Dark/Light Mode

Hasil Rekapitulasi KPU
Pemilu Presiden 2024
Anies & Muhaimin
24,9%
40.971.906 suara
24,9%
40.971.906 suara
Anies & Muhaimin
Prabowo & Gibran
58,6%
96.214.691 suara
58,6%
96.214.691 suara
Prabowo & Gibran
Ganjar & Mahfud
16,5%
27.040.878 suara
16,5%
27.040.878 suara
Ganjar & Mahfud
Sumber: KPU

Wujudkan Development of Renewable Energy

Inovasi Limbah Kulit Pinang Penghasil Listrik Bersistem PEMFC Dilengkapi Membran Komposit Kitosan dari Rumput Laut Coklat Terfosforilasi

Minggu, 30 Mei 2021 11:16 WIB
Muthia Zahra Mutmainnah, Universitas Gadjah Mada. (Foto: Istimewa)
Muthia Zahra Mutmainnah, Universitas Gadjah Mada. (Foto: Istimewa)

RM.id  Rakyat Merdeka - Muthia Zahra Mutmainnah, Universitas Gadjah Mada.

Karya ini menjadi Pemenang 6, dalam Kompetisi Penulisan Artikel Energi Baru Terbarukan, Piala Menteri ESDM RI 2021. Pengantar

Apa pun yang dilakukan oleh seseorang itu, hendaknya dapat bermanfaat bagi dirinya sendiri, bermanfaat bagi bangsanya, dan bermanfaat bagi manusia di dunia pada umumnya

-Ki Hajar Dewantara

Negara Indonesia dengan identitasnya sebagai tanah surga juga dikenal sebagai raja dari Tenggara karena memiliki flora dan fauna yang melimpah. Setidaknya, Indonesia telah memiliki 8.000 spesies tumbuhan dan 2.215 spesies hewan.

Salah satu flora yang kali ini disorot penulis adalah pinang (Areca catechu) atau buah yang berbentuk telur berwarna oranye kemerahan yang lazim ditemukan di Indonesia. Sejak pemutakhiran teknologi yang meningkat secara gramatikal, pinang tidak lagi digunakan hanya untuk aktivitas menyirih.

Kini, pinang menjadi primadona ekspor pertanian di beberapa wilayah Indonesia. Akan tetapi, di balik permintaan ekspor pinang yang meningkat, tingginya volume pinang yang diekspor berbanding lurus dengan limbah kulit pinang yang dihasilkan.

Hal tersebut terjadi kerena sebagian besar pinang yang diekspor hanya berupa biji dan bagian kulitnya dibiarkan begitu saja (Lazulva & Utami, 2017). Kulit pinang yang dibuang tersebut berakhir di tempat pembuangan dan menjadi limbah. Sampai saat ini, belum ada pengoptimalan limbah kulit pinang karena masih banyaknya kulit pinang yang berserakan dan dibakar di sekitar tempat pengelolaan buah pinang (Tamlogy, et al., 2019).

Tentunya, hal ini menyebabkan polutan lingkungan dan penyumbang gas rumah kaca. Maka dari itu, permasalahan ini menjadi petunjuk awal bagi penulis untuk menggali lebih dalam mengenai limbah kulit dari buah yang dikenal sebagai herbal Nusantara. Sangat disayangkan jika kulit pinang hanya menjadi sumber polutan lingkungan karena perlu diketahui bahwa kulit pinang mengandung selulosa yang tinggi, yaitu sekitar 34.18 persen diikuti dengan 20.83 persen hemiselulosa, serta 31.6 persen lignin (Chandra C.S., et al., 2016).

Kandungan selulosa yang tinggi tersebut berpotensi untuk diolah menjadi sumber biomassa terbarukan. Limbah biomassa seperti kulit pinang yang mengandung selulosa dapat digunakan dalam produksi biohidrogen dengan memanfaatkan agen mikroba (Susilaningsih, et al., 2008). Pemanfaatan limbah biomassa menjadi produk biohidrogen dapat menghasilkan gas hidrogen sebesar 1-1,8 liter/liter substrat dengan kemurnian gas hidrogen berkisar 70-80 perseb (Susilaningsih, 2020).

Selanjutnya, apabila ditinjau lebih dalam, biohidrogen dari pinang berpotensi menjadi bahan bakar fuel cell dalam menghasilkan energi listrik yang dapat disimpan (Rahman & Dewi, 2009). Tentunya hal ini dapat menjadi solusi untuk mengurangi hamparan limbah kulit pinang dan sekaligus menjadi angin segar bagi proyek eksplorasi biohidrogen penghasil energi listrik terbarukan.

