Lomba Menulis AMIKOM 2022-Essay

Teknologi Sediment Microbial Fuel Cell (SMFC) Sebagai Sumber Energi Terbarukan Dalam Mengatasi Problematika Energi, Air dan Lingkungan di Masa Sekarang dan Masa Depan

Oleh: Rido Berutu

 Peningkatan populasi penduduk dunia dalam beberapa dekade terakhir telah mengakibatkan peningkatan kebutuhan energi secara signifikan. Saat ini kebutuhan pemenuhan energi baik untuk pembangkit listrik, transportasi, dan lainnya sebagian besar dipenuhi dari sumber bahan bakar fosil.  Sayangnya sumber energi fosil tak-terbarukan, dalam kurun 50 tahun ke depan diperkirakan akan habis. Selain jumlahnya yang semakin menipis dan pembakaran bahan bakar fosil juga menyebabkan berbagai pencemaran emisi di udara. Sehingga dalam berbagai penelitian telah banyak kajian yang melaporkan dampak negatif dari penggunaan bahan bakar fosil.  Oleh karena itu, berbagai upaya telah diusahakan untuk mencari sumber energi yang ramah lingkungan.

Kerusakan lingkungan yang terjadi saat ini bukan hanya karena pembakaran minyak bumi, tetapi juga karena berbagai jenis limbah seperti limbah domestik rumah tangga dan limbah lindi yang tidak ditangani secara baik. Di Indonesia, sampah kota masih terus menjadi masalah karena tidak mendapatkan penanganan yang baik. Umumnya, sampah berakhir di tempat pembuangan akhir (TPA) dalam bentuk tumpukan terbuka saja (open dumping). Masalah sampah di TPA bukan saja berkaitan dengan limbah padat dan gas (bau, CH₄), tetapi juga limbah cair yang disebut lindi. Tanpa kita sadari limbah dari TPA dapat mempengaruhi kesehatan manusia, mencemari lingkungan dan biota perairan karena dalam lindi terdapat berbagai senyawa kimia organik maupun anorganik serta bakteri patogen. Pengolahan limbah terutama limbah domestik dan lindi belum berjalan maksimal karena biaya operasional yang tinggi, sehingga dapat menyebabkan air sumur dan air permukaan menjadi tercemar. Karena itu, dibutuhkan teknologi tambahan untuk mengatasi pencemaran akibat dari limbah seperti ini.

Pengolahan air sedang mengalami transformasi yang mendalam dan semakin penting di seluruh dunia. Air adalah komoditas yang semakin langka dan akan terus berlanjut seiring bertambahnya penduduk dunia. Terutama di negara-negara miskin, itu tidak tersedia dalam jumlah yang cukup. Kelangkaan air menjadi semakin parah karena meningkatnya permintaan dari pihak industri, pertanian, dan pembangkit energi. Meskipun masalah seperti kelangkaan air memiliki relevansi terbatas di sini di Jerman, pendekatan yang bertanggung jawab dan hemat sumber daya untuk air adalah masalah penting untuk masa depan. Pengolahan air memainkan peran kunci dalam hal ketersediaan air. Sekitar 80 persen air limbah di seluruh dunia masih tidak diolah , meskipun dalam banyak kasus, mengolahnya secara teknis akan mungkin terjadi. Oleh karena itu, dalam jangka panjang ada potensi yang cukup besar untuk secara signifikan mengurangi tingkat konsumsi air pada industri-industri.

Kemudian selain daripada permasalahan tersebut yaitu energi dan pencemaran lingkungan terdapat persoalan yang lebih serius dan ini menyangkut kehidupan fundamental bagi makhluk hidup termasuk kita sebagai manusia. Dan pada saat ini miliaran orang di seluruh dunia tidak memiliki akses yang memadai ke salah satu elemen penting kehidupan: yaitu air bersih. Meskipun pemerintah dan pemberi bantuan telah banyak membantu dan memberikan akses orang yang tinggal di daerah yang kekurangan air dalam beberapa tahun terakhir, tapi masalahnya pada waktu ke depan diproyeksikan kelangkaan air ini akan semakin buruk dan berbahaya akibat dari pemanasan global dan pertumbuhan populasi. Menurut informasi dari WWF, sekitar 1,1 miliar orang di seluruh dunia tidak memiliki akses untuk mendapatkan air, dan total penduduk 2,7 miliar telah mengalami kelangkaan air setidaknya selama satu bulan dalam setahun.

