SEJARAH PENGEMBANGAN SEL BIOFUEL

KERJA awal dengan sel biofuel, yang dimulai pada awal abad ke-20, adalah murni dari berbagai mikroba. Penelitian atas penggunaan enzim secara langsung untuk oksidasi dalam sel biofuel di awal tahun 1960-an, dengan sel biofuel enzimatik pertama yang dihasilkan pada tahun 1964. Penelitian ini dimulai sebagai satu produk NASA yang tertarik dengan cara penemuan untuk daur-ulang limbah manusia menjadi energi yang dapat digunakan pada pesawat ruang angkasa, serta komponen dari pencarian untuk jantung buatan, khususnya sebagai sumber daya yang dapat dimasukkan langsung ke dalam tubuh manusia.

Ide menggunakan sel mikroba dalam suatu upaya untuk menghasilkan listrik pertama kali dirancang pada awal abad kedua puluh. M. Potter adalah orang pertama yang melakukan pekerjaan pada subjek tersebut pada tahun 1911.

Sejarah Pengembangan Sel Biofuel Enzimatis

Dua aplikasi tersebut—menggunakan produk hewani atau produki nabati sebagai bahan bakar dan pengembangan sumber tenaga yang dapat diimplantasi secara langsung ke dalam tabuh manusia tanpa pengisian-ulang eksternal bahan bakar—tetap tujuan utama untuk mengembangkan sel-sel biofuel. Namun, hasil awal, mengecewakan. Sementara sel awal menghasilkan listrik dengan sangat sukses, ada kesulitan dalam mengangkut elektron yang dilepaskan dari bahan bakar glukosa ke elektroda sel bahan bakar dan kesulitan lebih lanjut dalam menjaga sistem cukup stabil untuk menghasilkan listrik sama sekali karena kecenderungan enzim ‘untuk menjauh dari mana mereka perlu agar sel bahan bakar berfungsi.

 Kesulitan-kesulitan ini menyebabkan pengabaian yang oleh para peneliti sel biofuel dari model enzim-katalis selama hampir tiga dekade yang mendukung katalis logam yang lebih konvensional (terutama platinum), yang digunakan dalam kebanyakan  sel bahan bakar.

Penelitian mengenai hal ini terhenti hingga tahun 1980-an setelah itu direalisasikan bahwa metoda katalis logam tidak akan mampu untuk memberikan kualitas yang diinginkan sebagai sel biofuel, dan sejak itu kerja mengenai sel-sel biofuel enzimatik telah menyelesaikan sekitar berbagai masalah yang melanda upaya sebelumnya untuk menghasilkan sel biofuel enzimatis dengan sukses.

Tahun 1998 terlihat resolusi dari banyak masalah. Pada tahun itu ia mengumumkan bahwa para peneliti telah berhasil sepenuhnya mengoksidasi metanol menggunakan serangkaian (atau “cascade”) dari enzim dalam sel biofuel. Sebelumnya katalis enzim telah gagal untuk sepenuhnya mengoksidasi bahan bakar sel, memberikan jumlah yang jauh lebih rendah dari energi dari apa yang diharapkan mengingat apa yang diketahui tentang kapasitas energi dari bahan bakar.

Sementara metanol kini jauh dari relevan di bidang ini sebagai bahan bakar, metoda yang diperagakan menggunakan serangkaian enzim untuk mengoksidasi dengan sempurna bahan bakar sel yang diberikan para peneliti jauh ke depan, dan banyak pekerjaan yang kini  dikhususkan untuk menggunakan metoda serupa untuk mencapai oksidasi sempurna dari senyawa yang lebih rumit, seperti glukosa.

Selain itu, dan barangkali lebih penting, tahun 1998 adalah tahun dalam mana “immobilisasi” enzim ditunjukkan dengan sangat sukses, yang meningkatkan daya guna kehidupan dari sel bahan bakar metanol dari hanya delapan jam hingga lebih dari satu minggu. Immobilisasi juga para peneliti memberikan dengan kemampuan untuk menempatkan penemuan lebih awal menjadi praktis, terutama penemuan enzim yang dapat digunakan untuk transfer elektron secara langsung dari enzim ke elektroda.

Proses ini telah dipahami sejak tahun 1980-an tetapi sangat bergantung pada penempatan enzim sedekat mungkin dengan elektroda, yang berarti bahwa ini tidak dapat digunakan hingga setelah teknik-teknik immobilisasi dirancang. Selain itu, pengembang sel biofuel enzimatis telah menerapkan sebagian dari kemajuan dalam nanoteknologi untuk rancangannya, yang meliputi penggunaan tabung nano dari karbon untuk mengimobilisasi enzim secara langsung.  

