Ai Himma Turahmah
Biobattery: Energi Masa Depan dari Limbah Sehari-hari
Riset dan Teknologi | 2026-05-23 19:25:48Bayangkan jika suatu hari kita tidak perlu lagi membeli baterai. Tidak ada lagi tumpukan limbah elektronik yang mencemari tanah dan air, atau kekhawatiran akan logam berat beracun yang meresap ke lingkungan. Sebaliknya, listrik bisa dihasilkan dari sesuatu yang selama ini kita anggap tidak berguna seperti limbah organik, bahkan air cucian beras dari dapur kita sendiri.
Gagasan ini mungkin terdengar seperti fiksi ilmiah. Namun, bagi para peneliti di bidang energi terbarukan, konsep tersebut sudah mulai menjadi kenyataan melalui teknologi yang disebut biobaterai.
Baterai konvensional telah menjadi bagian tak terpisahkan dari kehidupan modern, mulai dari ponsel, jam tangan, hingga perangkat medis. Namun di balik kemudahan itu, tersembunyi masalah besar. Setiap tahun, jutaan ton limbah baterai dihasilkan di seluruh dunia. Banyak di antaranya mengandung logam berat seperti timbal dan kadmium yang berbahaya bagi lingkungan dan kesehatan manusia.
Sayangnya, sistem daur ulang baterai masih belum optimal. Akibatnya, sebagian besar limbah ini berakhir di tempat pembuangan akhir, perlahan mencemari tanah dan air dalam jangka panjang. Di sinilah kebutuhan akan sumber energi alternatif yang lebih ramah lingkungan menjadi semakin mendesak.
Pemilihan biokatalis yang tepat menjadi fondasi utama kinerja Smart Biobattery, dan dalam desain ini digunakan dua bakteri yang saling melengkapi secara fungsional: Bacillus subtilis dan Shewanella oneidensis. Bacillus subtilis dipilih karena keistimewaannya sebagai organisme Gram-positif yang mampu membentuk endospora, struktur dorman yang sangat tahan terhadap panas, kekeringan, dan kondisi ekstrem lainnya, sehingga biobaterai dapat disimpan dalam keadaan kering dan diaktifkan kapan saja hanya dengan penambahan cairan nutrisi (Nimje et al., 2009).
Di sisi lain, Shewanella oneidensis MR-1 merupakan bakteri eksoelektrogenik unggul yang secara alami mensekresikan molekul flavin (riboflavin dan FMN) sebagai electron shuttle untuk memindahkan elektron dari sel menuju permukaan elektroda, mekanisme yang terbukti menyumbang lebih dari 70% laju transfer elektron ekstraseluler total pada sistem berbasis Shewanella . Lebih jauh lagi, penelitian Liu et al. (2017) membuktikan bahwa konsorsium sintetis antara Shewanella oneidensis MR-1 dan Bacillus subtilis penghasil riboflavin mampu menghasilkan densitas daya hingga 277,4 mW/m², yakni hampir lima kali lipat dibandingkan Shewanella oneidensis yang digunakan secara terpisah, karena Shewanella oneidensis dapat secara efisien memanfaatkan riboflavin yang diproduksi oleh Bacillus subtilis untuk mempercepat transfer elektron, sebuah sinergi yang menjadikan kombinasi keduanya jauh lebih efektif dibandingkan penggunaan satu spesies tunggal. Potensi ini semakin dikonfirmasi oleh Zhao et al. yang melaporkan bahwa peningkatan kadar riboflavin pada Shewanella oneidensis secara signifikan mendorong ketebalan biofilm dan konduktivitas elektroda, membuka peluang besar bagi pengembangan biobaterai berperforma tinggi yang ramah lingkungan.
Pada inovasi Smart Biobattery ini, bagian elektroda terdiri atas anoda dan katoda yang berfungsi sebagai jalur perpindahan listrik yang dihasilkan oleh bakteri. Untuk anoda, digunakan kasa atau jaring berbahan stainless steel (SS 304L atau 316L) karena material ini lebih terjangkau, mudah ditemukan, dan mampu menghantarkan listrik dengan baik dibanding bahan grafit yang relatif mahal. Permukaan stainless steel juga dimodifikasi, dengan perendaman dalam larutan asam lemah atau pemanasan singkat, sehingga menjadi sedikit kasar. Permukaan yang kasar ini membantu bakteri menempel lebih optimal dan mendukung proses penyaluran energi listrik. Sementara itu, katoda menggunakan bahan stainless steel yang sama, namun ditambahkan lapisan karbon aktif agar reaksi dengan oksigen dari udara berlangsung lebih efektif, sehingga listrik yang dihasilkan menjadi lebih stabil.
Substrat
Substrat yang digunakan untuk smart biobattery berbasis konsorsium bakteri seperti Bacillus subtilis dan Shewanella oneidensis umumnya berupa substrat kompleks seperti limbah organik (misalnya limbah fermentasi bambu atau lignoselulosa). Substrat ini mengandung campuran senyawa organik seperti karbohidrat kompleks, asam organik, dan turunan lignoselulosa yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi mikroba. Dalam sistem ini, Bacillus subtilis berperan dalam proses fermentasi dan membantu mengubah hasil hidrolisis senyawa kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana seperti laktat dan asetat, yang kemudian digunakan oleh Shewanella oneidensis sebagai donor elektron untuk menghasilkan listrik. Menurut penelitian Biffinger et al. (2008), kondisi lingkungan yang terlalu asam dapat menghambat aktivitas transfer elektron pada Shewanella oneidensis sehingga pH optimal berada pada kisaran 6,5–7. Selain itu, konsentrasi substrat umumnya dinyatakan dalam Chemical Oxygen Demand (COD) dengan kisaran sekitar 500–3000 mg/L untuk memastikan ketersediaan bahan organik yang cukup tanpa menyebabkan inhibisi. Oleh karena itu, penggunaan substrat kompleks menjadi lebih ideal karena mampu mendukung sinergi metabolik antar bakteri dalam menghasilkan arus listrik secara berkelanjutan.