Pada saat yang sama, dalam pengolahan air hal yang tak luput dari permasalahan adalah efisiensi energinya. Instalasi Pengolahan Air limbah (IPAL) dianggap belum sepenuhnya dapat menjadi solusi yang benar-benar bisa mengatasi problematika lingkungan dalam mengolah limbah. Alasannya karena penggunaannya masih terbatas karena fasilitas ,perawatannya yang mahal serta efisiensi energi yang rendah, meskipun inovasi dan teknologi telah membuatnya lebih murah selama ini. Jadi kemungkinan di masa depan efisiensi energi dalam pengolahan air akan menjadi salah satu masalah utama yang harus dihadapi.

Pengolahan air limbah yang sesuai penting untuk kesehatan manusia, dan teknologi pengolahan air limbah yang umum diterapkan berdasarkan pengolahan aerobik memiliki permintaan energi yang signifikan. Dengan demikian, teknologi pengolahan baru dengan konsumsi energi rendah yang berasal dari air limbah sangat menarik dan kemungkinan pemulihan sumber daya berharga (seperti energi dan air). Di antara konsep yang baru dikembangkan,salah satu teknologi terdepan untuk sekarang dan di masa depan dalam mengatasi problematika tersebut (energi,lingkungan,dan air) adalah teknologi Microbial Fuel Cell (MFC). Teknologi MFC merupakan sistem bioelektrokimia yang dapat membangkitkan listrik dari oksidasi substrat organik dan anorganik dengan bantuan katalisis berupa mikroba. MFC memiliki komponen yang sama seperti fuel cell biasa, yaitu tersusun atas anoda, katoda, dan elektrolit. Pada MFC, kultur mikroorganisme digunakan pada anoda. Penggunaan mikroorganisme dalam MFC ini bertujuan untuk menggantikan fungsi enzim sehingga dihasilkan substrat yang lebih murah.

Salah satu bentuk teknologi MFC yang sedang berkembang yaitu Sediment Microbial Fuel Cell (SMFC) dimana produksi bioelektrik dilakukan dengan menggunakan mikroorganisme aktif dalam sedimen. SMFC terdiri dari anoda yang tertanam dalam sedimen anaerobik yang terhubung melalui sirkuit listrik ke katoda yang tersuspensi dalam limbah di atasnya. SMFC memiliki sejumlah keunggulan diantaranya yaitu konversi langsung bahan organik ke arus, bekerja di berbagai kondisi lingkungan dengan suhu operasi yang rendah, biaya rendah, pemeliharaan yang lebih jarang, konstruksi sederhana, sumber bahan bakar murah, mudah ditempatkan di lokasi terpencil dan tidak memiliki generasi komponen beracun. Teknologi SMFC dapat mengekstrak energi listrik dari senyawa organik dalam sedimen alami.

Penggunaan teknologi SMFC ini untuk pengolahan air limbah sejatinya dapat diterapkan melalui kombinasi SMFC dan sistem pengolahan air limbah alami. Pengolahan air limbah biologis meniru degradasi mikroba senyawa organik yang terjadi di alam. Dengan demikian, sistem alami seperti kolam air dan lahan basah telah digunakan untuk mengolah air limbah, kadang-kadang dengan modifikasi (misalnya, aerasi). Kombinasi ini memberikan manfaat akan keunggulan dari kedua teknologi, seperti produksi energi di SMFC dan manajemen teknik dengan sistem perawatan alami. Ada juga manfaat tambahan yang dihasilkan dari kombinasi ini. Pertama, air limbah menyediakan lebih banyak senyawa organik (sumber elektron) untuk oksidasi anoda SMFC dan membantu meningkatkan pembangkit listrik; kedua, proses pembangkit listrik dapat merangsang penghapusan beberapa senyawa pencemar yang terkandung dalam air limbah atau sedimen; dan ketiga, listrik yang dihasilkan dapat diterapkan untuk mengimbangi konsumsi energi oleh sistem perawatan atau sensor daya untuk pemantauan terus menerus dan otomatis dari sistem perawatan seperti pemeberian udara melalui aerasi. 

