Inovasi Pembangkit Listrik Turbin Proton Berbasis Bakteri Rhospirillum Rubrum Sebagai Bio-Electricity Dalam Mewujudkan Kemandirian Energi Terbarukan Di Indonesia

Fadhlih AlZaki Sitorus, Universitas Gadjah Mada

Karya ini menjadi Pemenang 4, dalam Kompetisi Penulisan Artikel Energi Baru Terbarukan, Piala Menteri ESDM RI 2021.

Pengantar

Kebutuhan masyarakat dunia akan energi listrik mengalami peningkatan tidak terkecuali di Indonesia. Peningkatan permintaan energi listrik dikalangan masyarakat disebabkan oleh banyak faktor, seperti kemajuan teknologi, gaya hidup masyarakat, kondisi sosial budaya, dan lainnya. Akibatnya, ketersediaan energi listrik perlu ditambah untuk beberapa tahun ke depan.

Saat ini, secara umum listrik dihasilkan dari pembangkit yang memnfaatkan pembakaran bahan bakar fosil. Penggunaan bahan bakar fosil yang kian masif turut mempengaruhi kondisi dan kualitas lingkungan hidup.

Beberapa jenis pembangkit listrik berbasis energi alternatif banyak dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan tersebut seperti tenaga angin, air, gelombang, geothermal, dan surya. Bahkan, pembangkit listrik tenaga nuklir sebagai salah satu penghasil energi listrik masa depan menjadi salah satu pembangkit listrik alternatif masa depan di Indoneisa, tetapi penggunaan pembangkit listrik tenaga nuklir belum dapat terealisasi karena berbagai tantangan yang sering ditemui untuk membangun pembangkit listrik alternatif.

Salah satu tantangan utama dalam pembangunan pembangkit listrik alternatif, yaitu tingginya biaya pemeliharaan alat dan efisiensi. Dengan demikian, perlu digalakkan penggunaan pembangkit listrik dengan energi alternatif yang murah dan efisien.

Disisi lain, pertumbuhan ekonomi di Indonesia yang semakin pesat walaupun terganggu dengan adanya pandemi Covid-19 menyebabkan konsumsi listrik juga mengalami kenaikan.

Permintaan akan konsumsi listrik di Indonesia menyebabkan pemerintah Indonesia harus mencari cara untuk memenuhi kebutuhan energi listrik nasional supaya krisis listrik di Indonesia tidak terjadi.

 

Peran tersebut tidak hanya sebatas sebagai sarana produksi dalam memfasilitasi pembangunan sektor industri dan ekonomi, tetapi juga berperan dalam pemenuhan aspek sosial di kehidupan sehari-hari. Apabila pemerintah Indonesia tidak kunjung merealisasikan pembangkit listrik dari energi terbarukan dengan skala besar yang mampu bersaing dengan energi konvensional akan menyebabkan krisis listrik di Indonesia akibat pembangkit listrik dari energi fosil tak terbarukan mengalami kelangkaan sumber bahan bakar sehingga tidak dapat memenuhi kebutuhan listrik nasional di masa depan.

Isi: Melihat Potensi Keanekaragaman Hayati Terpendam dalam Energi Terbarukan di Indonesia sebagai Inovasi dalam Efisiensi Energi Terbarukan di Masa Depan.

Negara Kesatuan Republik Indonesia terdiri kurang lebih dari 17.000 pulau baik pulau besar maupun kecil. Selain itu, garis pantai Indonesia terpanjang di Asia Tenggara sejauh kurang lebih 810.000 km dengan luas daratan sekitar 3.100.000 kilo meter persegi serta jumlah penduduk Indonesia kini mencapai lebih dari 250 juta jiwa dan tersebar di lebih dari 65.000 desa.

Berdasarkan data dari Kementerian ESDM pada tahun 2020, masih terdapat 55 (lima puluh lima) kabupaten atau kota dengan rasio elektrifikasi kurang dari 80 persen (delapan puluh persen) serta terdapat 9006 (sembilan ribu enam) desa belum teraliri oleh listrik dari Perusahaan Listrik Negara (PLN) (Kementerian ESDM, 2020). Oleh karena itu, diperlukan segera solusi pembangkit listrik dari energi alternatif untuk pemenuhan kebutuhan energi listrik di Indonesia untuk 5 hingga 10 tahun.

