Rancang Bangun Microbial Fuel Cell di TPA Supit Urang, Mewujudkan Listrik Mandiri Untuk TPA yang Lebih Ramah Lingkungan

Malang merupakan salah satu kota di Indonesia yang belum terlepas dari permasalahan sampah. Menurut Dinas Kebersihan dan Pertamanan (DKP) Kota Malang, angka sampah yang dihasilkan di Kota Malang setiap harinya dapat mencapai hingga 400 ton per hari (Petrus Randi Jemali, Hesti Triana Soelistyari, Rizki Alfian, 2022).

Sejauh ini, TPA Supit Urang sebagai muara sampah di Kota Malang menggunakan sistem sanitary landfill  (Solichin, 2012). Sistem ini umum diterapkan di berbagai TPA, karena dapat menampung berbagai jenis sampah dan tidak menimbulkan pencemaran udara berupa bau tak sedap. 

Sistem pengolahan sampah sanitary landfill dilakukan dengan menumpuk sampah di lokasi cekung  (Izharsyah, 2020) dan menimbunnya dengan tanah (Dharma Aviva, Hidayat, Mangkona, 2019).

Air Lindi merupakan limbah cair yang dihasilkan dari  masuknya air eksternal ke dalam timbunan sampah, yang mengandung materi organik tinggi ((Enri Damanhuri dan Tri Padmi, 2016) dalam (Ika Wahyuning Widiarti, Eni Muryani, 2018)). Bahkan disebutkan dalam (Syamsu Rosid, Ramadoni N. Koesnodo, Prabowo Nuridianto, 2011) air lindi dapat menyebar hingga beberapa ratus meter dari lokasi TPA dan menyebabkan bau menyengat pada sumur warga sekitar.

Membahas air lindi, TPA Supit Urang Kota Malang yang terletak di Kelurahan Mulyorejo, Kecamatan Lowokwaru, Kota Malang memiliki pengelolaan berupa kolam stabilisasi dan kolam aerasi, yang dapat menurunkan kadar BOD (kebutuhan oksigen guna mengurai materi organik pada air) dan COD (jumlah oksigen terlarut yang dibutuhkan untuk menguraikan materi organik pada air) (Sri Royani, Adita Silvia Fitriana, Afresa BiasPutri Enarga, HanifZufrialdi Bagaskara, 2021) hingga sesuai baku air mutu air lindi (Chairil Saleh, 2014). Sehingga, output-nya yang masih berupa air lindi, aman untuk dibuang kembali ke alam saja.

Di sisi lain, permintaan energi listrik kian hari juga semakin naik. Dalam aktivitasnya, PLTA memerlukan energi listrik sebagai sumber untuk mengoperasikan beberapa perangkat seperti lampu guna penerangan. 

Letak TPA yang jauh dari pemukiman warga dan lokasinya yang sangat luas, memerlukan biaya tinggi untuk untuk pengadaan dan operasional kebutuhan tersebut. 

Meningkatnya produksi air lindi, yang diiringi pertumbuhan volume sampah pada TPA, menaruh potensi yang besar untuk dimanfaatkan secara optimal. Menggunakan sistem microbial fuel cell, air lindi dapat menjadi sumber energi listrik guna memenuhi kebutuhan energi listrik, khususnya dalam operasional TPA setempat.

Microbial fuel cell merupakan sistem yang dapat mengkonversi energi kimia menjadi energi listrik, dari aktivitas bakteri. Berbeda dari sumber energi dari fosil yang dapat menghasilkan residu yang dapat mengancam lingkungan, microbial fuel cell tidak menghasilkan produk sampingan yang dapat mencemari lingkungan. 

Meskipun begitu, output dari sistem microbial fuel cell ini masih rendah. Penelitian terkait microbial fuel cell pun masih banyak dilakukan dalam skala laboratorium. Belum ada alat yang didesain secara langsung sesuai kondisi di TPA.  

Baca juga : Bantuan Baznas Jadi Polemik, Ganjar Perintahkan Ditarik Dan Digunakan Membantu Warga Lain

                                      Gambar 1.  Desain Microbial Fuel Cell

Sampah di Kota Malang masih menjadi masalah kebersihan dan keindahan kota,menurut Ahmad Wahyudi selaku penganalisa SDM Kota Malang, dengan produksi harian sebesar 400 ton/hari dan 69 persen berasal dari sampah domestik.

Sebagian besar sampah tersebut saat ini masih dikirim ke TPA Supit Urang, yang menyebabkan peningkatan volume sampah di TPA tersebut setiap tahunnya dan peningkatan air lindi yang mencemari lingkungan.

Tabel 1. Komposisi Air Lindi

Volume sampah yang terus meningkat menyebabkan produksi air lindi, yang merupakan campuran dari larutan sampah dan air hujan yang telah larut dengan berbagai materi organik., menjadi semakin banyak.