Pengolahan air limbah menggunakan SMFC tampaknya merupakan aplikasi yang relatif baru. Telah ditemukan bahwa SMFC dapat secara efektif mengolah air limbah sambil menghasilkan listrik maka sel bahan bakar mikroba (MFC) tampaknya sangat menarik karena dapat menjadi pembangkit listrik secara langsung dari senyawa organik dengan memanfaatkan aktivitas dari proses metabolisme mikroba dengan akseptor elektron padat atau donor.

Jadi itulah bagaimana gambaran teknologi SMFC bekerja dan seberapa bagus dalam mengatasi persoalan energi,air dan lingkungan. Tapi ini mungkin tidak realistis untuk mengharapkan produksi energi besar-besaran dari SMFC yang digunakan untuk pengolahan air limbah. Namun, pemahaman yang jelas tentang keterbatasan SMFC dalam produksi energi tidak menghalangi aplikasi mereka untuk pengolahan air limbah; sebaliknya, ini dapat membantu kita untuk mengidentifikasi ceruk aplikasi yang sesuai. Mengingat kelebihan dan keterbatasan SMFC, mungkin ada dua aplikasi potensial untuk pengolahan air limbah yang dapat direalisasikan dalam waktu dekat: pertama, SMFC dapat digunakan untuk menghasilkan energi ke sensor daya yang memantau sistem pengolahan, dan aplikasi ini tidak memerlukan SMFC skala sangat besar; dan kedua, SMFC dapat diterapkan untuk meningkatkan penghapusan beberapa kontaminan spesifik dengan pembangkit listrik. Aplikasi lain juga dapat dieksplorasi dengan pemahaman lebih lanjut dan kemajuan sistem SMFC.

Sebagai penutup tulisan ini, bahwa inovasi teknologi harus dikembangkan guna meningkatkan kesadaran tentang masalah ini dan terutama pemecahan masalah air bersih. Karena kita sebenarnya tidak ada yang tahu apa yang akan terjadi di masa depan, tetapi salah satu dari sekian banyak teknologi masa depan yang baru dipaparkan pada tulisan ini yaitu teknologi SMFC setidaknya dapat memberi kita arah. Dimana pada sekarang ini kita harus punya tindakan untuk memberikan dampak besar mengenai kelanjutan bagaimana kita dan generasi kita mendatang akan hidup di Bumi. Walaupun pada saat ini banyak penemuan dan penelitian telah dikembangkan mengenai teknologi yang bisa mengatasi kelangkaan air di masa yang akan datang, tetap pasti akan ada kekurangan seperti biaya yang sangat mahal maupun dari segi efisiensi yang rendah. Untuk itu satu-satunya cara yang bisa kita perbuat pada saat ini dalam menjaga dan menghargai air agar tetap lestari di Bumi yaitu yang paling mudah adalah dengan cara menghemat air. Pergunakanlah air seperlu mungkin kemudian janganlah membuang sampah ke sembarang tempat seperti sungai karena itu akan membuat air menjadi kotor dan berujung kelangkaan air. Disaat air melimpah di rumah kita,kita tidak was-was ketika keran air hidup dan meluap dari bak air begitu saja,tapi ketika suatu saat nanti air telah tidak ada disamping kita ,niscaya bahkan beribu-ribu ton emas pun tidak akan ada harganya lagi bila disandingkan dengan setetes air. Perlu kita sadari bahwa tugas ini memanglah berat tapi kalau bukan kita yang berbuat maka siapa lagi. Semoga  tulisan ini membuat kita menjadi penghuni bumi yang lebih baik kedepannya dengan menjaga segala aturan di Bumi. Terima kasih kepada pembaca.

Referensi

Zabihallahpoor, A., Rahimnejad, M., dan Talebnia, F. 2015. Sediment microbial fuel cells as a new source of renewable and sustainable energy: present status and future prospects. RSC advances.5 (114):94171-94183.

 

Xu, B., Ge, Z., dan He, Z. 2015. Sediment microbial fuel cells for wastewater treatment: challenges and opportunities. Environmental Science: Water Research dan Technology.1(3):279-284.

Terima kasih kepada penyelanggara di AMIKOM (amikom.ac.id)