Berdasarkan hal tersebut, negara Indonesia memiliki beberapa kekayaan alam yang masih belum dimanfaatkan secara maksimal, salah satunya adalah keanekaragaman hayati yaitu mikroorganisme sebagai bio-electricity. Pembangkitan listrik dengan menggunakan potensi sumber daya hayati hingga saat ini belum banyak dikembangkan. Sumber daya hayati terutama mikroorganisme seperti bakteri berpotensi dimanfaatkan dalam pembangkit listrik berskala besar.

Penggunaan mikroorganisme untuk membangkit listrik dinilai memiliki beberapa kelebihan, yaitu sumber daya alam yang terbarukan karena mudah untuk diperoleh dan dikembangbiakkan serta ramah lingkungan karena tidak menghasilkan polusi berbahaya. Salah satu sumber pembangkit listrik yang menggunakan potensi hayati khususnya mikroorganisme adalah memanfaatkan bakteri jenis Rhospirillum rubrum sebagai bioelectricity.

Bakteri Rhospirillum rubrum merupakan bakteri fotosintetik yang banyak ditemukan di alam khusunya daerah perairan dan rawa. Bakteri tersebut memiliki keunggulan dibandingkan dengan bakteri berflagela lainnya, yaitu mampu bertahan hidup dalam kondisi aerob maupun anaerob serta dalam kondisi ekstrim, banyak ditemukan pada kolam, rawa, serta lingkungan akuatik alami (Reslewic et. Al, 2005).

 

Selain itu, Bakteri Rhospirillum rubrum memiliki flagella sebagai alat gerak sehingga mampu bergerak akibat rangsangan dari luar yang disebut dengan gerak kemotaksis. Gerak kemotaksis didefinisikan sebagai salah satu kemampuan dari respon bakteri dalam beradaptasi terhadap lingkungannya yang memiliki gradient (perbedaan) kimiawi dapat berupa zat-zat atau keadaan tertentu. Gerak kemotaksis bakteri Rhospirillum rubrum dapat dimanfaatkan energi kinetiknya untuk dikonservasi menjadi pembangkit energi listrik.

Selain berdasarkan potensi gerak kemotaksis tersebut, pembangkit listrik berbasis mikroorganisme didukung dengan perkembangan teknologi yang terjadi sangat pesat terutama perkembangan teknologi secara mikro dan nano. Salah satu teknologi yang berkaitan dengan skala mikro dan nano, yaitu turbin proton. Turbin proton adalah teknologi turbin dalam skala kecil yang digerakkan oleh motor yang digerakkan oleh aliran ion sehingga dapat berputar menghasilkan energi listrik. Konsep turbin proton untuk konservasi energi gerak menjadi energi listrik dibuktikan dengan bukti eksperimental yang menunjukkan bahwa aliran sekitar 1000 proton digabungkan ke setiap rotasi motor.

Semua proton yang mengalir melalui motor akan menghasilkan sekitar 2,4 x 10^(-17)Joule per revolusi. Angka tersebut hanya estimasi dari energi yang dikonservasi menjadi energi listrik per revolusi pada 10 Hz (2,0 x 10^(-17)Joule) sehingga efisiensi tubin proton sangat tinggi per bakteri per satu detik revolusi (Berry, 2001). Jika kita menggabungkan teknologi turbin proton dengan gerak kemotaksis dari bakteri Rhospirillum rubrum, konservasi energi listrik sebagai pembangkit listrik bio-electricity dapat diterapkan di Indonesia. Indonesia memliki keunggulan lokasi pembangunan pembangkit listrik pada wilayah rawa maupun di dekat sumber akuatik alami maupun buatan serta luas wilayah pembangunan tidak lebih dari 1 hektar.

Keunggulan utama dari pembangkit listrik ini dibandingkan dengan pembangkit listrik energi terbarukan lainnya adalah adalah tidak bergantung kepada cuaca atau iklim maupun faktor alam lainnya yang sedang terjadi di Indonesia sehingga proses konversi energi menjadi energi listrik tidak terganggu oleh faktor tersebut.

