Ditulis oleh Mu. Andhika Putra Kia.

“The Nation That Leads Renewable Energy Will Be Nation That Leads The World”.

Besarnya penggunaan sumber energi fosil yang terus meningkat membuat cadangan sumber energi semakin menipis. Menurut data yang dilansir dari Kementerian Energi dan Sumber daya Mineral Republik Indonesia (2020), kapasitas energi fosil masih mendominasi dengan komposisi batu bara sebesar 35,36%; minyak bumi 34,38%; dan gas bumi 19,36%. Sedangkan sisanya adalah Energi Baru Terbarukan (EBT) dengan persentase 10,9%. Tingginya ketergantungan penggunaan energi fosil pada berbagai sektor dalam pemenuhan kebutuhan energi nasional, membuat kebutuhan energi semakin meningkat sehingga menyebabkan harga bahan bakar melambung tinggi karena kelangkaan energi (Kholiq, 2015).

Salah satu sumber daya alam hayati yang berpotensi menjadi sumber energi baru terbarukan adalah rumput teki. Tanaman dengan nama latin Cyperus esculentus ini merupakan rumput liar yang ketersediaannya melimpah baik di musim penghujan maupun kemarau (Ernawati dan Ngawit, 2015). Namun hingga saat ini, pemanfaatannya hanya sebatas pakan ternak. Padahal rumput teki dapat menjadi terobosan baru sebagai produsen energi listrik dengan melakukan fotosintesis dan menghasilkan bahan organik yang kemudian akan disimpan dalam rhizodeposite, sehingga nantinya akan melepaskan CO2, proton, dan elektron. Metode yang digunakan untuk mengkonversi rumput teki menjadi energi listrik adalah Plant- Microbial Fuel Cell (PMFC).

Metode ini menggunakan sistem bioelectrochemical untuk mengubah energi matahari saat fotosintesis menjadi energi kimia, kemudian dioksidasi dengan bantuan mikroorganisme untuk menghasilkan elektron. Rumput teki yang difermentasi oleh PMFC dengan total luas permukaan 0,00198 m2 mampu menghasilkan tenaga listrik sebesar 0,7121 W/m2 (Nurulita dkk., 2020).

Berdasarkan hasil tinjauan pustaka, tanaman yang paling layak untuk diimplementasikan sebagai penghasil energi listrik PMFC (Plant Microbial Fuel Cell) adalah rumput teki. Alasannya karena ketersediaannya yang melimpah sebagai tanaman gulma dan belum dimanfaatkan secara maksimal (hanya sebatas pakan ternak). Selain itu, rumput teki memiliki tegangan, arus listrik, daya listrik, dan populasi mikroba yang relatif paling tinggi dibandingkan kedua tanaman di atas (padi dan kangkung) yang berpotensi menghasilkan listrik. Apabila menggunakan padi dan kangkung sebagai sumber energi listrik cukup berpotensi, tetapi tidak direkomendasikan karena akan menganggu ketersediaan pangan.

Tabel 1. Perbandingan dan Komparasi antara Tanaman Rumput Teki, Padi, dan Kangkung

Sumber energi baru terbarukan yang sedang dikembangkan saat ini juga diikuti dengan inovasi-inovasi baru untuk beralih dari energi fosil, salah satunya pengembangan teknologi electric vehicle. Menurut Kementerian Perindustrian (2021), Indonesia telah menyatakan kesiapan untuk memasuki era kendaraan listrik dengan menargetkan produksi kendaraan listrik roda 4 mencapai 600 unit, serta 2,4 juta unit untuk kendaraan roda 2 pada tahun 2030 mendatang.

Perkembangan kendaraan listrik yang akan terus meningkat selama beberapa tahun kedepan secara otomatis meningkatkan kebutuhan stasiun pengisian kendaraan listrik atau yang biasa disebut sebagai charging station. Untuk itu, kami berinovasi menciptakan stasiun pengisian kendaraan listrik (charging station) bernama “SukiChain” yang bersumber dari rumput teki dan karbon dioksida (CO2) dengan memanfaatkan kombinasi teknologi PMFC, DMFC, serta fotokatalis. PMFC digunakan untuk mengkonversi rumput teki menjadi energi listrik dengan menghasilkan proton, elektron, dan CO2. Sedangkan, fotokatalis dan DMFC akan mengkonversi CO2 menjadi energi listrik. Dimana CO2 yang digunakan adalah hasil penyerapan udara bebas yang mengandung polusi, serta residu dari konversi rumput teki.

.

Gambar 1. Penerapan Sistem P-MFC (Plant Microbial Fuel Cell) Menggunakan Rumput Teki (Sumber: Desain Pribadi)

SukiChain dapat diimplementasikan sebagai charging station, terutama pada tempat-tempat yang terjangkau dan masih banyak terdapat emisi CO2 seperti alun- alun, taman, area parkir dan perkantoran tanpa menganggu keamanan, keselamatan, ketertiban serta kelancaran lalu lintas. Untuk mengimplementasikan gagasan SukiChain kedepannya diperlukan kerjasama dengan pemerintah maupun kemitraan masyarakat serta beberapa pihak dan upaya yang dikontribusikan (Lampiran 2), melalui beberapa tahapan (Gambar 2), untuk melakukan instrumentasi hingga tahap implementasi penyusunan charging station guna mendukung infrastruktur kendaraan listrik, sehingga layak diimplementasikan di berbagai kota-kota besar.

