadi  lunak,  kemudian  dihancurkan  menggunakan  blender  dengan penambahan 500 ml aquades. Substrat sari buah lontar dibuat dengan memerah buah lontar yang sudah tua kemudian ditambahkan 500 ml nira lontar.  Substrat kemudian diisi  pada  kompartemen  anoda  dengan  penambahan  bakteri Saccharomyces cerevisiae masing-masing sebanyak 12 gr.
Preparasi Elektroda Grafit
Elektroda  grafit  yang  digunakan  berasal  dari  batang  karbon  baterai  yang terlebih  dahulu  direndam  dalam  larutan  HCl  1  M  dan  NaOH  1  M  masing-masing selama  24  jam,  dan  dibilas  dengan  aquades.  Elektroda  grafit  dililitkan  pada  kawat tembaga, kemudian dirangkai pada kompartemen anoda.
Pembuatan Jembatan Garam ( Salt bridge )
Jembatan  garam  dibuat  dengan  melarutkan  5  gr  agar-agar  dalam  100  ml aquades  kemudian  dipanaskan.  Larutan  kemudian  ditambahkan  KCl  sebanyak  3  gr dan dihomogenkan, lalu  dituang pada cetakan pipa PVC.

## Pembuatan Larutan Elektrolit
Larutan elektrolit dibuat dengan melarutkan 47,4 gr KMnO 4 ke dalam 300 ml aquades kemudian dihomogenkan. Larutan elektrolit yang telah dibuat kemudian diisi pada kompartemen katoda yang berfungsi sebagai mediator elektron.
Pembuatan Alat Microbial Fuel Cel (MFC)
Elektroda grafit yang telah dililit pada kawat tembaga dipasang pada masing- masing  kompartemen  anoda  dan  katoda,  kemudian  jembatan  garam  disambungkan diantara  kompartemen  anoda  dan  katoda.  Pastikan  kompartemen  tidak  bocor  ketika diisi  substrat.  Pada  kompartemen  katoda  dilapisi  aluminium  foil  agar  tidak  tembus cahaya. Microbial  Fuel  Cel (MFC)  yang  telah  dirangkai  dapat  dilihat  pada  gambar berikut:
Gambar 1. a) Microbial Fuel Cel (MFC) dengan substrat jerami padi b) Microbial Fuel Cel (MFC) dengan substrat sari buah lontar c) Pengukuran arus dan tegangan pada Microbial Fuel Cel (MFC)
Pada  gambar  1(c)  dilakukan  pengukuran  kuat  arus  dan  tegangan menggunakan  multimeter  digital  dengan  penambahan  hambatan  eksternal  dan  tanpa hambatan  eksternal  pada  masing-masing  substrat.  Dari  data  kuat  arus  dan  tegangan yang  dihitung  berdasarkan  lama  waktu  kerja  MFC,  digunakan  untuk  mengetahui kinerja MFC berdasarkan nilai kerapatan daya yang didapatkan dari perhitungan daya per  satuan  luas  kompartemen  anoda.  Kerapatan  daya  dapat  dihitung  menggunakan persamaan berikut:
Kerapatan Daya (W/m 2 ) tanpa hambatan = 𝐼 (𝐴)× 𝑉 (𝑉𝑜𝑙𝑡) 𝐴 (𝑚 2 ) (1)
Kerapatan Daya (W/m 2 ) dengan hambatan = 𝐼 (𝐴)× 𝑅 (𝛺) 𝐴 (𝑚 2 ) (2)