Pembangkit listrik dari mikroorganisme berbasis turbin proton sebagai bioelectricity dapat diwujudkan dengan memanfaatkan potensi sumber daya alam di Indonesia yang belum dieksplorasi secara luas. Indonesia memiliki kenggulan lokasi untuk mendirikan pembangkit listrik ini karena negara Indoneisa merupakan negara maritim serta memiliki kawasan rawa yang luas dimana cocok untuk pertumbuhan bakteri Rhodospirillum rubrum.

Daerah-daerah tersebut merupakan wilayah yang sering dijumpai di Indonesia serta belum dimaksimalkan potensi keanekaragaman hayati mikroorganismenya. Perancangan pembangkit listrik futuristik di wilayah rawa, diperlukan kolam atau wadah khusus dalam perkembangbiakan bakteri secara in vitro yang berupa microbactery vessel.

Kondisi di dalam vessel diatur sesuai dengan keadaan yang bergantung terhadap suhu, tekanan, dan konsentrasi dalam masing-masing vessel yang diisi dengan larutan dari tangki penyimpanan medium larutan bakteri. Komponen lain dalam pembangunan pembangkit listrik ini yang tidak kalah penting yaitu microreactor.

Microreactor merupakan tempat dimana bakteri akan memutar micro spining wheel sesuai dengan jalur yang telah ditentukan sehingga menggerakan turbin proton yang telah terintegrasi dengan crankshaft pada masing-masing micro spining wheel. Microreactor dapat dianalogikan sebagai boiler pada pembangkit listrik konvensional, tetapi memiliki keunggulan konversi energi ke energi listrik microreactor mampu mencapai 98 persen karena tidak ada heat loss atau panas yang hilang selama proses berlangsung.

Selain memiliki nilai efisiensi konservasi energi listrik yang tinggi, keunikan lainnya dari pembangkit listrik berbasis turbin proton dari mikroorganisme tidak memiliki boiler sebagai tempat penghasil superheated steam dari pembakaran bahan bakar fosil sehingga mampu menurunkan emisi gas rumah kaca maupun gas polusi udara lainnya untuk mengurangi efek perubahan iklim yang terjadi di Indonesia.

Kesimpulan dan Penutup

Dalam waktu 5 hingga 10 tahun yang akan datang, penulis yakin bahwa pembangunan pembangkit listrik dari mikroorganisme bakteri berflagela sebagai bio-electricity akan diresmikan di Indonesia sebagai pelopor pembangkit listrik dari makhluk hidup pertama di Indonesia dan dunia. Pembangkit listrik sebagai bio-electricity penulis yakini sebagai alternatif terbaik untuk pemenuhan energi listrik di masa depan bagi Indonesia.

Membangun pembangkit listrik ramah lingkungan dengan memanfaatkan sumber daya alam berupa keanekaragaman hayati berupa mikroorganisme baktri yang belum banyak diketahui oleh masyrakat sebagai sumber energi listrik. Selain itu, pembangkit listrik ini dapat terealisasikan lebih cepat dengan adanya kemajuan teknologi mikro dan nano sehingga transisi dari energi konvensional ke energi terbarukan untuk sektor kelistrikan di Indonesia dapat dilakukan dengan efisiensi energi yang lebih tinggi serta memanfaatkan sumber daya alam hayati yang belum pernah tersentuh sebelumnya. (*)

Daftar Pustaka:

1. Kementerian ESDM. 2020. Bahan Ditjen Ketengalistrikan. Konferensi Pers Capaian Kinerja Subsektor 30 Juli 2020, Jakarta, Indonesia. Halaman 9.

2. Reslewic, S., Shigou, Z., Place, M., Zhang, Y., Briska A., Goldstein, S., Churas, C., Runnheim, R., Forrest, D., Lim, A., Lapidus, A., Han, C., Roberts, G., and Schwartz, D. 2005.

3. Whole-Genome Shotgun Optical Mapping of Rhodospirillum rubrum. 1(5). Berry, R.M. 2001. Bacterial Flagella: Flagellar Motor. Encyclopedia of Life Sciences. The Randall Institute, King’s College London.United Kingdom: London. 2(1).

