Review Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Pengembangan sel bahan bakar bio (biofuel cells) telah menjadi salah satu tantangan penting dalam transisi menuju energi terbarukan, khususnya dalam memperoleh energi dari substrat terbarukan seperti karbohidrat di lingkungan fisiologis. Penelitian ini berfokus pada pengembangan bahan bakar bio dengan memanfaatkan enzim Glucose Oxidase (GOx) yang diimobilisasi pada matrik penyangga berbasis porfirin dan glutathione-capped CdTe Quantum Dots (GSH-CdTeQD) untuk meningkatkan produksi energi dari glukosa. Dalam konteks Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, pendekatan ini menunjukkan potensi luar biasa dalam integrasi bioenergi dengan sistem biologis.
Penelitian ini berhasil mensintesis partikel fluorescent GSH-CdTeQD dengan ukuran partikel antara 5-7 nm, sebagaimana dikonfirmasi melalui pengukuran UV-Vis, DLS, dan TEM. Modifikasi permukaan elektroda menggunakan porfirin dan GSH-CdTeQD ini dilakukan pada elektroda berbahan grafit dan kertas Toray. Pendekatan modifikasi ini bertujuan untuk mengoptimalkan imobilisasi enzim GOx, yang kemudian diuji aktivitas elektrokimianya terhadap oksidasi glukosa melalui metode cyclic voltammetry, chronoamperometry, dan electrochemical impedance spectroscopy. Dari segi inovasi, modifikasi ini membuka jalan baru untuk mengintegrasikan bahan-bahan nano ke dalam sel bahan bakar bio.
Hasil dari pengujian menggunakan scanning electrochemical microscopy menunjukkan bahwa sekitar 70% permukaan elektroda tertutupi oleh enzim aktif, yang merupakan indikasi efisiensi tinggi dalam imobilisasi GOx pada permukaan elektroda. Sensitivitas elektroda terhadap glukosa mencapai 0,58 ± 0,01 μA/mM, dengan konstanta Michaelis sebesar 7,8 mM, yang menunjukkan kinerja katalitik yang baik. Dalam dunia bioenergi, kemampuan untuk menjaga aktivitas enzim sambil mengurangi interferensi dari molekul lain, seperti asam askorbat (AA), sangat penting. Dalam hal ini, penambahan protein penghalang BSA mampu menjaga respon arus dengan interferensi yang kurang dari 5%.
Sel bahan bakar biofluidik (μBFC) yang memanfaatkan anoda berbasis enzim GOx ini mampu menghasilkan densitas arus sebesar 7,53 mAcm−2 pada densitas daya maksimum 2,30 mWcm−2 dengan potensial sirkuit terbuka sebesar 0,57 V. Kinerja ini menunjukkan bahwa sel bahan bakar tersebut cukup kompetitif dalam produksi energi dari glukosa, yang membuka potensi penerapannya dalam berbagai aplikasi, termasuk sistem bioenergi portabel dan perangkat medis yang memanfaatkan sumber energi internal tubuh.
Pentingnya imobilisasi enzim yang efisien tidak hanya terlihat dari kinerja energi, tetapi juga dari kemampuan matrik penyangga porfirin dan GSH-CdTeQD dalam mempertahankan aktivitas katalitik enzim. Hal ini menunjukkan bahwa kombinasi material nano dan teknik elektroda modifikasi dapat meningkatkan kapasitas produksi energi dalam sel bahan bakar bio. Dari perspektif Teknik Energi Terbarukan, hasil ini memberikan gambaran jelas bahwa metode yang digunakan menawarkan solusi inovatif untuk meningkatkan efisiensi bioenergi.
Lebih jauh lagi, penelitian ini memperlihatkan relevansi besar bagi aplikasi di bidang medis, di mana sel bahan bakar bio dapat dimanfaatkan untuk memproduksi energi dari substrat biologis dalam sistem fisiologis. Konsep menggunakan glukosa sebagai sumber energi dalam sistem biologis, seperti aliran darah atau jaringan tubuh, menunjukkan potensi signifikan dalam pengembangan perangkat medis yang hemat energi dan berkelanjutan.
Secara keseluruhan, penelitian ini menunjukkan kemajuan penting dalam pengembangan biofuel cell, terutama dalam hal imobilisasi enzim yang efisien dan penggunaan material nano sebagai matrik penyangga. Inovasi ini tidak hanya relevan dalam konteks energi terbarukan, tetapi juga memiliki potensi aplikasi yang luas di berbagai bidang lain, termasuk biomedis. Dengan keberhasilan pendekatan ini, diharapkan penelitian lebih lanjut akan membawa kita semakin dekat pada era di mana energi terbarukan berbasis bio menjadi lebih terjangkau dan lebih efisien.