Fuel cell merupakan perangkat elektrokimia yang dapat mempertemukan hidrogen dengan oksigen untuk menghasilkan energi listrik, beserta panas dan air. Ada beberapa jenis fuel cell yang saat ini sedang dikembangkan, yaitu Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), dan Solid Oxide Fuel Cell (SOFC).

Di antara jenis fuel cell yang ada, jenis yang paling efektif digunakan adalah Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) karena efisensi konversi-nya mencapai 50 persen, operasionalnya yang mudah dan relatif cepat, menggunakan membran elektrolit yang dapat menghindari proses korosi, dapat dioperasikan pada temperatur rendah, dan bebas polusi (Peng, et al., 2014).

Berdasarkan pemaparan tersebut, penulis mencoba untuk menciptakan gagasan futuristik berupa biohidrogen dari limbah kulit pinang sebagai prekusor utama yang dapat menghasilkan energi listrik terbarukan. Produk tersebut bernama By Pinang Kito-FC (Biohydrogen Pinang dengan Membran Komposit Kitosan- Fuel Cell). By Pinang Kito-FC merupakan salah satu jenis perangkat elektrokimia dengan sistem PEMFC yang menggunakan membran komposit kitosan dari rumput laut (Sargassum sp.) terfosforilasi. Sejatinya, membran yang umum digunakan dalam PEMFC adalah nafion. Nafion mempunyai konduktivitas proton yang tinggi sebesar 4,7 x 10-2 S/cm di bawah 100 oC, stabilitas termal yang tinggi sebesar 280 oC, dan persentase penyerapan air yang rendah 15,2 persen (Smitha, et al., 2005).

Baca juga : Kuartal I 2021, Laba Bersih Wika Capai Rp 105 Miliar

Namun demikian, penggunaan membran komposit kitosan rumput laut (Sargassum sp.) terfosforilasi dinilai jauh lebih terjangkau dari sisi harga, memiliki nilai kapasitas pertukaran ion yang lebih tinggi dari nafion, serta memiliki kinerja yang hampir sama dengan nafion (Wafiroh, et al., 2016).

Adapun komponen By Pinang Kito-FC tersusun atas membran komposit kitosan-sodium alginat terfosforilasi sebagai membran atau elektrolit pertukaran ion, elektroda yang mengandung katoda dan anoda dengan lapisan katalis platina, lapisan difusi gas, gasket sebagai penyegel gas dan isolasi listrik, serta plat bipolar untuk mengirimkan bahan bakar biohidrogen dan oksidan ke dalam komponen reaktif.

 

 

Sama seperti PEMFC lainnya, perangkat By Pinang Kito-FC membutuhkan bahan bakar yang berasal dari oksidasi biohidrogen di anoda dan reduksi oksigen di katoda. Dengan adanya membran komposit kitosan atau elektrolit, gas hidrogen tersebut tidak akan bercampur dengan oksigen. Atom hidrogen yang masuk ke anoda akan teroksidasi oleh katalis platina menjadi proton dan elektron. Selanjutnya, Proton mengalir melewati membran dan akan berikatan dengan oksigen di lapisan katoda menghasilkan air dan panas dengan bantuan katalis platina. Sementara itu, elektron yang menumpuk di anoda akan bergerak menuju current collector untuk mengalirkan elektron ke katoda sehingga menghasilkan arus listrik searah. Secara umum, reaksi yang terjadi dalam sistem PEMFC adalah sebagai berikut (Jiao, 2013):

 

 

Terdapat 3 proses utama dalam pembuatan Perangkat By Pinang Kito-FC, yaitu proses produksi gas biohidrogen yang meliputi persiapan (pre-treatment) secara fisik dan kimiawi, hidrolisis selulosa, dan fermentasi gelap, lalu dilanjutkan dengan proses pembuatan membran komposit kitosan dari rumput laut (Sargassum sp.) terfosforilasi, serta perakitan Perangkat By Pinang Kito-FC. Secara ringkas proses tersebut ditunjukkan pada gambar berikut:

 

 

Produksi biohidrogen dari limbah kulit pinang diawali dengan proses pre-treatment yang dilakukan secara fisik dan kimiawi dengan tujuan memecah struktur lignin yang kompleks menjadi struktur yang lebih sederhana. Persiapan secara fisik dilakukan dengan pembersihan kotoran dan pengovenan dengan suhu 100 oC selama 8 jam untuk mengurangi kadar air (Susanto, et al., 1995), lalu hasil dari pengovenan digunting kecil-kecil sebesar 1cm dan diayak dengan ayakan 100 mesh untuk mendapatkan substrat berbentuk bubuk (Kodri, et al., 2013). Pre-treatment dengan alkalisasi menggunakan larutan NaOH 0.5 M untuk memisahkan residu lignin (Pradana, et al., 2017).