Chamber
Desain ruang pada Smart Biobattery ini mengadopsi konfigurasi single-chamber air-cathode, sebuah arsitektur ringkas yang mengeliminasi kebutuhan akan ruang katoda terpisah maupun sistem aerasi eksternal yang kompleks. Dalam wadah (chamber) berbahan polimer non-reaktif, anoda baja tahan karat (stainless steel) diletakkan di bagian dasar untuk menciptakan lingkungan anaerobik yang mendukung pertumbuhan biofilm bakteri Bacillus subtilis dan Shewanella. Sebaliknya, sisi atas atau samping wadah dibiarkan terbuka dan ditutup oleh material katoda yang terpapar langsung ke udara bebas (air-cathode), sehingga oksigen atmosfer dapat berperan sebagai akseptor elektron tanpa memerlukan pompa udara tambahan. Kedua elektroda ini dihubungkan oleh sirkuit eksternal menggunakan kabel tembaga atau titanium untuk menyalurkan aliran elektron dari anoda ke katoda secara efisien. Integrasi satu ruang tunggal ini meminimalkan hambatan internal (internal resistance), sekaligus memberikan dimensi yang portabel dan murah untuk diaplikasikan pada sensor-sensor lapangan.
Gambar 1. Ilustrasi Chamber
Langkah Pengujian /Pengembangan
Faktanya, biobaterai memang masih menghadapi dua masalah besar seperti material elektrodanya mahal dan bakteri yang digunakan mudah kehilangan aktivitas. Inovasi Smart Biobattery hadir untuk menghadapi tantangan ini dengan memanfaatkan spora Bacillus subtilis yang tangguh dan mampu bertahan dalam kondisi ekstrem dan tetap dorman hingga diberi nutrisi, serta Shewanella oneidensis yang dikenal menghasilkan mediator alami berupa flavin sehingga mempercepat transfer elektron ke elektroda. Kedua mikroba ini membentuk biofilm elektrogenik yang menyalurkan elektron langsung ke permukaan stainless steel, material murah dan konduktif yang terbukti meningkatkan kerapatan daya dibandingkan grafit konvensional . Menurut penelitian Kumar et al., (2016) menunjukkan bahwa biofilm tebal Geobacter dan Shewanella dapat meningkatkan densitas arus melalui mekanisme transfer elektron langsung maupun terlarut, sementara elektroda baja berlapis mediator imobilisasi mampu menghasilkan daya hingga enam kali lipat dibandingkan elektroda grafit. Dengan kombinasi ini, biobaterai cerdas dapat disimpan dalam keadaan kering dan segera aktif hanya dengan tetesan limbah organik, menjadikannya solusi energi praktis dan ramah lingkungan untuk sensor IoT maupun kebutuhan darurat di daerah terpencil.
Gambar 2. Langkah Kerja Pengujian BioBatteryTahap pertama adalah inokulasi, di mana spora Bacillus subtilis atau sel aktif Shewanella oneidensis dimasukkan ke dalam chamber berisi substrat limbah organik cair seperti air cucian beras. Substrat ini berfungsi sebagai sumber karbon sekaligus elektrolit alami yang akan mengaktifkan bakteri. Setelah inokulasi, sistem dikondisikan dalam lingkungananaerob dengan menutup rapat bagian anoda stainless steel agar tidak terpapar oksigen. Kondisi ini memungkinkan bakteri menyalurkan elektron secara efisien ke permukaan anoda melalui mediator alami flavin yang dihasilkan oleh Shewanella. Tahap berikutnya adalah pengukuran listrik, di mana elektroda dihubungkan ke multimeter digital untuk mencatat tegangan dan arus setiap jam hingga mencapai nilai puncak. Data ini digunakan untuk menghitung kerapatan daya (power density) berdasarkan luas permukaan anoda, sebagaimana dilakukan oleh Hoffman et al. (2013) dalam pengujian elektroda baja tahan karat berlapis mediator. Terakhir, tahap analisis data dilakukan dengan membandingkan performa antara kedua mikroba, menilai kestabilan biofilm, efisiensi transfer elektron, serta konsistensi daya yang dihasilkan.
Disclaimer
Retizen adalah Blog Republika Netizen untuk menyampaikan gagasan, informasi, dan pemikiran terkait berbagai hal. Semua pengisi Blog Retizen atau Retizener bertanggung jawab penuh atas isi, foto, gambar, video, dan grafik yang dibuat dan dipublished di Blog Retizen. Retizener dalam menulis konten harus memenuhi kaidah dan hukum yang berlaku (UU Pers, UU ITE, dan KUHP). Konten yang ditulis juga harus memenuhi prinsip Jurnalistik meliputi faktual, valid, verifikasi, cek dan ricek serta kredibel.