Dengan begitu, langkah-langkah strategis dalam implementasinya dijabarkan pada gambar berikut :

Gambar 2. Langkah-Langkah Realisasi dan Implementasi SukiChain

Pada SukiChain terdapat lahan yang berisikan tanaman rumput teki dengan susunan anoda (aluminium)-membran Forward Osmosis-katoda (tembaga) pada media lahan basah, dimana sistem PMFC akan bekerja pada tanaman melalui proses fotosintesis. Cara kerja sistem PMFC pada SukiChain menggunakan dua elektroda, yaitu anoda dan katoda. Anoda dan katoda menjadi substrat untuk oksidasi dengan reduksi oksigen, dan keduanya dipisahkan oleh membran proton (FO).

Dalam kondisi anaerobik, elektron dan proton diproduksi dari substrat organik oleh bakteri yang menempel pada anoda (aluminium). Begitu aliran elektron dan proton menyebar melalui sirkuit eksternal dan setiap membran ke katoda bereaksi dengan oksigen membentuk air (Nwokocha et al., 2012). Mikroba pada rumput teki yang digunakan sebagai sel bahan bakar PMFC adalah Shewanella putrefaciens, Geobacter sulferreducens,,G. etalli reducens dan Rhodoferax ferrireducens (Sengodan et al., 2012). Adapun reaksi yang terjadi pada PMFC adalah sebagai berikut (Nurulita dkk., 2020) :

C6H12O6 + 6H2O + 6O2 ↔ 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2 ↔ 6CO2 + 24H + 24e-

Senyawa organik yang dilepaskan oleh akar (Rhizodeposite) mengandung karbohidrat, asam lemak, asam amino sehingga bisa pecah dan menghasilkan produk dalam bentuk elektron. Dalam PMFC, rhizodeposite tanaman akan dimanfaatkan sebagai substrat oleh bakteri rizhosfer untuk menghasilkan listrik. Berdasarkan hasil pengukuran populasi mikroba pada Tabel 1, ditunjukkan bahwa jumlah populasi mikroba di dalam tanah berpengaruh terhadap produksi listrik karena peran mikrobial sebagai agen metabolisme eksudat di sekitar akar rumput teki, kemudian mengubahnya menjadi elektron yang tertangkap oleh sistem elektroda, sehingga output akhirnya berupa listrik. Rumput teki ditanam pada lahan basah di bawah sinar matahari agar dapat berfotosintesis, dengan input radiasi panas matahari sebesar 150 W/m2 dan output 3,2 W/ m2. Sehingga, saat sistem PMFC diterapkan pada area seluas 1 hektar, maka akan menghasilkan energi listrik sebesar 7.151Watt dengan emisi CO2 sebanyak 20%.

Selanjutnya masuk ke dalam proses fotokatalis-DMFC melalui distribusi metanol tank yang akan mengonversikan CO2 residu PMFC dan penyedotan CO2 di lingkungan sekitar melalui filter. Residu CO2 yang didapatkan dari kedua sistem kemudian ditransfer menuju reaktor PEC dan terjadi reduksi CO2 pada reaksi fotokatalitik, karena sinar matahari diserap ke dalam semikonduktor. Di sisi lain, air teroksidasi menjadi OH- dan atom hidrogen, bersama dengan CO2, akan menghasilkan CH3OH dengan sedikit CH3CH2OH dengan reaksi :

CO2 + 2H2O => CH3OH + 3/2 O2.

Produk hasilnya berupa Metanol yang akan diinjeksikan ke DMFC untuk membentuk listrik. Dalam proses ini, digunakan TiO2 sebagai katalis, karena memiliki celah pita energi yang sangat besar (Eg = 3,2 eV). Untuk meningkatkan efisiensi, TiO2 dipasangkan dengan nikel-foam dan fotoanoda BiVO4. Selanjutnya ditambahkan elektrolit larutan KHCO3 untuk meningkatkan penyerapan cahaya matahari (Villalba et al.,. 2017). Mekanisme elektrolisis dalam proses DMFC bergantung pada oksidasi metanol cair dan air pada anoda pada proses DMFC dapat digambarkan pada reaksi berikut : (Araya, et al., 2020).

Anoda : CH3OH(l) + H2O(l) → CO2 (g) + 6H+ + 6e-

Katoda : 3/2 O2(g) + 6H+ + 6e-

Reaksi Keseluruhan : CH3OH(l) + 3/2 O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) Sehingga, jika penggunaannya digabungkan akan menghasilkan efisiensi konversi listrik yang cukup tinggi dengan hasil keseluruhan mencapai 90%.

Gambar 3. Penerapan Sistem Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) – Fotokatalis

Gambar 4. Sistem Pengolahan Emisi CO2 dari PMFC dan Lingkungan Sekitar. (Sumber : Desain Pribadi)

Gambar 5. Model Pengisian Daya Listrik (Electric Vehicle) Pada SukiChain.

