## Pemanfaatan Limbah Cair Tahu dengan Teknologi Microbial Fuel Cell
(MFC) Berbasis Keramik
Utilization of Tofu Liquid Waste with Ceramic-Based Microbial Fuel Cell (MFC) Technology
Moh. Abduh Wafi 1 , Mutiara Garnet Rahmani Ahmad 2 , Misto 2 , Bowo Eko Cahyono 2 , Tri Mulyono 3*) , Mutmainnah 2
1 Prodi Magister Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember
2 Prodi Sarjana Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember
3 Prodi Sarjana Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember *E-mail: trimulyono.fmipa@unej.ac.id

## ABSTRACT
The application of ceramic-based Microbial Fuel Cells (MFCs) for the treatment of tofu liquid waste presents a promising and environmentally sustainable approach. The purpose of this study was to determine the effect of adding variations in substrate concentration and to determine the effect of variations in the surface area of the electrode (anode and cathode), resulting in a maximum power density value for a period of 13 days of measurement. The initial step is measuring the voltage and current with the substrate concentration without a dilution process, then the concentration variations are  carried  out  by  dilution  10  times,  8  times,  5  times,  4  times,  and  2  times  on  ceramics  with  a diameter of 8 cm. The second step is measuring the voltage and current by varying the surface area of the electrodes (cathode and anode). The results of the measurements obtained that the maximum power  density  value  obtained  was  188.23  mW/m 2 without  a  dilution  process,  namely  with  a concentration  of  3640  ppm  for  the  third  day.  Meanwhile,  the  results  of  the  measurement  of  the variation of the electrode surface area obtained a maximum power density value of 205.88 mW/m 2 on the electrode surface area of 3.57 m 2 for the third day. The more surface area of the electrode given  at  the  time  of  measurement,  the  more  bacteria  contact  the  electrode,  causing  the  resulting power density value to be even greater.
Keywords: Waste tofu, Microbial Fuel Cell (MFC), power density.

## PENDAHULUAN
Indonesia  masih  mendominasikan  sumber energi  listrik  dari  fosil  dalam  penggunaan listriknya. PLTU berbahan batu bara menempati posisi pertama  sebesar 24.8883 MW atau 48% dari  total  kapasitas  pembangkit  listrik  dalam negeri  dari  52.231  MW.  Pembangkit  listrik tenaga  gas  dan  uap  berbahan  bakar  gas menempati  posisi  kedua,  sebesar  11.262  MW atau  22%.  Diurutan  ketiga  terdapat  PLTG pembangkit  listrik  tenaga  gas  dan  pembangkit listrik tenaga  mesin dan gas (PLTMG) sebesar 3.944 MW atau 8% (Sulistiyawati et al ., 2020). Penggunaan  bahan  bakar  fosil  berkepanjangan akan  menyebabkan  ketidakstabilan  bumi, diantaranya semakin menipisnya minyak bumi, dan  mengacu  pada  kestabilan  harga  SDA, meningkatnya  polusi  gas  rumah  kaca  akibat pembakaran bahan bakar fosil, serta perubahan iklim  (Rayhan et  al .,  2023),  (Achakulwisut et al .,  2023).  Salah  satu  alternatif  yang  dapat digunakan untuk mengatasi kebutuhan energi di bumi yaitu sistem fuel cell .  Kronologis singkat proses yang terjadi dalam sistem fuel cell yaitu
oksigen  dan  hidrogen  direaksikan  dalam  sel untuk  memproduksi  air  dan  arus  Listrik (Pramuanjaroenkij & Kakaç, 2023).
Kurniawati  &  Sanjaya  (2013)  menyatakan Energi  yang  dihasilkan  sistem fuel  cell dalam bentuk energi listrik dengan cara mengendalikan  arus  electron  (Kurniawati  & Sanjaya, 2013). Fuel cell menghasilkan elektron dengan  melepaskan  hidrogen  bebas  yang membutuhkan  katalis  yang  berasal  dari  sel hidup  seperti  mikroba  yang  ditempatkan  pada anoda. Microbial Fuel Cell (MFC) adalah salah satu teknologi ramah lingkungan yang mengkonversi  energi  dengan  memanfaatkan kemampuan metabolisme bakteri. MFC menggunakan  bakteri  anaerob,  yaitu  bakteri yang  dapat  mengkonversi  berbagai  macam senyawa  organik  menjadi  karbondioksida,  air, dan energi.
