Sediment Microbial Fuel Cell (SMFC) merupakan teknologi ramah lingkungan yang mampu menghasilkan listrik dan meremediasi sedimen tercemar, tetapi resistansi internal yang tinggi seringkali mengakibatkan produksi listrik yang rendah (Alvarez-Benítez, 2022). Para peneliti telah menyelidiki berbagai alternatif seperti katalis, akseptor elektron, pengikat, dan bahan pengumpul arus, tetapi alternatif ini tetap tidak layak secara komersial, kerentanan terhadap kerusakan, dan kebutuhan pemeliharaan yang tinggi. Sementara itu, beberapa penelitian telah meneliti dampak cahaya terhadap pembangkitan bioelektrik dalam sistem MFC, tetapi pada SMFC cahaya alami sering terbatas akibat kekeruhan (Hao, 2022). Efek pencahayaan rendah sekitar 500 lx pada SMFC belum banyak diteliti, sehingga penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi dampak pencahayaan ambien terus-menerus sebesar 500 lx terhadap kinerja bioelektrik dan remediasi sedimen dalam sistem SMFC dengan menggunakan sedimen bentik pantai.

Literatur mengungkapkan bahwa pencahayaan mempengaruhi produksi listrik pada berbagai MFC, bergantung pada biokatalis, desain sel, dan kondisi operasional. Lingkungan laut didominasi oleh bakteri fotosintetik yang sering berinteraksi dengan bakteri heterotrof untuk memanfaatkan produk fotosintesis mereka, menandakan adanya kerjasama antara kedua jenis mikroorganisme tersebut (He, 2009). Penelitian ini mengeksplorasi penggunaan pencahayaan sekitar 500 lx untuk meningkatkan kinerja dan produksi bioelektrik dalam sistem SMFC, dengan menilai efek pencahayaan terus-menerus tanpa siklus terang-gelap untuk memberikan wawasan bagi penelitian selanjutnya.

Reaktor percobaan diatur secara identik kecuali untuk kondisi pencahayaan. Satu reaktor SMFC dan satu reaktor kontrol-gelap terletak di ruang gelap. Reaktor SMFC lainnya dan reactor kontrol-cahaya disinari selama 24 jam per hari dengan lampu LED yang dipasang 10 cm di atas air.

SMFC terang menunjukkan hasil yang lebih baik dalam aspek DO dan produksi listrik dibandingkan dengan SMFC gelap. Konsentrasi DO meningkat pada reaktor terang dapat dikaitkan dengan pertumbuhan mikroorganisme fotoautotrofik, sementara DO terus menurun di reaktor gelap (Jaiswal, 2019). Peningkatan DO di reaktor terang mendukung proses ORR dan menghasilkan tegangan yang lebih tinggi pada SMFC dibandingkan reaktor gelap. Selain itu, SMFC terang mencapai nilai OCV tertinggi sebesar 724 mV lebih tinggi dari SMFC gelap sebesar 676 mV yang menunjukkan bahwa kondisi terang terus menerus lebih efektif daripada gelap. Dengan kondisi sedimen yang sama, SMFC terang meningkatkan potensi katodik dan menghasilkan OCV lebih tinggi daripada SMFC gelap dalam beberapa hari pertama. Setelah hari ke-3, pola OCV hampir sama karena penurunan potensi anodik mempertahankan kondisi anaerobik akibat penutup aluminium dan penempatan anoda yang jauh dari permukaan sedimen. Produksi listrik SMFC terang dan SMFC gelap mencapai kondisi stabil masing-masing sebesar 544 mV dan 434 mV. Durasi fase lag dan produksi listrik stabil berbeda tergantung pada pencahayaan SMFC. SMFC terang menunjukkan fase lag terpendek sebelum mencapai produksi istrik stabil pada hari ke-17, dibandingkan dengan SMFC gelap yang mencapainya pada hari ke-30. Pengurangan fase lag pada SMFC terang disebabkan oleh pencahayaan yang meningkatkan konsentrasi DO untuk mendukung proses ORR. Kinerja SMFC terang yang lebih baik dan stabil menunjukkan bahwa akumulasi eksoelektrolit pada anoda berhasil, dan pencahayaan mendukung metabolisme mikroba dalam melepaskan elektron (Wu, 2020; Massaglia, 2018). Hasil polarisasi juga menunjukkan bahwa SMFC terang memiliki kinerja yang lebih baik. Dalam kondisi gelap yang terus-menerus, laju ORR lambat, yang menyebabkan akumulasi elektron di katoda terhambat dan mengurangi kinerja katodik.

Studi ini menunjukkan bahwa paparan kontinu air permukaan terhadap cahaya dasar air memiliki efek signifikan pada produksi bioelektrisitas dalam sistem SMFC. Efek ini kemungkinan disebabkan oleh stimulasi pertumbuhan mikroorganisme fotosintetik, yang meningkatkan ketersediaan oksigen di daerah katodik, memperbaiki kinetika reaksi reduksi oksigen (ORR), dan mengurangi resistansi internal katodik sistem.

Penulis: Nur Indradewi Oktavitri, S.T., M.T., Ph.D.

Tulisan detail terkait artikel ini dapat dilihat di: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.142720