Perkembangan teknologi energi berkelanjutan mendorong munculnya pendekatan inovatif yang tidak hanya berfokus pada produksi energi, tetapi juga pada pemulihan lingkungan. Salah satu teknologi yang semakin mendapat perhatian adalah Sediment Microbial Fuel Cell (SMFC), sistem bioelektrokimia yang memanfaatkan aktivitas mikroorganisme alami di sedimen perairan untuk mengonversi bahan organik menjadi energi listrik. Dalam sistem ini, bakteri elektrogenik mengoksidasi senyawa organik di sedimen anaerob dan melepaskan elektron yang kemudian dialirkan menuju elektroda katoda di kolom air. Meski konsep ini menjanjikan, kinerja SMFC konvensional masih dibatasi oleh rendahnya efisiensi reaksi katodik akibat keterbatasan pasokan oksigen terlarut.
Penelitian terbaru yang dipublikasikan dalam Global Journal of Environmental Science and Management (GJESM) memperkenalkan pendekatan biologis untuk mengatasi kendala tersebut melalui integrasi mikroalga fotosintetik Spirulina platensis pada ruang katoda SMFC. Mikroalga ini berperan sebagai penyedia oksigen alami melalui proses fotosintesis, sehingga mampu meningkatkan laju reaksi reduksi di katoda tanpa memerlukan aerasi eksternal (Hadiyanto et al., 2023). Pendekatan ini menggeser paradigma SMFC dari sistem pasif menjadi sistem bioelektrokimia aktif yang didukung oleh proses biologis berkelanjutan.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kehadiran mikroalga secara nyata meningkatkan kinerja listrik SMFC. Pada konfigurasi dengan rasio Spirulina platensis dan air tertentu, sistem menghasilkan densitas daya maksimum sebesar 83,61 mW/m², meningkat lebih dari 40 persen dibandingkan SMFC tanpa mikroalga (Oktavitri et al., 2025). Peningkatan ini disertai dengan kenaikan densitas arus dan penurunan resistansi internal sistem, yang mengindikasikan terjadinya transfer elektron yang lebih efisien. Produksi oksigen in situ oleh mikroalga memungkinkan reaksi katodik berlangsung lebih cepat dan stabil, sehingga energi listrik dapat dipanen secara lebih optimal (Rajamanickam & Selvasembian, 2024).
Selain memengaruhi aspek elektrokimia, integrasi mikroalga juga berdampak signifikan terhadap struktur biologis pada permukaan elektroda katoda. Analisis mikroskop elektron memperlihatkan terbentuknya biofilm yang lebih tebal dan homogen pada sistem dengan mikroalga. Biofilm ini tersusun atas mikroalga, bakteri, dan matriks biologis yang memperluas permukaan aktif elektroda serta memperkuat interaksi mikroorganisme–elektroda. Pada konfigurasi dengan konsentrasi mikroalga tertinggi, hampir seluruh permukaan elektroda tertutup biofilm aktif, jauh lebih besar dibandingkan sistem konvensional. Kondisi ini berkontribusi langsung terhadap stabilitas keluaran listrik selama periode operasi.
Keunggulan sistem SMFC berbasis mikroalga tidak terbatas pada peningkatan produksi energi. Penelitian GJESM juga melaporkan penurunan signifikan parameter pencemar di kolom air. Konsentrasi bahan organik, yang direpresentasikan oleh Chemical Oxygen Demand (COD), mengalami penurunan hampir 50 persen, sementara konsentrasi amonia (NH₃-N) berkurang hingga lebih dari 90 persen pada konfigurasi tertentu. Mikroalga memanfaatkan nutrien sebagai sumber pertumbuhan biomassa, sementara bakteri di sedimen mempercepat degradasi senyawa organik. Dengan demikian, SMFC berbasis mikroalga berfungsi sebagai sistem hibrida yang menggabungkan pemanenan energi dan pemulihan kualitas perairan (Song et al., 2020).