Menurut  Kurniawati  (2013)  menuliskan proses reaksi yang terjadi di dalam sistem MFC seperti:
Katoda :  e - + H + (aq) + O 2 (g) 2H 2 O
Anoda  : C 6 H 12 O 6 +6H 2 6CO 2 +24H + +24e -
Salah satu limbah yang dapat dimanfaatkan dan menjadi upaya penanggulangan
pencemaran  lingkungan  adalah  limbah  cair industri tahu (Ajijah et al ., 2020).  Kadar COD dan  BOD  pada  limbah  cair  tahu  cukup  tinggi begitupun dengan zat organik yang terkandung di  dalamnya.  Hasil  kadar  COD  dalam  limbah cair tahu sebesar 8.000 - 11.400 mg/L (Faisal et al .,  2016)  sedangkan  hasil  kadar  BOD  sebesar 6.000-8000  mg/L,  sehingga  limbah  cair  hasil pembuangan  tahu  merupakan  salah  satu pencemaran lingkungan yang cukup tinggi  (M. Aras, 2020), (Widayat et al ., 2019).
Terdapat  beberapa  penelitian  mengenai MFC  menggunakan  limbah  air  tahu  telah banyak dilakukan. Heryono, (2018) menganalisis potensi pada bakteri lactobacillus bulgaricus menghasilkan energi listrik maksimum  sebesar  0,302  mA  (Heryono et  al .,
2018)  dan  208  mV  dalam  waktu  100  jam. Safaati, (2020) juga telah melakukan penelitian mengenai limbah cair tahu dengan sistem dual chamber MFC memperoleh kuat arus sebesar 7 - 7,9 mA (Syafaati et al ., 2020). Sedangkan pada artikel ini dilakukan untuk pengembangan MFC dengan menggunakan
keramik dalam mengetahui  pengaruh  pengolahan  limbah dengan Ceramic  based Microbial  Fuel  Cell (MFC)  terhadap  kuat  arus  yang  dihasilkan menggunakan  isolat  bakteri  asli  pada  limbah yang  diperoleh  setelah  sistem  dilakukan. Perbedaan penelitian ini dengan penelitian yang telah  dilakukan  terletak  pada  pemanfatan limbah  cair  tahu  menggunakan  sistem  MFC berbasis  keramik  gerabah.  Penggunaan  media sebagai membran MFC secara keseluruhan yang digunakan juga berbeda, desain yang diaplikasikan  juga  tentu  berbeda,  dimana  pada penelitian ini menggunakan gerabah tradisional berupa  keramik.  Menurut  penelitian  Gajda et al .,  (2015),  menyatakan  dalam  menghasilkan daya  maksimal  sebesar  286  mW/m 2 yang menggunakan membran gerabah sebagai bahan alternatif  yang  lebih  terjangkau  untuk Proton Exchanges  Membrane (PEM)  (Gajda et  al ., 2015).  Serta  pemilihan  elektroda,  misal pemilihan katoda berbasis karbon aktif sebagai campuran PTFE. Menurut Gajda et al ., (2020), kinerja daya maksimum dari operasi MFC yang dimodifikasi pada urin manusia mencapai daya hingga 3,7 mW (Gajda, 2020) yang merupakan kerapatan  daya  volumetrik  52,9  W  m 3 dan menunjukkan  kinerja  hingga  3  kali  lebih  baik pada kontrol, anoda yang tidak dimodifikasi.