]]> Fadhlih Al-Zaki Sitorus, Universitas Gadjah Mada

Karya ini menjadi Pemenang 4, dalam Kompetisi Penulisan Artikel Energi Baru Terbarukan, Piala Menteri ESDM RI 2021.

Pengantar

Kebutuhan masyarakat dunia akan energi listrik mengalami peningkatan tidak terkecuali di Indonesia. Peningkatan permintaan energi listrik dikalangan masyarakat disebabkan oleh banyak faktor, seperti kemajuan teknologi, gaya hidup masyarakat, kondisi sosial budaya, dan lainnya. Akibatnya, ketersediaan energi listrik perlu ditambah untuk beberapa tahun ke depan.

Saat ini, secara umum listrik dihasilkan dari pembangkit yang memnfaatkan pembakaran bahan bakar fosil. Penggunaan bahan bakar fosil yang kian masif turut mempengaruhi kondisi dan kualitas lingkungan hidup.

Beberapa jenis pembangkit listrik berbasis energi alternatif banyak dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan tersebut seperti tenaga angin, air, gelombang, geothermal, dan surya. Bahkan, pembangkit listrik tenaga nuklir sebagai salah satu penghasil energi listrik masa depan menjadi salah satu pembangkit listrik alternatif masa depan di Indoneisa, tetapi penggunaan pembangkit listrik tenaga nuklir belum dapat terealisasi karena berbagai tantangan yang sering ditemui untuk membangun pembangkit listrik alternatif.

Salah satu tantangan utama dalam pembangunan pembangkit listrik alternatif, yaitu tingginya biaya pemeliharaan alat dan efisiensi. Dengan demikian, perlu digalakkan penggunaan pembangkit listrik dengan energi alternatif yang murah dan efisien.

Disisi lain, pertumbuhan ekonomi di Indonesia yang semakin pesat walaupun terganggu dengan adanya pandemi Covid-19 menyebabkan konsumsi listrik juga mengalami kenaikan.

Permintaan akan konsumsi listrik di Indonesia menyebabkan pemerintah Indonesia harus mencari cara untuk memenuhi kebutuhan energi listrik nasional supaya krisis listrik di Indonesia tidak terjadi.

 

Peran tersebut tidak hanya sebatas sebagai sarana produksi dalam memfasilitasi pembangunan sektor industri dan ekonomi, tetapi juga berperan dalam pemenuhan aspek sosial di kehidupan sehari-hari. Apabila pemerintah Indonesia tidak kunjung merealisasikan pembangkit listrik dari energi terbarukan dengan skala besar yang mampu bersaing dengan energi konvensional akan menyebabkan krisis listrik di Indonesia akibat pembangkit listrik dari energi fosil tak terbarukan mengalami kelangkaan sumber bahan bakar sehingga tidak dapat memenuhi kebutuhan listrik nasional di masa depan.

Isi: Melihat Potensi Keanekaragaman Hayati Terpendam dalam Energi Terbarukan di Indonesia sebagai Inovasi dalam Efisiensi Energi Terbarukan di Masa Depan.

Negara Kesatuan Republik Indonesia terdiri kurang lebih dari 17.000 pulau baik pulau besar maupun kecil. Selain itu, garis pantai Indonesia terpanjang di Asia Tenggara sejauh kurang lebih 810.000 km dengan luas daratan sekitar 3.100.000 kilo meter persegi serta jumlah penduduk Indonesia kini mencapai lebih dari 250 juta jiwa dan tersebar di lebih dari 65.000 desa.

Berdasarkan data dari Kementerian ESDM pada tahun 2020, masih terdapat 55 (lima puluh lima) kabupaten atau kota dengan rasio elektrifikasi kurang dari 80 persen (delapan puluh persen) serta terdapat 9006 (sembilan ribu enam) desa belum teraliri oleh listrik dari Perusahaan Listrik Negara (PLN) (Kementerian ESDM, 2020). Oleh karena itu, diperlukan segera solusi pembangkit listrik dari energi alternatif untuk pemenuhan kebutuhan energi listrik di Indonesia untuk 5 hingga 10 tahun.

