Cara baru untuk menghasilkan listrik dari limbah menggunakan “mikroba kabel” yang terbentuk secara alami sebagai pembangkit listrik mini untuk menghasilkan listrik saat mereka mencerna limbah tanaman dan hewan.
Para ilmuwan berharap "baterai mikroba" dapat digunakan di tempat-tempat seperti pabrik pengolahan limbah, atau untuk memecah polutan organik di "zona mati" danau dan perairan pantai di mana limpasan pupuk dan limbah organik lainnya dapat menguras tingkat oksigen dan mencekik kehidupan laut. .
Sulur-sulur mirip mikroba melekat pada filamen karbon untuk menghasilkan listrik. Lebih dari 100 "mikroba exoelektrogenik" ini dapat masuk berdampingan di rambut manusia. (Kredit: Xing Xie / Stanford Engineering)
Namun, pada saat ini, prototipe laboratorium itu seukuran baterai sel-D dan terlihat seperti percobaan kimia, dengan dua elektroda, satu positif, negatif lainnya, dimasukkan ke dalam botol air limbah.
Di dalam botol keruh itu, melekat pada elektroda negatif, bakteri menikmati partikel-partikel sampah organik dan menghasilkan listrik yang ditangkap oleh elektroda positif baterai.
"Kami menyebutnya memancing elektron," kata Craig Criddle, seorang profesor di departemen teknik sipil dan lingkungan di Stanford University.
Para ilmuwan telah lama mengetahui keberadaan apa yang mereka sebut mikroba exoelektrogenik — organisme yang berevolusi di lingkungan tanpa udara dan mengembangkan kemampuan untuk bereaksi dengan mineral oksida daripada menghirup oksigen seperti yang kita lakukan, untuk mengubah nutrisi organik menjadi bahan bakar biologis.
Selama belasan tahun terakhir, beberapa kelompok penelitian telah mencoba berbagai cara untuk menggunakan mikroba ini sebagai bio-generator, tetapi memanfaatkan energi ini secara efisien telah terbukti menantang.
"Baterai" memanfaatkan jenis mikroba khusus untuk menghasilkan listrik dengan mencerna limbah tanaman dan hewan yang larut dalam air limbah. (Kredit: Xing Xie / Stanford Engineering)
Apa yang baru tentang baterai mikroba adalah desain sederhana namun efisien yang membuat bakteri exoelektrogenik ini bekerja.
Seperti yang dilaporkan dalam Prosiding National Academy of Sciences, di elektroda negatif baterai, koloni mikroba kabel melekat pada filamen karbon yang berfungsi sebagai konduktor listrik yang efisien. Menggunakan mikroskop elektron pemindaian, tim Stanford menangkap gambar mikroba yang menempelkan sulur-sulur susu ke filamen karbon.
100 mikroba berdampingan
"Anda dapat melihat bahwa mikroba membuat kawat nano untuk membuang kelebihan elektronnya," kata Criddle. Untuk menempatkan gambar ke dalam perspektif, sekitar 100 mikroba ini bisa masuk, berdampingan, dengan lebar rambut manusia.
Ketika mikroba ini mencerna bahan organik dan mengubahnya menjadi bahan bakar biologis, kelebihan elektronnya mengalir ke filamen karbon, dan menyeberang ke elektroda positif, yang terbuat dari oksida perak, bahan yang menarik elektron.
Elektron yang mengalir ke simpul positif secara bertahap mengurangi oksida perak menjadi perak, menyimpan elektron cadangan dalam proses. Setelah kira-kira satu hari atau lebih, elektroda positif telah menyerap banyak elektron dan sebagian besar telah diubah menjadi perak, kata Xing Xie, seorang peneliti interdisipliner.
Pada titik itu dihapus dari baterai dan dioksidasi kembali menjadi oksida perak, melepaskan elektron yang tersimpan.
Para insinyur memperkirakan bahwa baterai mikroba dapat mengekstrak sekitar 30 persen energi potensial yang dikurung dalam air limbah. Itu kira-kira efisiensi yang sama di mana sel surya terbaik yang tersedia secara komersial mengubah sinar matahari menjadi listrik.
Tentu saja, ada jauh lebih sedikit potensi energi dalam air limbah. Meski begitu, baterai mikroba layak dikejar karena bisa mengimbangi sebagian listrik yang sekarang digunakan untuk mengolah air limbah.
Penggunaan itu saat ini menyumbang sekitar 3 persen dari total muatan listrik di negara maju. Sebagian besar listrik ini digunakan untuk memompa udara ke air limbah di pabrik pengolahan konvensional di mana bakteri biasa menggunakan oksigen dalam proses pencernaan, seperti halnya manusia dan hewan lainnya.
Ke depan, para insinyur mengatakan tantangan terbesar mereka adalah menemukan bahan yang murah tapi efisien untuk simpul positif.
"Kami mendemonstrasikan prinsip menggunakan oksida perak, tetapi perak terlalu mahal untuk digunakan dalam skala besar," kata Yi Cui, seorang profesor ilmu dan teknik material. "Meskipun pencarian sedang dilakukan untuk bahan yang lebih praktis, mencari pengganti akan membutuhkan waktu."
Via Futurity.org