Karakteristik  limbah  tahu  dapat  diketahui melalui pegukuran parameter kimia dari limbah cair  tahu.  Limbah  cair  yang  dianalisa  adalah limbah cair sisa hasil proses pengelolahan atau penyaringan  tahu  menjadi  gumpalan  tahu  atau whey . Hasil uji yang didapat akan dibandingkan dengan  peraturan  Menteri  Lingkungan  Hidup Republik  Indonesia  No.5  tahun  2014.  Hasil Analisa parameter limbah cair tahu dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Karakteristik limbah cair hasil industri tahu Parameter Satuan Konsentarsi substrat Baku Mutu TTS Mg/L 5603 200 BOD Mg/L 491,52 150 pH - 3,5 6-9
Secara umum karakteristik limbah cair tahu lebih  kental  dibandingkan  air  murni,  berwarna kuning  kecoklatan  atau  keruh,  memiliki  suhu 40 o C  karena  proses  perebusan  kedelai,  serta memiliki  bau  asam  yang  cukup  menyengat. Selain  karakteristik  limbah  tahu  ini  tidak memenuhi baku mutu air yang ditentukan oleh Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Republik Indonesia.
Artikel ini menyelidiki optimalisasi pembangkit listrik dari limbah cair tahu, sumber biofuel  yang  potensial,  dengan  menyelidiki pengaruh konsentrasi substrat dan luas permukaan  elektroda  dalam  sistem  MFC berbasis  keramik.  Dengan  memaksimalkan kepadatan  daya,  penelitian  ini  bertujuan  untuk berkontribusi  pada  pengembangan  MFC  yang efisien  dan  ramah  lingkungan  untuk  produksi bioenergi.

## METODE
Pengukuran  pada  penelitian  ini  untuk  mengetahui pengaruh konentrasi sbstrat laimba tahu dan pengaruh perbandingan  luas  anoda:  katoda  terhadap power density .  Tahap  awal  mengukur  arus  dan  tegangan yang dihasilkan MFC dengan memvariasi konsentrasi substrat limbah cair tahu, lalu diolah dan didapatkan nilai power  density (Pd)  maksimum  awal.  Tahap selanjutnya  dilakukan  pengukuran  ulang  tegangan dan kuat arus dengan memvariasi perbandingan luas permukaan elektroda dengan ukuran keramik sebesar 6  cm,  8  cm,  10  cm,  dan  12  cm,  lalu  diolah  dan didapatkan  nilai power  density (Pd)  maksimum kedua. Tegangan dan kuat arus diukur menggunakan multimeter digital. Desain rangkaian yang digunakan pada  penelitian  ini  berupa Dual  Chamber MFC seperti pada Gambar 1.

## Gambar 1.  Skema pengukuran

## Pengaruh Konsentrasi Substrat
Pengukuran  tegangan  dan  kuat  arus  listrik  yang dihasilkan  system  MFC  dengan  variasi  konsentrasi substrat  tahap  awal  dengan  mengambil  limbah  cair tahu sebanyak 200 ml (tanpa pengenceran), kemudian substrat diletakkan pada toples bagian anoda dengan menggunakan  diameter  keramik  sebesar  8  cm  pada desain  sistem  MFC.  Variasi  konsentrasi  substrat dilakukan  dengan  pengenceran  seperti  ditunjukkan pada Tabel 2. Hasil pengenceran ini kemudian diukur konsentrasi padatan terlarut (TDS) dengan konduktometer.  Hasil  data  I  dan  V  sebelum  dan sesudah  tervariasi  diolah  dan  dihitung  untuk mengetahui  pengaruh  konsentrasi  terhadap  nilai power density maksimum.
Tabel.2 Variasi konsentrasi substrat dari limbah tahu
No Volume limbah (mL) Konsentrasi (ppm) Label 1. 200 3640 Tp 2. 100 1970 Ka 3. 50 1250 Kb 4. 33,3 932 Kc 5. 20 693 Kd 6. 10 582 Kf
Pengukuran  tegangan  dan  kuat  arus  listrik  yang dihasilkan  oleh  MFC  dengan  variasi  perbandingan luasan  elektroda  (anoda  dan  katoda).  Variasi perbandingan  luas  permukaan  elektroda  (anoda  dan katoda)  pada  keramik  dengan  ukuran  diameter sebesar  8  cm,  10  cm,  dan  12  cm  ditunjukkan  pada Table 3.