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Kerapatan daya diperoleh dari hasil pengukuran arus dan tegangan listrik pada MFC  menggunakan  multimeter  digital.  pengukuran  MFC  dilakukan  setiap  satu  jam pada  masing-masing  substrat.  Substrat  pertama  menggunakan  jerami  dapat  dilihat pada  gambar  2,  kerapatan  daya  diperoleh  770,1  mW/m 2 untuk  rangkaian menggunakan  resistor  dan  401,6  mW/m 2 tanpa  resistor  pada  lama  waktu  1  jam. Kerapatan daya tersebut lebih tinggi dibanding penelitian yang dilakukan Mirnawati et al. (2019).
Pengukuran  selanjutnya,  kerapatan  daya  mengalami  penurunan  pada  MFC menggunakan  resistor  dan  tanpa  resistor.  Hal  ini  disebabkan  mikroba  telah  melalui fase adaptasi dan fase puncak pembelahan sel. Akibatnya energi yang diperoleh tidak sebesar pada pengukuran pertama.
(a) (b) (c)
Basmanto, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2021) Vol. 8 (1): 28 - 35
Gambar 2. Kerapatan daya MFC menggunakan substrat jerami
Pada  substrat  jerami  kerapatan  daya  berbanding  terbalik  dengan  lama  waktu pengukuran.  Hal  ini  terlihat  pada  gambar  2  dimana  nilai  terbaik  diperoleh  pada pengukuran 1 jam sementara pengukuran selanjutnya mengalami penurunan.
Penurunan  secara  eksponensial  terjadi  karena  mikroba  telah  memasuki  fase kematian.  Akibatnya  mikroba  tidak  memiliki  energi  untuk  menghasilkan  arus  dan tegangan listrik. Hal ini dapat dilihat pada lama waktu pengukuran 29  jam, kerapatan daya yang diperoleh 0 mW/m 2 menggunakan resistor dan 67 mW/m 2 tanpa resistor. Kerapatan  daya  0  mW/m 2 disebut  sebagai  fase  kematian  mikroba.  Jerami termasuk  polisakarida  yang  memiliki  ikatan  yang  kuat  sehingga  mikroba membutuhkan  energi  yang  besar  untuk  mengurainya.  Akibatnya  mikroba  menjadi lebih cepat kehabisan energi dan hanya bertahan hingga 29 jam.
Gambar 3. Kerapatan daya MFC menggunakan substrat sari buah lontar
Pada gambar 3 dilakukan  pengukuran substrat  buah lontar.  Pada pengukuran pertama,  diperoleh  kerapatan  daya  478  mW/m 2 menggunakan  resistor  dan  334,4 mW/m 2 tanpa resistor. Penambahan resistor pada rangkaian menghasilkan kerapatan daya MFC yang lebih tinggi.
Pengukuran  selanjutnya  menghasilkan  kerapatan  daya  lebih  besar  523,3 mW/m 2 menggunakan resistor dan 349,6 mW/m 2 tanpa resistor. Hal ini disebabkan karena mikroba memasuki fase adaptasi. Fase puncak diperoleh pada pengukuran 29 jam dengan 594,1 mW/m 2 menggunakan resistor dan 364,9 mW/m 2 tanpa resistor. Nilai tersebut lebih baik dibanding penelitian Utari et al. (2014) dan Utami et al.  (2019).  Mikroba saccharomyces  cerevisia juga  mampu  menguraikan  berbagai senyawa organik terutama glukosa. Selain itu, penggunaan larutan  elektrolit KMnO 4 juga  meningkatkan  kinerja  MFC  karena  memiliki  potensial  reduksi  standar  yang cukup tinggi yaitu 1,7 V.
Grafik  pengukuran  substrat  buah  lontar  menunjukkan  peningkatan  secara eksponensial.  Buah  lontar  mengandung  glukosa  yang  termasuk  kedalam monosakarida.  Hal  ini  membuat  mikroba  lebih  mudah  untuk  mengurai  substrat. Hasilnya  mikroba  mampu  bertahan  dan  tetap  menghasilkan  energi  hingga  29  jam pengukuran.

## 4. SIMPULAN
Telah  dilakukan  penelitian  pemanfaatan  jerami  dan  sari  buah  lontar  sebagai substrat  menggunakan  teknologi  MFC  menggunakan  dua  metode  yaitu  dengan penambahan hambatan eksternal 1KΩ dan tanpa hambatan eksternal. Untuk substrat jerami diperoleh kerapatan daya tertinggi pada lama waktu 1 jam dengan nilai sebesar 770,1  mW/m 2 untuk  penambahan  hambatan  eksternal  dan  401,6  mW/m 2 tanpa hambatan  eksternal.  Sementara  untuk  substrat  sari  buah  lontar  diperoleh  kerapatan daya tertinggi pada lama waktu 29 jam sebesar 594,1 mW/m 2 dengan menggunakan hambatan  eksternal  dan  364,9  mW/m 2 tanpa  hambatan  eksternal.  Nilai  kerapatan daya  yang  dihasilkan  lebih  tinggi  dibandingkan  penelitian  sebelumnya  sehingga substrat  jerami  dan  buah  lontar  memiliki  potensi  yang  besar  untuk  dimanfaatkan sebagai substrat MFC.

## 5. UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  ditujukan  kepada  tim  MFC,  dosen  pembimbing  serta laboratorium fisika UIN Alauddin.

