"Si Kecil" Penghasil Energi Listrik

Permintaan dan kebutuhan energi listrik di Indonesia saat ini meningkat secara drastis. Hal ini didukung dengan pesatnya perkembangan teknologi di era digital, peningkatan jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi, dan peningkatan aktivitas manusia dalam bidang industri. 

Krisis energi listrik juga dipicu oleh ketersediaan jumlah bahan bakar. Hal ini terjadi karena menipisnya jumlah bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui seperti minyak bumi dan gas alam. 

Untuk mengurangi penggunaan bahan bakar fosil, terutama untuk pembangkit listrik, pemerintah telah berinisiatif untuk meningkatkan penggunaan sumber energi terbarukan.

Baru-baru ini, telah banyak penelitian yang membuktikan bahwa mikroorganisme sejenis bakteri dapat dimanfaatkan sebagai katalis untuk menghasilkan energi listrik dari bahan organik.

Bakteri penghasil listrik ini dapat memanfaatkan berbagai senyawa organik sebagai donor elektron, seperti asam asetat, etanol, asam laktat, dan asam organik lainnya. 

Contoh dari bakteri ini diantaranya Geobacter sulfurreducens, Shewanella oneidensis, Rhodoferax ferrireducens, Desulfuromonas acetoxidans, dan Pseudomonas aeruginosa. Bakteri yang memiliki kemampuan luar biasa dalam menghasilkan energi listrik ini dinamai dengan bakteri elektrogen.

Bakteri elektrogen adalah kelompok bakteri yang memiliki kemampuan khusus dalam melakukan transfer elektron ekstraseluler. Dengan memanfaatkan prinsip respirasi sel, bakteri elektrogen dapat mengambil elektron yang terdapat pada senyawa organik yang dicernanya. 

Kemampuan khusus bakteri ini dalam melakukan transfer elektron ekstraseluler memungkinkannya untuk memberikan elektron yang dihasilkannya pada anoda. Elektron yang diterima oleh anoda ini kemudian akan disalurkan melalui resistor ke katoda. Pada saat elektron mengalir dari anoda ke katoda, energi listrik dapat dihasilkan.

Kelebihan lain dari bakteri elektrogen adalah keberadaannya yang berlimpah dan dapat ditemukan di berbagai habitat. Bakteri ini dapat ditemukan di sedimen, tanah, air limbah, bahkan usus manusia. 

Kelompok bakteri ini juga memainkan peran yang penting dalam siklus biogeokimia. Hebatnya, bakteri elektrogen dapat menghasilkan energi listrik dengan memanfaatkan senyawa organik yang terdapat pada air limbah. Oleh karena itu, pemanfaatan mikroorganisme ini juga dapat digunakan dalam pengelolaan limbah, di samping penggunaannya sebagai penghasil energi listrik.

Struktur tubuh pada bakteri elektrogen juga telah termodifikasi sehingga memungkinnya untuk lebih efektif dalam menghantarkan arus listrik. Bakteri ini memiliki struktur berupa sitokrom, pili, dan nanowires. 

Nanowires adalah pili jenis tertentu yang telah mengalami perkembangan sedemikian rupa sehingga mampu membantu bakteri ini dalam menghantarkan energi listrik. 

Nanowires dapat menghubungkan antara satu bakteri elektrogen dengan bakteri elektrogen lainnya sehingga elektron yang terdapat pada satu bakteri dapat dihantarkan hingga mencapai anoda. Selanjutnya, elektron yang telah mencapai anoda akan disalurkan ke katoda dan energi listrik dapat diperoleh.

Berbagai teknologi dalam menggunakan bakteri untuk menghasilkan listrik saat ini telah banyak dikembangkan, salah satunya adalah Microbial Electrochemical System (MES). 

Dalam MES, bakteri ditempatkan di dalam ruang tertutup yang terhindar dari oksigen. Di dalam ruang tertutup tersebut, bakteri ditempatkan dengan air, senyawa organik, dan anoda. 

Anoda berfungsi menangkap elektron yang dihasilkan oleh bakteri dari penguraian senyawa organik. Keberadaan oksigen pada ruangan ini sangat dihindari karena dapat mengikat elektron sehingga elektron tidak dapat ditangkap oleh anoda. 

Elektron yang telah terkumpul pada anoda dapat disalurkan ke katoda yang berada pada ruangan lain. Ruangan yang berisi katoda ini dapat terdedah oleh oksigen karena keberadaan oksigen tidak akan mengganggu proses reduksi yang terjadi pada katoda. Aliran elektron dari anoda ke katoda inilah yang kita kenal sebagai energi listrik.

Selain MES, terdapat beberapa pengembangan lain dari pemanfaatan bakteri elektrogen dalam menghasilkan energi listrik. Teknologi lain tersebut di antaranya adalah Microbial Electrolysis Cells (MEC) dan Microbial Desalination Cells (MDC). Meskipun kedua teknologi ini adalah turunan dari teknologi MES, kedua teknologi ini juga memiliki keunggulan-keunggulan tertentu dibandingkan dengan MES. 

Misalnya pada MEC, bakteri elektrogen pada MEC dapat menghasilkan hidrogen terlebih dahulu sebelum menghasilkan energi listrik dari konversi hidrogen menjadi energi listrik. Hidrogen yang dihasilkan ini dapat pula digunakan sebagai sumber energi alternatif yang rendah emisi karbon.

Pada MDC, bakteri elektrogen dapat digunakan untuk membantu proses desalinasi air sehingga dapat diperoleh air yang layak untuk diminum. Teknologi MDC ini tentu sangat berguna di tengah maraknya kasus kekurangan air. Dengan memanfaatkan MDC, kita dapat menghasilkan air yang layak minum juga dapat memperoleh energi listrik. 

Meskipun teknologi MES, MEC, dan MDC ini sangat menjanjikan, tetapi masih terdapat beberapa kekurangan dari teknologi ini yang masih harus diteliti dan dikembangkan. 

Kekurangan-kekurangan tersebut di antaranya adalah jumlah energi yang dihasilkan relatif sedikit, teknologi yang masih dikembangkan, dan kinerjanya yang sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan. Akan tetapi, melihat potensinya dalam menghasilkan energi alternatif yang terbarukan dan ramah lingkungan, kekurangan-kekurangan tersebut tampaknya tidak akan menjadi hambatan berarti dalam pengembangan teknologi-teknologi ini.

Di Indonesia, pengembangan Microbial Electrochemical System (MES) dalam skala besar belum terlalu terlihat, karena pemanfaatan bakteri sebagai penghasil listrik ini belum dikembangkan dalam skala besar. 

Sistem ini hanya berpotensi menghasilkan listrik skala kecil rumahan, namun minat terhadap teknologi ini semakin meningkat sebagai solusi untuk tantangan energi dan permasalahan lingkungan. 

Mengingat energi listrik yang saat ini kebanyakan berasal dari bahan bakar fosil dan menghasilkan berbagai emisi bagi lingkungan sehingga potensi MES ini perlu dikembangkan lebih lanjut dan diteliti agar lebih efisien dalam menghasilkan listrik.