Berdasarkan hal tersebut, negara Indonesia memiliki beberapa kekayaan alam yang masih belum dimanfaatkan secara maksimal, salah satunya adalah keanekaragaman hayati yaitu mikroorganisme sebagai bio-electricity. Pembangkitan listrik dengan menggunakan potensi sumber daya hayati hingga saat ini belum banyak dikembangkan. Sumber daya hayati terutama mikroorganisme seperti bakteri berpotensi dimanfaatkan dalam pembangkit listrik berskala besar.

Penggunaan mikroorganisme untuk membangkit listrik dinilai memiliki beberapa kelebihan, yaitu sumber daya alam yang terbarukan karena mudah untuk diperoleh dan dikembangbiakkan serta ramah lingkungan karena tidak menghasilkan polusi berbahaya. Salah satu sumber pembangkit listrik yang menggunakan potensi hayati khususnya mikroorganisme adalah memanfaatkan bakteri jenis Rhospirillum rubrum sebagai bio-electricity.

Bakteri Rhospirillum rubrum merupakan bakteri fotosintetik yang banyak ditemukan di alam khusunya daerah perairan dan rawa. Bakteri tersebut memiliki keunggulan dibandingkan dengan bakteri berflagela lainnya, yaitu mampu bertahan hidup dalam kondisi aerob maupun anaerob serta dalam kondisi ekstrim, banyak ditemukan pada kolam, rawa, serta lingkungan akuatik alami (Reslewic et. Al, 2005).

 

Selain itu, Bakteri Rhospirillum rubrum memiliki flagella sebagai alat gerak sehingga mampu bergerak akibat rangsangan dari luar yang disebut dengan gerak kemotaksis. Gerak kemotaksis didefinisikan sebagai salah satu kemampuan dari respon bakteri dalam beradaptasi terhadap lingkungannya yang memiliki gradient (perbedaan) kimiawi dapat berupa zat-zat atau keadaan tertentu. Gerak kemotaksis bakteri Rhospirillum rubrum dapat dimanfaatkan energi kinetiknya untuk dikonservasi menjadi pembangkit energi listrik.

Selain berdasarkan potensi gerak kemotaksis tersebut, pembangkit listrik berbasis mikroorganisme didukung dengan perkembangan teknologi yang terjadi sangat pesat terutama perkembangan teknologi secara mikro dan nano. Salah satu teknologi yang berkaitan dengan skala mikro dan nano, yaitu turbin proton. Turbin proton adalah teknologi turbin dalam skala kecil yang digerakkan oleh motor yang digerakkan oleh aliran ion sehingga dapat berputar menghasilkan energi listrik. Konsep turbin proton untuk konservasi energi gerak menjadi energi listrik dibuktikan dengan bukti eksperimental yang menunjukkan bahwa aliran sekitar 1000 proton digabungkan ke setiap rotasi motor.

Semua proton yang mengalir melalui motor akan menghasilkan sekitar 2,4 x 10^(-17)Joule per revolusi. Angka tersebut hanya estimasi dari energi yang dikonservasi menjadi energi listrik per revolusi pada 10 Hz (2,0 x 10^(-17)Joule) sehingga efisiensi tubin proton sangat tinggi per bakteri per satu detik revolusi (Berry, 2001). Jika kita menggabungkan teknologi turbin proton dengan gerak kemotaksis dari bakteri Rhospirillum rubrum, konservasi energi listrik sebagai pembangkit listrik bio-electricity dapat diterapkan di Indonesia. Indonesia memliki keunggulan lokasi pembangunan pembangkit listrik pada wilayah rawa maupun di dekat sumber akuatik alami maupun buatan serta luas wilayah pembangunan tidak lebih dari 1 hektar.

Keunggulan utama dari pembangkit listrik ini dibandingkan dengan pembangkit listrik energi terbarukan lainnya adalah adalah tidak bergantung kepada cuaca atau iklim maupun faktor alam lainnya yang sedang terjadi di Indonesia sehingga proses konversi energi menjadi energi listrik tidak terganggu oleh faktor tersebut.

