Review Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Microbial Fuel Cells (MFCs) merupakan salah satu solusi utama dalam pengembangan energi berkelanjutan yang memanfaatkan material organik sebagai sumber energi. Meski begitu, implementasinya untuk aplikasi nyata masih terbatas karena kendala ekonomi dan rendahnya densitas daya yang dihasilkan. Berbagai upaya telah dilakukan untuk meningkatkan efisiensi ekonomi dengan memilih material berbiaya rendah, serta meningkatkan output daya melalui konfigurasi MFC bertingkat (stacked). Namun, semakin kompleksnya konfigurasi ini menambah tantangan dalam memprediksi perilaku dan kinerja sistem bioenergi tersebut.
Dalam konteks ini, model numerik yang didukung oleh kegiatan eksperimental menjadi alat yang sangat berguna untuk memprediksi proses biologis, elektrokimia, dan transfer massa yang terjadi di dalam MFC selama operasinya dalam berbagai kondisi. Penelitian ini mengembangkan model transien listrik yang bertujuan untuk mengestimasi tegangan dan arus MFC bertingkat dengan menggunakan rangkaian listrik ekivalen. Model ini merupakan kombinasi dari pola eksponensial yang ditumpangkan di atas tren linear, yang memungkinkan penentuan domain waktu transien dari solusi tegangan dan arus pada rangkaian listrik tertentu. Ini membantu dalam memperkirakan variabel listrik pada sistem MFC bertingkat secara lebih luas.
Salah satu aspek penting dari penelitian ini adalah proses kalibrasi model yang dilakukan melalui kegiatan eksperimental pada reaktor MFC tunggal serta pada konfigurasi MFC bertingkat yang terhubung secara paralel atau seri. Eksperimen dilakukan menggunakan test bench yang terdiri dari Agilent Digit Multimeters dan Resistance Box, yang memungkinkan pengujian terhadap perilaku steady-state dan transien baik pada MFC tunggal maupun konfigurasi bertingkat.
Hasil dari kegiatan eksperimental menunjukkan bahwa model yang dikembangkan memiliki potensi besar sebagai alat prediksi yang andal dalam memahami perilaku transien dari arus dan tegangan keluaran setelah adanya gangguan mendadak (step perturbation). Temuan ini menunjukkan bagaimana MFCs beradaptasi menuju kondisi stabil ketika beban sistem mengalami perubahan. Ini merupakan langkah penting dalam meningkatkan daya prediksi kinerja MFCs dalam skala yang lebih besar dan kompleks.
Sebagai seorang dosen di bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, model ini menawarkan pendekatan inovatif untuk mengoptimalkan kinerja sistem bioenergi. Mengingat tantangan dalam implementasi teknologi MFC secara luas, kemampuan untuk memprediksi perilaku transien dan steady-state merupakan elemen kunci dalam desain sistem yang lebih efisien dan berkelanjutan. Penggunaan model ini dapat membantu mempercepat integrasi MFCs dalam berbagai aplikasi energi terbarukan di masa depan.
Penelitian ini juga menyoroti pentingnya kombinasi antara simulasi numerik dan kegiatan eksperimental untuk menghasilkan data yang lebih akurat dalam pengembangan teknologi MFC. Dengan dukungan model prediksi transien ini, kita dapat memperbaiki efisiensi dan performa MFCs bertingkat, membuka peluang baru bagi implementasi energi bioelektrik pada skala yang lebih besar. Model ini tidak hanya bermanfaat bagi penelitian akademis, tetapi juga memiliki potensi aplikatif dalam industri energi terbarukan yang lebih luas.
Secara keseluruhan, penelitian ini memberikan kontribusi signifikan terhadap pengembangan MFCs, baik dari segi teknis maupun metodologis. Pendekatan prediksi transien ini adalah langkah maju yang penting dalam upaya meningkatkan kinerja MFCs, serta membuka jalan menuju penggunaan energi organik sebagai sumber energi berkelanjutan di masa depan.