Hasil alkalisasi dibilas dengan akuades dan dikeringkan kembali menggunakan oven dengan suhu 100 oC selama 6 jam. Proses pre-treatment ini dapat menurunkan kandungan lignin secara optimal dari 7.93 persen menjadi 3.29 persen (Kodri, et al., 2013). Selanjutnya, hidrolisis selulosa secara enzimatik menggunakan enzim selulase dari mikrofungi Trichoderma reseei dan Aspergillus niger (1:1) yang akan menghasilkan glukosa dari hasil gula reduksi (Kodri, et al., 2013).

Setelah itu, glukosa akan melalui tahapan fermentasi gelap untuk menghasilkan biohidrogen menggunakan bakteri Enterobacter aerogeneses secara batch stirred tank reactor selama 24 jam dengan pengontrolan suhu 37 oC dan agitasi 40 rpm, serta penambahan urea konsentrasi 3 persen sebagai sumber nitrogen tambahan (Rahman & Dewi, 2009).

Baca juga : Pemasukan Dari Sektor Pajak Perlu Digenjot, Bukannya Dipangkas

Biohidrogen yang dihasilkan akan dialirkan menggunakan selang ke dalam penampungan berupa tabung gas trap yang dilengkapi dengan water trap untuk memisahkan uap air yang ikut mengalir. volume biohidrogen yang ada di tabung dapat diketahui menggunakan Insturment GC-TCD (Permana, et al., 2018).

Proses selanjutnya adalah pembuatan membran komposit kitosan dari rumput laut (Sargassum sp.) terfosforilasi dengan menggunakan metode gabungan pada penelitian Smitha, et al. (2005) dan Wafiroh, et al. (2016). Langkah pertama diawali dengan ekstraksi sodium alginat dari Sargassum sp. hingga menghasilkan sodium alginat berupa bubuk. Setelah itu, sodium alginat dicampurkan dengan kitosan (8:1) untuk menghasilkan larutan dope yang dapat yang dapat dicetak menjadi membran komposit kitosan-sodium alginat dengan nilai modulus young sebesar 0,901 kN/cm2 dan nilai swelling air sebesar 19,14 persen.

Selanjutnya, membran difosforilasi dengan sodium tripolifosfat (STPP) 2N. Hasil akhir berupa membran optimal yang memiliki konduktivitas proton sebesar 4,7 x 10-5 S/cm2, permeabilitas metanol sebesar 72,7x10-7 kg/cm2s, serta nilai kapasitas penukar ion sebesar 0,91 meq/g yang lebih baik dari nafion 117 untuk meneruskan proton dari anoda ke katoda.

Proses terakhir adalah perakitan Perangkat By Pinang Kito-FC dengan menempatkan membran komposit kitosan terfosforilasi di antara ruang yang berisi elektroda berupa katoda dan anoda yang mengandung katalis platina, lalu, diikuti dengan pemasangan seluruh komponen perangkat beserta gas bag biohidrogen. Selanjutnya elektroda dihubungkan dengan rangkaian kabel pada alat multimeter. Setelah itu, arus listrik dan tegangan diukur menggunakan multimeter. Apabila seluruh tahapan telah dilaksanakan, By Pinang Kito-FC dapat dicoba untuk diaplikasikan pada lampu LED dengan daya 3 watt.

 

 

Pencemaran lingkungan semakin meningkat secara eksponensial sehingga menyebabkan banyaknya permasalahan lingkungan yang harus dihadapi. Sekecil apapun perubahan yang dilakukan mulai hari ini, diharapkan dapat membantu keseimbangan lingkungan agar tetap terjaga. Salah satu upaya menjaga lingkungan dapat dilakukan melalui penggunaan By Pinang Kito-FC dalam mengurangi hamparan limbah kulit pinang di sekitar wilayah perkebunan pinang. Perangkat elektrokimia ini juga dirancang dengan menggunakan membran komposit kitosan dari rumput laut coklat (Sargassum sp.) terfosforilasi yang jauh lebih efisien dalam menekan biaya produksi karena tidak memerlukan katalis impor dengan harga yang selangit. Harapannya, dengan hadirnya gagasan futuristik konstruktif berupa By Pinang Kito-FC ini, dapat mendorong masyarakat luas untuk ikut berkonstribusi menyampaikan ide dan gagasannya mengenai Energi Baru dan Terbarukan (EBT) dalam rangka mewujudkan renewable energy development di Indonesia secara komprehensif. (*)