Adapun perbandingan Sukichain dengan charging station konvensional adalah sebagai berikut:

.

Berdasarkan analisis ekonomi yang telah dipaparkan, adanya inovasi SukiChain mampu berpeluang besar untuk merealisasikan pilar SDG’s pada sektor energi terbarukan dengan mendukung poin nomor 7 yakni menghasilkan energi listrik yang terjangkau dengan sumber rumput teki dan CO2, poin 8 dengan meningkatkan pertumbuhan ekonomi dan berkelanjutan dari sektor energi terbarukan, poin 9 dengan dukungan pengembangan inovasi dan infrastruktur pengolah energi yang berkualitas berupa charging station dan poin 13 (mampu menangani perubahan iklim akibat gas rumah kaca (CO2), karena mengkonversi emisi menjadi energi listrik.Penggunaan SukiChain dinilai mampu menjadi sebuah angin segar dalam sektor energi terbarukan sekaligus inovasi stasiun pengisian kendaraan listrik yang ramah lingkungan dengan mengoptimalkan pemanfaatan sumber daya alam serta mampu mengurangi emisi CO2 sebesar 99% dibandingkan stasiun pengisian kendaraan listrik biasa yang hanya sebesar 34% berdasarkan tinjauan studi lingkungan.

Sehingga dapat disimpulkan bahwa inovasi ini berpeluang besar untuk merealisasikan pilar SDG’s pada sektor energi terbarukan dengan mendukung poin nomor 7 (menghasilkan energi listrik yang terjangkau), poin 8 (meningkatkan pertumbuhan ekonomi berkelanjutan dari sektor energi terbarukan), poin 9 (Mengembangkan inovasi dan infrastruktur pengolah energi yang berkualitas) dan poin 13 (Penanganan perubahan iklim akibat gas rumah kaca (CO2). Berdasarkan dampak luar biasa yang telah dijelaskan, SukiChain dapat menjadi solusi implementatif terbaik untuk membawa dunia pada teknologi 4.0 berbasis energi terbarukan yang lebih maju di masa depan..

DAFTAR PUSTAKA.

Araya S, Liso V, Cui X, Li N, Zhu J, Sahlin SL, Jensen SH, Nielsen MP, Kær SK (2020). A Review of The Methanol Economy: The Fuel Cell Route. Journal Energies. 2020; 13(3):596. https://doi.org/10.339 0/en13030596

Ernawati, N.M.L. dan Ngawit, I.K. 2015. Eksplorasi dan Identifikasi Gulma, Hijaukan Pakan dan Limbah Pertanian yang Dimanfaatkan sebagai Pakan Ternak di Wilayah Lahan Kering Lombok Utara. Buletin Peternakan. Vol. 39 (02): 92-102.

Kementerian ESDM. 2020. Transisi Energi Mutlak Diperlukan. Siaran Pers Nomor 311. Pers/04/SJI/2020. Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukandan Konservasi Energi. Direktorat Jenderal EBTKE – Kementerian ESDM

Kementerian Perindustrian Republik Indonesia (KEMENPERIN). 2021. Siap Masuki Era Kendaraan Listrik, Indonesia Fokus Bangun Ekosistem. Siaran Pers. Kemenperin: Siap Masuki Era Kendaraan Listrik, Indonesia Fokus Bangun Ekosistem

Kholiq, I. 2015. Pemanfaatan Energi Alternatif sebagai Energi Terbarukan untuk Mendukung Substitusi BBM. Jurnal IPTEK. Vol. 19(02).

Lu, L., Xing, D., & Ren, Z. J. (2015). Microbial community structure accompanied with electricity production in a constructed wetland plant microbial fuel cell. Bioresource Technology, 195, 115–121. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.05.098

Nurulita, I. dkk. 2020. Produksi Energi Listrik Terbarukan dari Sel Bahan Bakar Mikroba Berbasis Tanaman Lahan Basah (PMFC) untuk Wilayah Pesisir Indonesia. Jurnal Biologica Samudera. Vol. 2(2): 87-94.

Nwokocha, J. V, Nwokocha, J., & Nnanna, A. (2012). The Microbial Fuel Cell: The Solution to the Global Energy and Environmental Crises? International Journal of Academic Research in Progressive Education and Development, 1(1), 2226–6348. https://doi.org/10.1080/13548501003615274

Sengodon, P., & Hays, D. B. (2012). Microbial Fuel Cells Future Fuel Technologies, National Petroleum Council (NPC) Study.

Villalba-Herreros A, Santiago Ó, Magistri L, J. Leo T. Autonomous Underwater Vehicle Powered by Direct Methanol Fuel Cell-Based Power Plants: A Quick Preliminary Design Model. Applied Sciences. 2020; 10(21):7687. https://doi.org/10.3 390/app10217687

.

LAMPIRAN

Lampiran 1. Fungsi Setiap Komponen di SukiChain

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Lampiran 2. Pihak-pihak yang terlibat dalam Implementasi Gagasan SukiChain

.

.