Air lindi ini merupakan ancaman bagi lingkungan, karena mengandung materi organik yang melebihi baku mutu yang ditetapkan oleh pemerintah. Salah satu cara mengurangi materi organik berlebih adalah dengan menggunakan mikroorganisme, yang memiliki kemampuan untuk mendegradasi materi organik menjadi sederhana dan aman bagi lingkungan.

Microbial fuel cell (MFC) merupakan sistem yang dapat menghasilkan energi listrik dari metabolisme mikroba. MFC memanfaatkan reaksi kimia yang terjadi pada air lindi untuk menghasilkan energi listrik. 

Komponen utama yang bekerja pada MFC adalah anoda dan katoda. Mikroba yang hidup di anoda, mengubah materi organik menjadi CO2, proton, dan elektron melalui proses metabolisme. 

Elektron yang dihasilkan, kemudian ditransfer ke katoda dan diterima oleh ion kompleks dengan elektron bebas, sehingga menghasilkan arus listrik.

Baca juga : Hadapi Krisis, Lestari Ajak Manfaatkan Energi Ramah Lingkungan

Gambar 2. Sistem Kinerja Microbial Fuel Cell secara Sistematis dan Konvensional

Reaksi-reaksi yang terjadi dalam proses hidrolisis bahan organik kompleks di antaranya adalah reaksi pengurangan Mn7+ menjadi Mn4+ di anoda, reaksi pemecahan MnO4- menjadi MnO2 dan H2O di katoda, serta reaksi degradasi gula sederhana dan asam asetat di anoda. 

Hasil dari proses tersebut adalah sumber energi untuk tahap berikutnya. Singkatnya, dalam mekanisme proses, air lindi dioksidasi oleh bakteri sehingga menghasilkan elektron dan proton pada anoda. 

Elektron ditransfer melalui sirkuit eksternal yakni kabel menuju katoda. Pada katoda, reaksi elektron dan proton terhadap oksigen akan menghasilkan air.

Gambar 3.  Persamaan Reaksi dan daya listrik yang dibutuhkan untuk Microbial Fuel Cell

Gambar 4. Diagram Bakteri pada Air Lindi

Dalam proses pembuatan MFC, terdapat beberapa bakteri yang sering digunakan, salah satunya adalah Bacillus sp. Alasannya berdasarkan diagram di atas, sebagian besar genus bakteri yang ditemukan pada tanah yang tercemar air lindi adalah Bacillus sp.  Jumlahnya, 50 persen dari total bakteri.

Mekanisme spesifik Bacillus sp dalam MFC adalah dengan menggunakan enzim selulase dan penaasetiltransferase untuk menghasilkan elektron, melalui metabolisme yang mendegradasi materi organik pada air lindi. 

Elektron tersebut kemudian ditransfer ke anoda dan diteruskan melalui kabel ke katoda. Dalam hal ini, ion kompleks yang memiliki elektron bebas menerima transfer elektron tersebut dan menghasilkan arus listrik.

Baca juga : Delegasi RI Menengok Liuzhou, Kota Industri Di China Yang Ramah Lingkungan

Kelebihan serta evaluasi pengembangan dari Microbial fuel cell ini adalah sebaagi berikut:

Kelebihan

Single chamber microbial fuel cell (MFC 1 Bejana) adalah sebuah desain MFC yang efektif dan efisien diterapkan di lapangan, terutama di TPA Supit Urang. 

Dengan hanya memiliki satu bejana, aliran keluar masuk air lindi lebih mudah dilakukan. Studi menunjukkan, penggunaan desain ini dengan volume yang sama (48 liter) dan katoda karbon, dapat meningkatkan output voltase yang dihasilkan oleh MFC. 

MFC 1 Bejana merupakan pilihan yang tepat untuk meningkatkan efisiensi dan efektivitas penggunaan MFC.

Evaluasi dan Pengembangan Produk

Evaluasi produk microbial fuel cell (MFC) menunjukkan, saat ini desain MFC belum dilengkapi dengan susunan saluran elektrisitas yang tepat untuk menyalurkan energi ke perangkat-perangkat di TPA Supit Urang. 

Hal tersebut menjadi kekurangan yang perlu diperbaiki dalam pengembangan produk ini. Untuk mengatasinya, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang metode penyaluran energi yang tepat dari MFC ke perangkat-perangkat di TPA Supit Urang. Sehingga, kita dapat meningkatkan efektivitas dan efisiensi penggunaan MFC di lapangan.

Inovasi microbial fuel cell pada penelitian ini potensial dan menarik untuk diterapkan di TPA Supit Urang. Desain bejana yang memiliki daya tampung 48 liter serta bahan dioda karbon dan luas permukaan 24 cm, dapat mendukung optimalisasi output voltase yang akan dihasilkan oleh TPA Supit Urang.

Prinsip kerja microbial fuel cell yang tidak memproduksi polutan, menjadikan alat ini ramah lingkungan sebagai sumber energi baru dan terbarukan. ***

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.