Namun demikian, penelitian ini juga menunjukkan adanya batasan operasional yang perlu diperhatikan. Konsentrasi mikroalga yang terlalu tinggi berpotensi meningkatkan difusi oksigen ke dalam sedimen, yang dapat mengganggu kondisi anaerob yang diperlukan oleh bakteri elektrogenik. Fenomena ini menunjukkan adanya trade-off antara produksi listrik maksimum dan efisiensi penghilangan polutan. Konfigurasi dengan biomassa mikroalga tertinggi unggul dalam keluaran listrik, sementara konfigurasi menengah menunjukkan kinerja terbaik dalam remediasi dan produksi biomassa. Temuan ini menegaskan pentingnya optimasi desain dan pengaturan mikroalga dalam sistem SMFC sesuai dengan tujuan aplikasinya.
Dalam konteks wilayah tropis seperti Indonesia, pendekatan ini memiliki relevansi yang sangat tinggi. Ketersediaan cahaya matahari sepanjang tahun serta banyaknya danau, waduk, dan badan air eutrofik menciptakan kondisi ideal bagi pengembangan SMFC berbasis mikroalga. Meskipun daya listrik yang dihasilkan masih berada pada skala kecil, sistem ini berpotensi diaplikasikan untuk kebutuhan energi rendah, seperti sensor kualitas air atau sistem pemantauan lingkungan di lokasi terpencil, sekaligus berkontribusi pada pemulihan ekosistem perairan.
Secara keseluruhan, integrasi mikroalga *Spirulina platensis* dalam sistem Sediment Microbial Fuel Cell menunjukkan bahwa pendekatan berbasis alam dapat memainkan peran strategis dalam pengembangan teknologi energi dan lingkungan. Dengan memanfaatkan sinergi antara bakteri elektrogenik dan mikroalga fotosintetik, SMFC tidak hanya menjadi alat pemanen energi terbarukan, tetapi juga platform inovatif untuk remediasi perairan tercemar. Temuan yang dilaporkan dalam publikasi GJESM memperkuat posisi mikroalga sebagai komponen kunci dalam evolusi sistem bioelektrokimia menuju solusi yang lebih efisien, berkelanjutan, dan ramah lingkungan.
Referensi
Hadiyanto, H., Christwardana, M., & da Costa, C. (2023). Electrogenic and biomass production capabilities of a Microalgae–Microbial fuel cell (MMFC) system using tapioca wastewater and Spirulina platensis for COD reduction. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 45(2), 3409–3420. https://doi.org/10.1080/15567036.2019.1668085
Oktavitri, N. I., Soegianto, A., Isnadina, D. R. M., Amin, M. H. F., Chakraborty, A., Thung, W., Rahmadani, D. K., Saputra, M. A., & Kim, K. (2025). Hybrid sediment microbial fuel cells utilizing Spirulina platensis for concurrent energy harvesting, pollutant removal, and algal biomass production. Global Journal of Environmental Science and Management. https://doi.org/10.22034/gjesm.2025.04.16.
Rajamanickam, R., & Selvasembian, R. (2024). Application of Microalgae-MFC to MitigateWater Pollution and Resource Recovery. In Emerging Trends in Microbial Electrochemical Technologies for Sustainable Mitigation of Water Resources Contamination: Microbial Electrochemical Technologies in Wastewater Treatment (pp. 159–175). https://doi.org/10.1007/978-3-031-74636-9_7
Song, X., Wang, W., Cao, X., Wang, Y., Zou, L., Ge, X., Zhao, Y., Si, Z., & Wang, Y. (2020). Chlorella vulgaris on the cathode promoted the performance of sediment microbial fuel cells for electrogenesis and pollutant removal. Science of The Total Environment, 728, 138011. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138011
Penulis: Nur Indradewi Oktavitri
Catatan:
Tulisan detail terkait artikel ini dapat dilihat dalam publikasi kami di
