Apa itu Microbial Fuel Cell

Microbial Fuel Cell (MFC) adalah suatu teknologi yang memanfaatkan Mikroba (bakteri, fungi dll.) sebagai pembangkit listrik tenaga mikroba. Berdasarkan hasil penelitian, jenis mikroba yang paling banyak dimanfaatkan sebagai MFC adalah bakteri. Secara umum, prinsip kerja dari MFC sama seperti baterai biasa hanya saja perbedaan MFC adalah cara kerjanya menggunakan bahan organik. MFC disebut juga dengan istilah bioelektrokimia yang bekerja dengan memanfaatkan bahan organik yang dioksidasi oleh mikroba menghasilkan aliran listrik yang mengalir dari anoda ke katoda. Bahan organik ini disebut sebagai substrat dapat berupa karbohidrat, protein maupun lipid, dapat pula berasal dari limbah.

Prinsip Kerja MFC

Untuk memahami prinsip kerja MFC kita harus tahu bahwa MFC terdiri dari beberapa komponen utama yaitu, Anoda dan katoda, substrat/bahan organik, mikroba, membran aliran proton dan elektroda (penghantar elektron dari anoda dan katoda) dan oksidator dapat berupa O₂, Kalium bikromat atau kalium manganat. Pada bagian Anoda ditempatkan mikroba yang digunakan dan substrat yang digunakan sehingga mikroba akan mengoksidasi substrat untuk menghasilkan energi, proses ini akan menghasilkan elektron (e^-) dan juga proton (H⁺). Elektron yang dihasilkan ini akan ditransfer bakteri dari anoda ke katoda melalui elektroda dan proton yang dihasilkan akan dilewatkan melalui membran khusus menuju ke katoda. Pada bagian katoda tersedia katolit berupa oksidator misalnya oksigen sehingga elektron yang berasal dari anoda akan mereduksi oksigen bersama proton menjadi molekul air, akibat dari perbedaan potensial listrik ini akan menciptakan perbedaan tegangan listrik.

Ada tiga cara kerja yang dapat digunakan dalam transfer elektron ke elektroda. Pertama, adalah mentransfer elektron melalui protein membran luar sel. Dilakukan dengan cara melakukan kontak langsung antara protein membran luar sel dengan elektroda. 

Kemudian yang kedua dapat menggunakan mediator untuk transfer elektron. Mediator yang biasa digunakan adalah neutral red dan methylene blue. Kedua mediator ini dapat menembus membran sel menerima elektron dari pembawa elektron intraseluler, meninggalkan sel dalam bentuk yang terdegradasi, setelahnya mengeluarkan elektron ke permukaan elektroda.

Ketiga,  transfer electron dapat dilakukan melalui bacteria nanowires. Kabel nano ini bisa ikut terlibat dalam transfer elektron ekstraseluler dan mereduksi dari aseptor elektron yang jauh. Sepanjang sejarah penelitian, kabel nano telah ditemukan pada G. sulfurreducens PCA, Shewanella oneidensis MR-1, Synechocystis PCC6803, dan Pelotomaculum thermopropionicum.

Pemanfaatan dan prospek masa depan MFC

Pengolahan air limbah : MFC dapat digunakan untuk mengolah air limbah. MFC dapat membunuh bakteri yang ditemukan di limbah. Telah terbukti bahwa MFC dapat mengurangi jumlah bakteri yang ada dalam air limbah hingga 80%. Air limbah awalnya diolah terlebih dahulu untuk menghilangkan racun dan bahan non-biodegradable dari air. Proses ini dianggap sangat menantang karena air limbah bisa sangat beracun dan tercemar. Keberlanjutan operasional yang tinggi dan biaya material yang rendah merupakan karakteristik penting untuk mengolah air limbah secara efisien.

Produksi Hidrogen: Dengan bantuan MFC, hidrogen dapat diproduksi. Proses ini memang membutuhkan sumber daya eksternal untuk mengubah bakteri menjadi karbon dioksida dan gas hidrogen. Proton dilepaskan oleh reaksi anodik dan melewati PEM menuju katoda, kemudian bergabung dengan oksigen untuk membentuk air.

Sumber energi: MFC merupakan pembangkit listrik yang penyediaan daya nya murah dan dapat diakses ke daerah-daerah terpencil di dunia seperti desa-desa di Afrika, di mana mayoritas penduduknya hidup tanpa kemewahan listrik. Arus listrik yang dihasilkan oleh MFC sederhana buatan sendiri cukup untuk mengisi ulang baterai ponsel, alat komunikasi dan penerangan yang penting bagi masyarakat pedesaan Afrika. Upaya sedang dilakukan untuk membuat MFC yang dapat dibangun dari barang-barang sederhana yang dapat diperoleh dengan mudah. Bahan-bahan seperti tanah, pupuk kandang, kawat tembaga, ember, dan kain grafit sangat penting dalam membuat MFC sederhana.