Ketika kita merenungkan bagaimana kita akan memasok kebutuhan energi dunia yang meningkat selama abad ke-21, diskusi biasanya berayun antara bahan bakar fosil seperti batu bara, minyak dan gas alam, dan sumber energi alternatif yang muncul seperti tenaga angin dan matahari . Namun, semakin banyak ilmuwan dan insinyur melihat kemungkinan memanfaatkan sumber bahan bakar yang tidak mungkin untuk menghasilkan listrik: air limbah yang kita buang secara rutin ke saluran pembuangan.
Awal pekan ini, insinyur Oregon State University mengumumkan kemajuan baru dalam sel bahan bakar mikroba yang menghasilkan listrik dari air limbah. Seperti dijelaskan dalam artikel di jurnal Energy and Environmental Science, mereka telah mengembangkan teknologi yang menggunakan bakteri untuk memanen energi dari komponen limbah yang dapat terbiodegradasi dengan kecepatan 10 hingga 50 kali lebih efisien daripada metode sebelumnya.
Insinyur Hong Liu bekerja dengan sel bahan bakar di lab. (Foto via Oregon State University) "Jika teknologi ini bekerja pada skala komersial seperti yang kami yakini, pengolahan air limbah bisa menjadi penghasil energi yang sangat besar, bukan biaya energi yang besar, " kata Hong Liu, salah satu penulis penelitian ini. "Ini bisa berdampak di seluruh dunia, menghemat banyak uang, menyediakan pengolahan air yang lebih baik, dan mempromosikan kesinambungan energi."
Saat ini, metode konvensional yang digunakan untuk mengolah air limbah menggunakan banyak energi — kira-kira tiga persen dari seluruh listrik yang digunakan di negara ini, para ahli memperkirakan. Jika para ilmuwan dapat menemukan cara yang efisien untuk menghasilkan listrik sebagai bagian dari proses, mereka dapat mengubah persamaan ini di atas kepalanya. Konsep ini telah ada selama beberapa waktu, tetapi hanya baru-baru ini kemajuan praktis membawa kita lebih dekat untuk menggunakan prinsip ini secara komersial.
Metode sebelumnya mengandalkan pencernaan anaerob, di mana bakteri memecah unsur-unsur yang dapat terurai dalam air limbah tanpa adanya oksigen dan menghasilkan metana (gas alam) sebagai produk sampingan. Gas ini kemudian dapat dikumpulkan dan dibakar sebagai bahan bakar.
Teknologi tim Oregon State, sebaliknya, memanfaatkan bahan biodegradable dalam air limbah untuk memberi makan bakteri aerob, yang mencerna zat dengan penggunaan oksigen. Ketika mikroba mengoksidasi komponen-komponen limbah ini - dan, pada gilirannya, membersihkan air - mereka menghasilkan aliran elektron yang stabil. Ketika elektron mengalir dari anoda ke katoda di dalam sel bahan bakar, mereka menghasilkan arus listrik, yang dapat langsung digunakan sebagai sumber daya. Selain itu, proses ini membersihkan air lebih efektif daripada pencernaan anaerob dan tidak menghasilkan produk sampingan yang tidak diinginkan.
Di lab, pengaturan tim — yang memperbaiki desain sebelumnya dengan anoda dan katoda yang berjarak lebih dekat dan proses pemisahan bahan baru yang mengisolasi kandungan organik air limbah dalam bentuk yang lebih terkonsentrasi — menghasilkan lebih dari dua kilowatt per meter kubik air limbah, jumlah yang jauh lebih besar daripada teknologi pencernaan anaerob sebelumnya. Sebagai perbandingan, rata-rata rumah tangga AS menggunakan sekitar 1, 31 kilowatt listrik pada waktu tertentu. Perangkat baru dapat berjalan pada segala jenis bahan organik — tidak hanya air limbah, tetapi juga jerami, kotoran hewan, dan produk sampingan dari produksi industri bir dan susu.
Para peneliti mengatakan mereka telah membuktikan teknologi pada skala yang cukup substansial di laboratorium, dan siap untuk melanjutkan ke studi percontohan skala besar. Mereka mencari dana untuk membangun sel bahan bakar skala besar, idealnya digabungkan dengan pabrik pengolahan makanan, yang akan menghasilkan aliran air limbah yang konsisten dan volume tinggi. Mereka memperkirakan bahwa, begitu teknologi terbukti dan biaya konstruksi turun, penerapan pengolahan air limbah semacam ini akan menghasilkan listrik terbarukan berbiaya rendah dan mengurangi biaya pengolahan limbah.
Teknologi ini akan sangat menarik di negara berkembang, di mana ia akan segera menyelesaikan dua masalah: kurangnya listrik murah dan kelangkaan air bersih. Penelitian untuk meningkatkan efisiensi proses masih berlangsung, tetapi tampaknya cukup segera, hari-hari pembilasan energi ke toilet akan berakhir.