Tabel  3.  Perbandingan  luas  anoda  dan  katoda  yang
menempel  pada  dinding  luar  dan  dalam keramik No Diameter Keramik Perbandingan Luas anoda : katoda Label 1. 6 cm 2,44 Aa 2. 8 cm 2,56 Ka 3. 10 cm 3,15 Kb 4. 12 cm 3,57 Kc Energi  listrik  yang    dihasilkan  oleh    sistem
Microbial Fuel Cell dihitung  menggunakan  rumus 1 (Mulyono, 2020), (Mulyono et al ., 2021). Sedangkan Power density dihitung menggunakan persamaan (2)
(Mulyono et al ., 2024), .
Daya (P) = V × I ……………           (1) 𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑦 (𝑃𝐷) = 𝐷𝑎𝑦𝑎 (𝑃) 𝐿𝑢𝑎𝑠 𝐴𝑛𝑜𝑑𝑎 (𝐴) ..       (2)
Keterangan : P : Daya (Watt)
V : Tegangan (Volt) I   : Kuat arus (Ampere)
Pd : Power density (Watt/m 2 ) A : Luas permukaan anoda (m 2 ).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Limbah cair tahu yang dimanfaatkan menggunakan  sistem Microbial  Fuel  Cell (MFC)  berbasis  keramik,  perlu  dilakukan perhitungan  dan  analisis  untuk  mencari  dan menentukan  nilai power  density maksimum dengan variasi konsentrasi substrat  limbah cair tahu  dan  variasi  perbandingan  luas  permukaan pada  elektroda  (anoda  dan  katoda).  Data  hasil dari variasi konsentrasi substrat tanpa pengenceran  dan  dilakukan  berulang  kali pengenceran  yaitu  2  kali,  4  kali,  6  kali,  8  kali dan  10  kali  pengenceran  dapat  dilihat  pada Gambar 2.
Gambar  2.  Grafik  hubungan power  density terhadap perbandingan luas anoda dan  katoda  dengan  pengukuran selama 13 hari
Pada  Gambar  2  menunjukkan  nilai power density maksimum  yaitu  didapatkan  pada variasi  konsentrasi  substrat  untuk  sampel  Tp dengan  nilai  konsentrasi  3640  ppm  sebesar 0,018823  mW/mm 2 untuk  hari  ke-3.  Hal  ini berarti  bahwa  pada  konsentrasi  3640  ppm merupakan  limbah  cair  tahu  yang  sepenuhnya tanpa  penambahan  air  atau  tanpa  dilakukan pengenceran.  Semakin  tinggi  nilai  konsentrasi, maka semakin banyak juga kandungan padatan yang  terlarut  yang  menjadi  nutrisi  nutrisi. Dampaknya  semakin  banyak  jumlah  bakteri pada  permukaan  elektroda  (Mulyono et  al ., 2023).  Kadar  padatan  yang  semakin  tinggi, maka semakin besar resiko clogging
(penyumbatan)  media  dan  konduktifitas  yang didapat  akan  menurun  sehingga  efisiensi pengolahan dari sistem semakin berkurang.
Gambar 3. Grafik hubungan nilai power density terhadap yang dihasilkan MFC pada konsentrasi 3640 ppm hari ke-3
Gambar  3  memperlihatkan  bahwa  semakin besar  nilai  arus  yang  dihasilkan  dalam pengukuran, maka power density yang dihasilkan juga semakin besar. Nilai arus yang semakin  tinggi,  menandakan  bahwa  terdapat aliran  elektron  menuju  ke  katoda  cukup  besar. Sedangkan, nilai tegangan mengalami penurunan  yang  diakibatkan  adanya  aktifitas bakteri dipermukaan anoda yang semakin lama akan  membentuk  biofilm  sehingga  rapat  daya yang dihasilkan cenderung mengalami penurunan  juga.  Nilai  rapat  daya  didapat  dari perkalian  antara  nilai  tengangan  dan  nilai  arus yang dihasilkan dari pengukuran dibagi dengan luas  permukaan  elektroda,  dimana  pada pengukuran  MFC  untuk  variasi  konsentrasi substrat  menggunakan  perbandingan  luas permukaan elektroda 2,56. Pada gambar 2, hasil nilai power  density maksimum  yang  didapat dari pengukuran adalah 188,23 mW/m 2 dengan konsentrasi 3640 ppm.