Penelitian lain telah berlalu dalam memanfaatkan sebagian dari keampuhan rancangan enzimatis untuk secara dramatis miniaturisasi sel bahan bakar, suatu proses yang harus terjadi bila sel-sel tersebut selalu digunakan dengan perangkat yang dapat diimplantasikan. Satu tim penelitian mengambil keuntungan dari selektivitas enzim yang amat sangat (extreme) untuk menghilangkan dengan sempurna batasan antara anoda dan katoda, yang merupakan keperluan mutlak dalam sel bahan bakar tidak dari jenis enzimatis. Ini memungkinkan tim untuk menghasilkan sebuah sel bahan bakar yang menghasilkan 1,1 mikrowatt yang beroperasi pada lebih dari setengah volt dalam sebuah ruangan dengan hanya 10 μm3.

Sementara sel bahan bakar enzimatis tidak digunakan di luar laboratorium, berhubung teknologinya telah berkembang melebihi organisasi non-akademis dekade yang lalu yang telah menunjukkan peningkatan banyak minat dalam aplikasi praktis untuk perangkat tersebut. Pada tahun 2007 Sony mengumumkan bahwa telah mengembangkan suatu sel biofuel enzimatis yang dapat dihubungkan sesuai urutan  dan digunakan untuk sebuah peralatan MP3, dan pada 2010  seorang insinyur dipekerjakan oleh angkatan perang AS yang mengumumkan bahwa Departemen Pertahanan merencanakan untuk mengendalikan uji lapangan dari “baterai bio” miliknya sendiri pada tahun berikutnya. Dalam menjelaskan pengejaran teknologi mereka kedua organisasi menekankan kelimpahan yang luar biasa (dan belanja yang luar biasa rendah) dari bahan bakar untuk sel tersebut, sebuah kunci kemajuan teknologi yang mungkin bahkan menjadi lebih atraktif (menarik) bila harga sumber energi portable meningkat, atau bila mereka dapat dengan sukses mengintegrasikan dengan mencangkokkan elektronik pada manusia.

Sejarah Pengembangan Sel Mikroba

Seorang profesor botani di Universitas Durham, Potter mengatur untuk menghasilkan listrik dari bakteri patogen E. coli, tetapi kerjanya tidak untuk menjangkau cakupan utama. Namun, pada 1931,  Barnet Cohen mencurahkan perhatian lebih banyak terhadap bidang ini  mana kala dia menciptakan sejumlah sel bahan bakar setengah mikroba yang, ketika dihubungkan dalam rangkaian, mampu menghasilkan lebih dari 35 volt, meskipun hanya dengan arus 2 milliamper.

Lebih banyak pekerjaan mengenai hal ini seiring dengan sebuah studi yang dilakukan oleh DelDuca et al. yang menggunakan hidrogen yang dihasilkan oleh fermentasi glukosa oleh Clostridium butyricum sebagai reaktan pada anoda dari sel bahan bakar hidrogen dan udara. Meskipun sel berfungsi, itu ditemukan karena tidak bisa diandalkan atas sifat tidak stabil dari produksi hidrogen oleh mikro-organisme. Meskipun masalah ini kemudian pekerjaan itu diselesaikan oleh Suzuki et al. pada tahun 1976 dengan konsep desain saat ini dari MFC muncul setahun kemudian dengan pekerjaan sekali lagi oleh Suzuki.

Pada saat pekerjaan Suzuki pada akhir tahun 1970-an, sedikit yang mengerti tentang bagaimana sel bahan bakar mikroba berfungsi, namun, ide ini diperoleh dan dipelajari kemudian secara lebih rinci pertama kali oleh MJ Allen dan kemudian oleh H. Peter Bennetto keduanya dari King College London. Orang-orang melihat sel bahan bakar sebagai metode yang memungkinkan untuk pembangkitan listrik untuk negara-negara berkembang. Karyanya, dimulai pada awal 1980-an, membantu membangun pemahaman tentang bagaimana sel-sel bahan bakar beroperasi, dan sampai pensiun, ia tampaknya sebagai otoritas terkemuka pada masalah itu.

Sekarang diketahui bahwa listrik dapat dihasilkan secara langsung dari degradasi bahan organik dalam sel bahan bakar mikroba. Seperti sel bahan bakar normal, MFC memiliki baik ruang anoda maupun ruang katoda. Ruang anoda anoxic terhubung secara internal ke ruang katoda melalui membran pertukaran ion dengan sirkuit dilengkapi dengan kawat eksternal.

Pada bulan Mei 2007, Universitas Queensland, Australia, menyelesaikan prototipe MFC, sebagai sebuah upaya bersama dengan Foster’s Brewing. Prototipe ini, (berukuran 10 L), yang mengubah air limbah dari pembuatan bir menjadi CO2, air bersih, dan listrik. Dengan prototipe ini terbukti sukses, rencana berlaku untuk menghasilkan versi 660 galon untuk pembuatan bir, yang diperkirakan menghasilkan daya 2 kilowatt. Sementara itu sejumlah daya diabaikan, produksi air bersih adalah yang paling penting bagi Australia, untuk mana kekeringan tetap menjadi ancaman.***

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s