Pengaruh Ukuran Partikel Grafit pada Performa Membrane-less Microbial Fuel Cell (Ml-MFC) Menggunakan Anoda Berbahan Aluminium Berlapis Grafit

Abstract

Tren kebutuhan energi listrik di Indonesia akan semakin meningkat pada setiap tahunnya. Kondisi tersebut disebabkan oleh adanya tren pertambahan jumlah penduduk Indonesia yang terus meningkat pesat pada setiap waktunya. Selain karena jumlah bahan bakar fosil yang sudah menipis, emisi yang berdampak pada lingkungan juga dapat menjadi bahan pertimbangan untuk peralihan energi nasional. Salah satu solusi permasalahan tersebut yakni dengan memanfaatkan sumber daya energi terbarukan yang tidak menghasilkan emisi gas. Salah satunya yakni dengan memanfaatkan aktivitas mikroba untuk menghasilkan listrik, yang sering disebut dengan sel bahan bakar mikroba atau Microbial Fuel Cell (MFC). Keunggulan dari ide Ml-MFC yakni bahan pemrosesannya berupa bakteri yang terdapat pada tanah ataupun limbah sehingga dapat menguragi penumpukan limbah nasional dan menetralkan lingkungan dari bahan pencemar, serta memperoleh energi listrik bersih. Dalam perkembangannya, ada dua jenis desain dari sebuah MFC yakni MFC tanpa membran dan MFC dengan menggunakan membran. MlMFC atau MFC tanpa membran menghasilkan nilai tegangan listrik yang lebih besar jika dibandingkan dengan MFC yang menggunakan membran (M-MFC). Sejauh ini, penggunaan grafit untuk bahan anoda dalam MFC sudah ada yang melakukan, namun analisis mengenai pengaruh ukuran partikel grafit pada performa MFC merupakan hal yang baru dan penting untuk diteliti. Sehingga dilakukan penelitian “Pengaruh Ukuran Partikel Grafit pada Performa Membraneless Microbial Fuel Cell (Ml-MFC) Menggunakan Anoda Berbahan Aluminium Berlapis Grafit”. Tujuan dari penelitian ini yakni untuk mencari kondisi anoda yang dapat menghasilkan nilai konduktivitas listrik, daya listrik, dan masa kerja efektif paling optimum. Karakteristik fisis material anoda akan dikarakterisasi menggunakan metode Fourier Transform Infra Red (FTIR). Dengan demikian, didapatkan anoda yang dapat meningkatkan kinerja dari Ml-MFC sehingga memiliki output tegangan, kuat arus, daya, dan kerapatan daya yang optimal. Penelitian Ml-MFC yang dilakukan menggunakan sistem single chamber, dimana anoda dan katoda berada di satu ruang yang sama. Konfigurasi elektroda yang digunakan yakni anoda berada di bagian bawah dan berkontak langsung dengan substrat. Katoda diletakkan di bagian atas dan berkontak langsung dengan oksigen (O2). Pengukuran hubungan ukuran partikel grafit sebagai bahan pelapis anoda dengan nilai daya listrik dilakukan dengan cara mengukur nilai tegangan listrik (V) dan kuat arus listrik (I) menggunakan multimeter digital. Sehingga dari kedua parameter tersebut diperoleh nilai daya listrik (P). Proses pengujian konduktivitas listrik anoda dilakukan dengan menggunakan metode four point probe. Pada teknisnya, saat dilakukan pengukuran akan didapatkan dua parameter yakni berupa tegangan listrik (V) dan kuat arus listrik (I). Dua besaran tersebut kemudian dilakukan pemrosesan data menggunakan rumus perhitungan resistivitas pada sampel yang berbentuk persegi atau persegi panjang. Nilai resistivitas sampel yang diperoleh kemudian digunakan untuk menentukan nilai konduktivitas listrik sampel. Data tegangan listrik dan kuat arus yang diambil sebanyak 20 data untuk masing-masing sampel anoda agar menghasilkan data yang lebih akurat dan presisi. Faktor koreksi yang digunakan yakni sebesar 0,7784. Faktor tersebut diperoleh dengan meninjau tabel faktor koreksi untuk sampel persegi dan memperhatikan dimensi dari sampel anoda. Penggunaan ukuran yang tepat pada proses pelapisan anoda aluminium menggunakan bahan grafit akan meningkatkan kinerja anoda Ml-MFC. Namun, jika penggunaan ukuran yang kurang tepat akan mengurangi kinerja dari anoda MlMFC. Pada prinsipnya, sifat kelistrikan berupa konduktivitas listrik anoda yang dibutuhkan berasal dari bahan aluminium. Dengan demikian, jika ukuran partikel grafit yang digunakan sebagai pelapis semakin besar maka akan menurunkan nilai konduktivitas listrik anoda. Sehingga output tegangan, kuat arus, daya, dan kerapatan daya listrik yang dihasilkan oleh Ml-MFC akan semakin kecil. Hasil terbaik didapatkan saat menggunakan anoda aluminium berlapis grafit 250 mesh, dengan masa kerja efektif terbaik serta output tegangan, kuat arus, daya, dan kerapatan daya listrik yang cenderung lebih besar dibandingkan jenis anoda lainnya. Masa kerja efektif dalam hal ini didefinisikan sebagai jumlah hari saat MlMFC memiliki output tegangan listrik di atas 100 mV. Nilai konduktivitas listrik terbesar diperoleh pada anoda aluminium murni yakni sebesar 3,617 x 107 ± 1,303 x 106 S/m. Kemudian nilai konduktivitas listrik terbesar kedua yakni pada anoda aluminium berlapis grafit 250 mesh yakni sebesar 3,455 x 107 ± 1,143 x 106 S/m. Nilai konduktivitas terbesar ketiga diperoleh pada anoda aluminium berlapis grafit 200 mesh yakni 3,439 x 107 ± 1,267 x 106 S/m. Perlakuan kerja berupa pemberian lapisan grafit pada anoda aluminium memiliki efek menurunkan nilai konduktivitas listrik anoda. Dalam hal ini, semakin besar partikel grafit yang digunakan untuk pelapis anoda aluminium maka nilai konduktivitas listrik yang dihasilkan semakin kecil. Pada hasil uji FTIR anoda aluminium murni terdapat puncak serapan dengan intensitas kuat pada puncak 958 cm-1 yang mengindikasikan gugus Al-O-Al. Selain itu terdapat 3 puncak serapan dengan intensitas rendah yang mengindikasikan noise pengukuran. Pada anoda aluminium berlapis grafit 100 dan 250 mesh, tidak terindikasi gugus fungsi Al-O-Al karena anoda aluminium tertutupi oleh bahan grafit. Pada kedua anoda tersebut hanya terdeteksi puncak serapan yang mengindikasikan noise pengukuran dan noise alat ukur. Dalam hal ini, maksud dari noise yakni kondisi yang seharusnya berupa garis lurus namun pada grafik terdapat peak gelombang. Noise alat ukur disebabkan oleh keterbatasan pengukuran dari alat ukur tersebut.