Gambar  4.  Hubungan  pengaruh  perbandingan luas  anoda:  katoda  terhadap power density MFC
Data  hasil  dari  variasi  luas  permukaan elektroda (anoda dan katoda) pada pengukuran MFC terdapat 4 variasi yaitu sampel Aa, Ka, Kb dan Kc didapat nilai power density paling tinggi pada sampel tipe Kc dengan perbandingan luas anoda:katoda  elektroda  3,57  merupakan  nilai power density yang tinggi yaitu 205,88 mW/m 2 tepat  pada  hari  ke-3  yang  dapat  dilihat  pada Gambar 5. Mikroba yang terdapat didalam MFC sangat  berperan  penting  dalam  meningkatkan nilai power  density pada  saat  luas  permukaan elektroda juga diperbesar. Hal tersebut
meningkatkan  banyaknya  kontak  bakteri  yang terjadi  pada  elektroda  (anoda  dan  aktoda), sehingga  nilai power  density yang  dihasilkan semakin  tinggi.Hal  ini  sejalan  dengan  hasil penelitian  Liang  (Liang et  al .,  2022), Rahimnejad (Rahimnejad, 2023)
Variasi  luas  permukaan  yang  dihasilkan mempengaruhi  nilai  arus  yang  dihasilkan. Semakin besar nilai arus yang dihasilkan, maka nilai power density maksimum yang dihasilkan juga  semakin  besar  (Yaqoob et  al .,  2020). Semakin luas permukaan elektroda (anoda dan katoda),  semakin  besar  nilai  tegangan  yang dihasilkan  dari  pengukuran  seperti  yang ditunjukkan pada Gambar 5. Hal ini disebabkan semakin  luas  permukaan  elekroda  semakin besar luas yang ditempati bakteri.
Gambar 5.  Grafik hubungan nilai power density terhadap arus dan tegangan terhadap arus  yang  dihasilkan  MFC  dengan perbandinga luas permukaaan elektroda 3,57 m  hari ke-3

## KESIMPULAN
Variasi  konsentrasi  dari  limbah  cair  tahu  yang dihasilkan  oleh  sistem Microbial  Fuel  Cell (MFC)  mempengaruhi  nilai  power  density, semakin besar tingkat konsentrasi substrat yang diberikan  maka  nilai  power  density  yang dihasilkan  juga  semakin  besar.  Sedangkan untuk  variasi  luas  permukaan  elektroda, Semakin  luas  permukaan  elektroda  yang
diberikan,  maka  nilai  power  density  yang dihasilkan  juga  semakin  besar  karena  adanya kontak bakteri yang terjadi pada elektroda.

## DAFTAR PUSTAKA
Achakulwisut  P,  Erickson  P,  Guivarch  C, Schaeffer  R,  Brutschin  E  &  Pye  S.  2023.
Global  Fossil  Fuel  Reduction  Pathways Under Different Climate Mitigation Strategies and Ambitions. Nature
Communications . 14 (1): 5425.
Ajijah  N,  Tjandra  B,  Hamidah  U,  Rani  W  & Sintawardani  N.  2020.  Utilization  of  Tofu
Wastewater  as  A  Cultivation  Medium  For Chlorella Vulgaris and Arthrospira Platensis. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science . 483 : 12027. Faisal M, Gani A, Mulana F & Daimon H. 2016. Treatment and Utilization of Industrial Tofu Waste  in  Indonesia. Asian  Journal  of Chemistry . 28 : 501-507.
Gajda  I.  2020.  A  New  Method  for  Urine Electrofiltration  and  Long  Term  Power Enhancement  Using  Surface  Modified Anodes With Activated Carbon in Ceramic Microbial  Fuel  Cells. Electrochimica  Acta , 353 :1-10.
Gajda I, Greenman J, Melhuish C & Ieropoulos
I. 2015. Simultaneous Electricity Generation And  Microbially-Assisted  Electrosynthesis in  Ceramic  MFCs. Bioelectrochemistry . 104 : 58-64.