Pembangkit listrik dari mikroorganisme berbasis turbin proton sebagai bio-electricity dapat diwujudkan dengan memanfaatkan potensi sumber daya alam di Indonesia yang belum dieksplorasi secara luas. Indonesia memiliki kenggulan lokasi untuk mendirikan pembangkit listrik ini karena negara Indoneisa merupakan negara maritim serta memiliki kawasan rawa yang luas dimana cocok untuk pertumbuhan bakteri Rhodospirillum rubrum.

Daerah-daerah tersebut merupakan wilayah yang sering dijumpai di Indonesia serta belum dimaksimalkan potensi keanekaragaman hayati mikroorganismenya. Perancangan pembangkit listrik futuristik di wilayah rawa, diperlukan kolam atau wadah khusus dalam perkembangbiakan bakteri secara in vitro yang berupa microbactery vessel.

Kondisi di dalam vessel diatur sesuai dengan keadaan yang bergantung terhadap suhu, tekanan, dan konsentrasi dalam masing-masing vessel yang diisi dengan larutan dari tangki penyimpanan medium larutan bakteri. Komponen lain dalam pembangunan pembangkit listrik ini yang tidak kalah penting yaitu microreactor.

Microreactor merupakan tempat dimana bakteri akan memutar micro spining wheel sesuai dengan jalur yang telah ditentukan sehingga menggerakan turbin proton yang telah terintegrasi dengan crankshaft pada masing-masing micro spining wheel. Microreactor dapat dianalogikan sebagai boiler pada pembangkit listrik konvensional, tetapi memiliki keunggulan konversi energi ke energi listrik microreactor mampu mencapai 98 persen karena tidak ada heat loss atau panas yang hilang selama proses berlangsung.

Selain memiliki nilai efisiensi konservasi energi listrik yang tinggi, keunikan lainnya dari pembangkit listrik berbasis turbin proton dari mikroorganisme tidak memiliki boiler sebagai tempat penghasil superheated steam dari pembakaran bahan bakar fosil sehingga mampu menurunkan emisi gas rumah kaca maupun gas polusi udara lainnya untuk mengurangi efek perubahan iklim yang terjadi di Indonesia.

Kesimpulan dan Penutup

Dalam waktu 5 hingga 10 tahun yang akan datang, penulis yakin bahwa pembangunan pembangkit listrik dari mikroorganisme bakteri berflagela sebagai bio-electricity akan diresmikan di Indonesia sebagai pelopor pembangkit listrik dari makhluk hidup pertama di Indonesia dan dunia. Pembangkit listrik sebagai bio-electricity penulis yakini sebagai alternatif terbaik untuk pemenuhan energi listrik di masa depan bagi Indonesia.

Membangun pembangkit listrik ramah lingkungan dengan memanfaatkan sumber daya alam berupa keanekaragaman hayati berupa mikroorganisme baktri yang belum banyak diketahui oleh masyrakat sebagai sumber energi listrik. Selain itu, pembangkit listrik ini dapat terealisasikan lebih cepat dengan adanya kemajuan teknologi mikro dan nano sehingga transisi dari energi konvensional ke energi terbarukan untuk sektor kelistrikan di Indonesia dapat dilakukan dengan efisiensi energi yang lebih tinggi serta memanfaatkan sumber daya alam hayati yang belum pernah tersentuh sebelumnya. (*)

Daftar Pustaka:

1. Kementerian ESDM. 2020. Bahan Ditjen Ketengalistrikan. Konferensi Pers Capaian Kinerja Subsektor 30 Juli 2020, Jakarta, Indonesia. Halaman 9.

2. Reslewic, S., Shigou, Z., Place, M., Zhang, Y., Briska A., Goldstein, S., Churas, C., Runnheim, R., Forrest, D., Lim, A., Lapidus, A., Han, C., Roberts, G., and Schwartz, D. 2005.

3. Whole-Genome Shotgun Optical Mapping of Rhodospirillum rubrum. 1(5). Berry, R.M. 2001. Bacterial Flagella: Flagellar Motor. Encyclopedia of Life Sciences. The Randall Institute, King’s College London.United Kingdom: London. 2(1).
]]> . Sumber : Rakyat Merdeka – RM.ID .

Leave a Reply

Your email address will not be published.

Categories