Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi bioelektrokimia telah menarik perhatian sebagai salah satu solusi potensial untuk produksi energi berkelanjutan. Teknologi ini memanfaatkan mikroorganisme untuk mengkonversi bahan organik menjadi listrik, yang dikenal sebagai sel bahan bakar mikroba (MFC). Salah satu komponen penting dalam MFC adalah katoda, yang memainkan peran krusial dalam proses elektrokimia. Artikel ini akan membahas pengaruh penggunaan katoda terendam dan mengapung terhadap kinerja dan keberlanjutan sistem bioelektrokimia berdasarkan penelitian terbaru.
Memahami Sistem Bioelektrokimia dan Peran Katoda
Sistem bioelektrokimia seperti MFC bekerja dengan memanfaatkan aktivitas mikroorganisme yang mendegradasi bahan organik di dalam anoda untuk menghasilkan elektron. Elektron ini kemudian mengalir melalui sirkuit eksternal menuju katoda, di mana mereka berpartisipasi dalam reaksi reduksi oksigen, menghasilkan arus listrik. Efisiensi dan kinerja MFC sangat dipengaruhi oleh desain dan bahan katoda yang digunakan.
Katoda dapat dibagi menjadi dua jenis berdasarkan posisinya dalam sistem: katoda terendam dan katoda mengapung. Katoda terendam sepenuhnya tenggelam dalam cairan elektrolit, sementara katoda mengapung hanya sebagian berada di dalam cairan, dengan sebagian lainnya berada di udara. Kedua konfigurasi ini memiliki kelebihan dan kekurangan yang mempengaruhi kinerja MFC secara keseluruhan.
Katoda Terendam: Keunggulan dalam Reaksi Reduksi
Katoda terendam memiliki kontak penuh dengan elektrolit, yang memungkinkan reaksi reduksi oksigen terjadi secara lebih efisien. Kondisi ini cenderung meningkatkan transfer elektron dan mengurangi hambatan dalam sistem, yang pada akhirnya meningkatkan produksi listrik. Selain itu, karena seluruh katoda terendam, mikroorganisme dapat lebih mudah berinteraksi dengan permukaan katoda, yang dapat meningkatkan laju reaksi bioelektrokimia.
Namun, katoda terendam juga memiliki beberapa kelemahan. Salah satunya adalah potensi pembentukan biofilm yang berlebihan pada permukaan katoda, yang dapat menghambat transfer elektron dan menurunkan kinerja sistem dari waktu ke waktu. Selain itu, kebutuhan untuk mempertahankan kondisi anaerobik di sekitar katoda dapat menjadi tantangan, terutama dalam skala yang lebih besar.
Katoda Mengapung: Solusi untuk Peningkatan Keberlanjutan
Katoda mengapung menawarkan alternatif yang menarik untuk mengatasi beberapa masalah yang dihadapi oleh katoda terendam. Dengan sebagian katoda berada di udara, oksigen dari atmosfer dapat langsung berinteraksi dengan permukaan katoda, yang dapat meningkatkan laju reaksi reduksi oksigen tanpa perlu suplai oksigen tambahan. Hal ini tidak hanya dapat meningkatkan efisiensi sistem tetapi juga mengurangi kebutuhan energi untuk aerasi, yang membuat sistem lebih berkelanjutan.
Selain itu, karena tidak sepenuhnya terendam, katoda mengapung cenderung mengalami pembentukan biofilm yang lebih sedikit, yang dapat memperpanjang masa pakai katoda dan mengurangi kebutuhan perawatan. Namun, tantangan dalam menggunakan katoda mengapung adalah memastikan kontak yang cukup antara permukaan katoda dan mikroorganisme di dalam elektrolit, yang penting untuk mempertahankan efisiensi sistem.
Kesimpulan: Memilih Katoda yang Tepat untuk Keberlanjutan
Pilihan antara katoda terendam dan mengapung sangat bergantung pada tujuan dan kondisi spesifik dari sistem bioelektrokimia yang digunakan. Katoda terendam mungkin lebih cocok untuk sistem yang membutuhkan transfer elektron yang tinggi dan memiliki kemampuan untuk menangani pembentukan biofilm. Di sisi lain, katoda mengapung menawarkan solusi yang lebih berkelanjutan dengan mengurangi kebutuhan energi untuk aerasi dan meminimalkan pembentukan biofilm.
Penelitian terbaru menunjukkan bahwa kombinasi dari kedua jenis katoda ini juga bisa menjadi solusi yang efektif, menggabungkan kelebihan masing-masing untuk meningkatkan kinerja dan keberlanjutan MFC. Dengan terus berkembangnya teknologi bioelektrokimia, diharapkan bahwa inovasi dalam desain katoda akan semakin mendukung produksi energi yang lebih efisien dan ramah lingkungan di masa depan.
Link Journal : https://scholar.unair.ac.id/en/publications/effect-of-submerged-and-floating-cathodes-on-sustainable-bioelect