"Kalau biaya energi murah, produk akan dapat bersaing dan industri pun bisa berkembang" - Arifin Tasrif, Menteri ESDM, 2020

Daftar Pustaka

1.Chandra C.S., J., George, N. & Narayanankutty, S. K., 2016. Isolation and characterization of cellulose nanofibrils from arecanut husk fibre. Carbohydrate Polymers, pp. 158-166.

2. Kodri, Argo, B. D. & Yulianingsih, R., 2013. Pemanfaatan Enzim Selulase dari Trichoderma Reseei dan Aspergillus Niger sebagai Katalisator Hidrolisis Enzimatik Jerami Padi dengan Pretreatment Microwave. Jurnal Bioproses Komoditas Tropis, 1(1), pp. 36-43.

3. Lazulva & Utami, L., 2017. Biosorpsi Ion Logam Cd (Ii) Dari Larutan. Journal of Sainstek, pp. 85-93.

4. Peng, A. Z. et al., 2014. Asymmetric bi-layer PFSA membranes as model. Physics Chemistry, 24 Agustus, pp. 20941-20956.

Baca juga : Baiknya Kejar Pajak Perusahaan Digital

5. Permana, E. et al., 2018. Optimasi Produksi Biohidrogen dari Palm Oil Mill Effluent dengan Metode Suppressing Mikroba Metagenomik pada Inokulum Kotoran Sapi. Yogyakarta, Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Kejuangan.

6. Pradana, A. M., Ardhayananta, H. & Farid, M., 2017. Pemisahan Selulosa dari Lignin Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Alkalisasi untuk Penguat Bahan Komposit Penyerap Suara. Jurnal Teknik ITS, VI(2), pp. 413-416.

7. Rahman, M. A. & Dewi, E., 2009. Inovasi Teknologi Biohidrogen Dari Limbah Biomassa ke Energi Listrik dengan Teknologi Fuel-Cell. Jurnal Teknik Lingkungan, X(3), pp. 319-327.

8. Smitha, B., Devi, A. D. & Sridhar, S., 2005. Chitosan-Sodium Alginate Polyion Complexes as Fuel Cell Membranes. European Polymer Journal, Volume XLI, pp. 1859-1866.

9. Sultoni, Yusuf, M. & Alvian, T. W., 2017. Pengaruh Proses Alkali dan Fraksi Massa Serat terhadap Sifat Fisik dan Sifat Mekanik Komposit Polyurethane/Coir Fiber, Surabaya: ITS.

10. Susanto, E., Syahril & Waspodo, P., 1995. Pengaruh Suhu Pengeringan Buah Pinang (Areca catechu L.) Terhadap Jumlah Biji Pinang Utuh. Journal of Agro-base Industry, XII(1), pp. 36-40.

11. Susilaningsih, D., 2020. Energi Generasi Tigaberbasis Mikrob Fotosintetik Dan Mikroalga Mendukung Solusi Krisis Energi Ramah Lingkungan. 1nd penyunt. Jakarta: LIPI Press.

12. Susilaningsih, D., Harwati, T. U., Anam , K. & Yopi, 2008. Preparasi Substrat Limbah Biomasa Kekayuan Tropika. Makara Journal of Technology , XII(1), pp. 38-42.

13. Tamlogy, W. R., Kardisa, A., Hisbullah & Aprilia, S., 2019. Pemanfaatan Selulosa dari Limbah Kulit Buah Pinang sebagai. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan, XIV(1), pp. 63-71.

14.Wafiroh, S., Suyanto & Yuliana, 2016. Pembuatan Dan Karakterisasi Membran Komposit Kitosan-Sodium Alginat Terfosforilasi Sebagai Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). Journal Kimia Riset, I(1), pp. 14-21.

Update berita dan artikel RM.ID menarik lainnya di Google News

Dapatkan juga update berita pilihan dan breaking news setiap hari dari RM.id. Mari bergabung di Grup Telegram "Rakyat Merdeka News Update", caranya klik link https://t.me/officialrakyatmerdeka kemudian join. Anda harus install aplikasi Telegram terlebih dulu di ponsel.