Heryono H, Hasrullah H & Basmanto B. 2018. Produksi  Energi  Listrik  melalui  Teknologi Mikrobial  Fuel  Cell  Menggunakan  Limbah Eceng  Gondok  (Eichhornia  Crassipes (Mart) Solms) . Kurniawati L & Sanjaya IGM. 2013. Pengaruh Jenis  Bakteri  Selulotik  Terhadap  Efisiensi Sel  Bakar  Mikroba. Journal  of  Chemistry , 2 (2): 17-22.
Liang H, Han J, Yang X, Qiao Z & Yin T. 2022.
Performance  Improvement  of  Microbial Fuel  Cells  Through  Assembling  Anodes Modified with Nanoscale Materials.
Nanomaterials  and  Nanotechnology . 12 : 18479804221132964.
M. Aras  N. 2020. Quality  Test of  Liquid Tofu Waste in One of The Industries in Bantaeng District. IOP  Conference  Series:  Materials Science and Engineering . 885 : 12013. Mulyono  T.  2020.  Bioelectricity  Generation From Single-Chamber Microbial Fuel Cells With  Various  Local  Soil  Media  and  Green
Bean  Sprouts  as  Nutrient. International Journal of Renewable Energy Development .
9 (3): 423-429.
Mulyono  T,  Hutamia  DM,  Rofi’i  I,  Misto  M,
Nugroho  AT  &  Hariadi  YC.  2024.  The Application of Cows Rumen for Electricity Generation Through The Implementation of A  Ceramic-Based  Microbial  Fuel  Cell System. Jurnal ILMU DASAR. 25 (1): 27-32. Mulyono T, Misto & Nasifatul SM. 2021. The Effect  of  Addition  of  Vegetable  Waste  on Microbial Fuel Cell Performance. Journal of Physics: Conference Series . 1825 (1): 12073. Mulyono T, Zulfikar Z, Misto M & Islamintari,
W.  2023.  Effect  of  Fructose  and  Butyric Acid Addition during Electricity Production in  Single  Chamber  Microbial  Fuel  Cell. Computational And Experimental Research In  Materials  And  Renewable  Energy . 6 (1): 22-32. Pramuanjaroenkij A & Kakaç, S. 2023. The fuel Cell  Electric  Vehicles:  The  Highlight Review. International Journal of Hydrogen Energy . 48 (25): 9401-9425. Rahimnejad  M.  2023. Chapter  3  -  Anode electrodes  in  MFCs (M.  B.  T.-B.  F.  C.
Rahimnejad (ed.); pp. 67–91). Elsevier. Rayhan  A,  Kinzler  R  &  Rayhan  R.  2023.
Climate  Change  and  Global  Warming: Studying  Impacts,  Causes,  Mitigation,  and Adaptation . Sulistiyawati I, Rahayu NL, & Purwitaningrum, FS. 2020. Produksi Biolistrik Menggunakan Microbial  Fuel  Cell  (MFC)  Lactobacillus Bulgaricus dengan Substrat Limbah  Tempe dan Tahu. Majalah Ilmiah Biologi Biosfera , 37 (2): 112-117.
Syafaati  AD,  Wulan  D  &  Nugraha  I.  2020.
Potensi  Perolehan  Energi  Listrik  dalam Proses  Pengolahan  Limbah  Tahu  Melalui Microbial  Fuel  Cell  (MFC). ALKIMIA : Jurnal  Ilmu  Kimia  Dan  Terapan , 3 (2):  41- 50.
Widayat W, Plilia J & Wibisono J. 2019. Liquid Waste  Processing  of  Tofu  Industry  for Biomass  Production  as  Raw  Material Biodiesel  Production. IOP  Conference Series:  Earth  and  Environmental  Science . 248 : 12064.
Yaqoob  AA,  Ibrahim  MNM,  Rafatullah  M,
Chua  YS,  Ahmad  A  &  Umar  K.  2020. Recent  Advances  in  Anodes  for  Microbial Fuel Cells: An Overview. Materials (Basel, Switzerland) . 13 (9).
100                                                                     Pemanfaatan Limbah Cair …                 (Wafi, dkk)