## 6. DAFTAR PUSTAKA
Akbar,  T.N.  dkk.  (2017).  Analysis  Of  The  Effect  Metals  As  An  Electrode  In Microbial  Fuel  Cell  To  The  Electricial  Energy  Production. Jurnal  e- Proceeding of Engineering . 4 (2). Bandung: Telkom University. Berita  Resmi  Statistik.  (2018).  Luas  Panen  dan  Produksi  Beras  2018.  Sulsel:BPS Pemprov Sulsel.
Ginting,  H.S.  dkk.(2013).  Pengaruh  Pemberian  Jerami  Padi  dengan  Berbagai Perlakuan  (Fisik,  Kimia,  Biologi  dan  Kombinasi)  Terhadap  Performans Domba Lokal Jantan. Jurnal Peternakan Integrative , 1 (2):155-164.
Basmanto, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2021) Vol. 8 (1): 28 - 35
Irmayuni  E,  dkk.  (2018).  Effectiveness  of  Nira  Lontar  (Borassus  Flabellifer)  as  An Ingredient  for  The  Development  of  Apem  Cake  Doungh. Jurnal  Pendidikan Teknologi Pertanian . Vol. 4 Oktober : S170-S183.
Kurniawati  L  &  I  Sanjaya.  (2013).  Effect  of  The  Spesies  of  Cellulotic  Bacteria  to Efficency of Microbial Fuel Cell. UNESA Journal of Chemistry , 2 (2). Mardiana  dkk(2015).  Microbial  Fuel  Cell  Berbasis  Yeast  (Saccharomyces Cerevisiae). Jurnal  Kesehatan  Bakti  Tunas  Husada,  14 (1).  Tasikmalaya: STIKes BTH.
Maswati  B.  dkk.  (2019).  Diversification  of  Renewable  Energy  Sources  Utilizing Eceng  Gondok  Eichhornia  Crassipes  in  Microbial  Fuel  Cell. International Conference of Science and Technology , UIN Alauddin.
Mirnawati, Heriyono, H., & Wahyuni, I. (2019). Inovasi Energi Bersih dari Molases sebagai Sustainable and Energy Resource Berbasis Teknologi Microbial Fuel Cell (MFC). Sains Dan Teknologi , 2 (1), 1–5.
Muftiana  dkk.  (2018).  The  Effect  of  KMnO4  and  K3[Fe(CN)6]  Concentrations  on Electrical  Production  in  Fuel  Cell  Microbial  System  with  Lactobacillus. Bulgaricus  Bacteria  in  A  Tofu  Whey  Substrat. Jurnal  Kimia  Sains  dan Aplikasi 21 (1):29-53.
Novia  dkk.  (2014).  Pembuatan  Bioetanol  dari  Jerami  Padi  dengan  Metode Ozonolisis-Simultaneous  Saccharification  and  Fermentation  (SSF). Jurnal Teknik Kimia , 20 (3).
Utami  L.  dkk.  (2018).  Produksi  Energi  Listrik  dari  Limbah  Kulit  Pisang  (Musa Paradisiaca  L.)  Menggunakan  Teknologi  Microbial  Fuel  Cell  dengan Permanganate Sebagai Katolit. Jurnal Al-Kimiya , 5 (2) (62-67).
Utami,  L.  dkk.  (2018).  Produksi  Energi  Listrik  Dari  Limbah  Kulit  Pepaya  (Carica Papaya) Menggunakan Teknlogi Microbial Fuel Cells. Jurnal Al-Kimia . Riau: Universitas Sultan Syarif Kasim.
Utami,  L.,  Lazulva,  L.,  &  Fatisa,  Y.  (2019).  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. https://doi.org/10.15575/ak.v5i2.3833
Utari, N. D., Istirokhatun, T., & Hadiwidodo, M. (2014). Pemanfaatan Limbah Buah Buahan  Sebagai  Penghasil  Energi  Listrik  dengan  teknologi  Microbial  Fuel Cell  (Variasi  Penambahan  ragi  dan  Asetat). Jurnal  Teknik  Lingkungan , 3 (2), 1–6. https://www.neliti.com/id/publications/144009/pemanfaatan-limbah- buah-buahan-sebagai-penghasil-energi-listrik-dengan-teknologi#cite
Yogaswara, et al. (2017). Studi Penambahan Mikroorganisme Pada Substrat Limbah Pome  Terhadap  Kinerja  Microbial  Fuel  Cell. Jurnal  Teknik  Kimia,  12 (1). Balikpapan: Institut Teknologi Karangjoang.