ABSTRAK

Sel bahan api mikrob (SBAM) ialah sebuah bioreaktor yang bertindak menukarkan tenaga kimia kepada tenaga elektrik daripada pengoksidaan bahan organik oleh mikroorganisma. SBAM merupakan tenaga alternatif boleh diperharui dan berpotensi  menggantikan kebergantungan kepada bahan api fosil dewasa ini. Kajian ini bertujuan untuk mengenalpasti kesan jenis sampel air tidak terawat di kawasan berhampiran Sekolah Sukan Tunku Mahkota Ismail (SSTMI) terhadap prestasi penghasilan tenaga elektrik dengan menggunakan elektrod aluminium pada pH malar 8.5. SBAM yang menggunakan sampel air tak terawat dasar kolam SSTMI mencapai ketumpatan kuasa tertinggi adalah 0.08 W/m2 . Sementara SBAM yang menggunakan sampel dari air tak terawat dari lumpur kolam terbiar kuarters Bomba Bandar Penawar telah mencapai nilai ketumpatan kuasa yang tertinggi iaitu 0.35 W/m2. Penghasilan ketumpatan kuasa paling tinggi adalah dengan menggunakan sampel air tak terawat dari lumpur dasar pantai Tanjung Balau iaitu 2.22 W/m2. Penghasilan tenaga elektrik saling berkait rapat dengan parameter yang digunakan. Bagi kajian mendatang adalah wajar untuk mengambil kira perubahan parameter seperti pH, luas permukaan elektrod dan jenis elektrod yang digunakan kerana berpotensi untuk meningkatkan  pengeluaran tenaga elektrik.

 

1.0   PENGENALAN

Sel bahan api mikrob merupakan sebuah teknologi yang menggunakan bantuan pemangkinan mikroorganisma bagi menukarkan tenaga kimia kepada tenaga elektrik SBAM adalah prospek tenaga diperbaharui yang berpotensi tinggi terutamanya dalam pelestarian tenaga. SBAM telah terbukti dapat menghasilkan tenaga elektrik secara serentak dengan merawat air sisa kumbahan. Di dalam SBAM, bahan organik daripada air tak terawat dioksidakan di dalam kebuk anod lalu menghasilkan karbon dioksida, proton dan electron. Di dalam kebuk katod, air terhasil melalui penggabungan proton, elektron dan oksigen.

Kultur tulen seperti Rhodoferax ferriducens, G. metallireducens dan G. sulfurreducens memberikan hasil penjanaan tenaga elektrik terbukti berjaya. Penggunaan kultur campuran yang lebih kompleks juga kini semakin berkembang di mana penemuan bakteria yang pelbagai turut ditemui Namun begitu, terdapat juga bacteria yang membiak secara semula jadi di kawasan-kawasan yang mempunyai nilai Kebergantungan Oksigen Biokimia (BOD) yang rendah seperti di kolam, dasar laut, dan sisa kumbahan.

Faktor pH amat penting bagi memberi persekitaran yang harmoni bagi pembiakan bakteria. Terdapat kajian mengenai kebuk berkembar, arus elektrik akan meningkat sekiranya perbezaan antara pH kebuk adalah tinggi. Aktiviti penurunan oksigen bergantung kepada bahan elektrod dalam kebuk katod. Platinum adalah jenis yang terbaik tetapi tidak praktikal untuk keadaan sebenar kerana kos yang tinggi. Elektrod jenis karbon mempunyai kestabilan dan konduktiviti yang baik serta kos yang murah.

Objektif kajian ini dibangunkan untuk mengenalpasti kesan jenis sampel air tidak terawat terhadap prestasi penghasilan tenaga eletrik dengan menggunakan 2 kebuk (anod dan katod), elektrod karbon, dan nilai pH 8. Dalam kes kesan pH pada penjanaan kuasa SBAM, didapati bahawa pengasidan anod telah menjejaskan penjanaan elektrik dengan menghalang aktiviti mikroba. Di samping itu, medium yang alkali meningkatkan prestasi biosintesis riboflavin dari Shewanella pada kebuk anode.

 

 

  2.0   METODOLOGI

2.1    KEBUK ANOD

Air tidak terawatt daripada 3 sumber berhampiran Sekolah Sukan Tunku Mahkota Ismail  digunakan telah digunakan untuk keseluruhan kajian ini. Air tidak terawat itu adalah air dasar kolam terbiar SSTMI, Air lumpur dasar pantar Tanjung Balau, dan air dasar Kolam terbiar di kuarters Bomba Bandar penawar. Nilai keperluan Oksigen Biokimia telah ditentukan terlebih dahulu untuk menentukan  masa yang diperlukan bagi sampel air melunturkan warna biru metilen.  Sampel air tak terawat yang digunakan dalam kebuk anod adalah 2500ml disukat menggunakan bikar dan dimasukkan ke dalam bekas plastic yang ditutup rapat dengan 2 bukaan iaitu bukaan elektrod dan bukaan pintu garam. Sebanyak 50ml larutan glukosa ( C6H12O6) dipipet kedalam kebuk anod. jaring  elektrod aluminium dengan ukuran 20cm x 14cm sebanyak 4 keping dengan setiap satunya disambungkan dengan wayar kuprum. Klip buaya digunakan untuk menyambung keluar elektrod aluminium di kedua dua kebuk anod dan katod. Multimeter di pasang antara kebuk untuk menyukat arus (amp) dan voltan (V), dan dianalisis nilai kuasa (W) terhasil. Bacaan amp dan V diambil setial 30 minit dan dicatat dalam jadual selama 4 jam.

 

 

                      2.2 KEBUK KATOD

Air suling digunakan sebanyak 2500ml. elektrod digunakan adalah jaringan aluminium berukuran diameter 14cm x 20cm sebanyak 4 keping. Setiap elektrod disambung dengan wayar kuprum. Kebuk katod dititiskan 5 titis acid hidroklorik 0.02M

  

                    2.3 JAMBATAN GARAM

               Larutan NaCl 90% disediakan dengan melarutkan 90gram NaCL di dalam 100ml air suling. Kemudian, tali direndam didalam larutan garam selama 2 jam dan di tutup menggunakan paip plastic. Jambatan garam menghubungkan kedua dua kebuk dipastikan ditutup rapat menggunakan gam lilin.

 

3.0   KAEDAH ANALISIS

Setiap sampel  ditentukan nilai keperluan oksigen kimia (BOD) dan pH ditentukan dengan pH meter supaya kekal pada 8.5pH di kebuk anod. Data Voltan, Arus, dan Kuasa dikira secara berterusan dengan menyambungkan SBAM  dengan multimeter dan dicatat dalam jadual excel (berkomputer).  Kuasa(P) dikira dengan formula P=IV dan ketumpatan kuasa dikira dengan membahagikan kuasa(P) dengan luas permukaan anod.

 

4.0   KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN

4.1   Sampel air kolam terbiar SSTMI

3 Jenis sampel air tidak terawatt digunakan untuk menentukan prestasi kuasa elektrik yang dijana oleh Sel Bahan Api Mikrob (SABM). Jadual 1 di bawah menunjukkan penghasilan voltan elektrik dan arus elektrik  sampel air kolam terbiar SSTMI menggunakan luas permukaan anod(LPA jaring aluminium) sebanyak 0.45 m2 . Berdasarkan Rajah 1 tersebut, dapat disimpulkan bahawa  purata kuasa yang boleh dijana oleh SBAM adalah 0.03 W. Manakala purata ketumpatan kuasa bagi sampel ini adalah 1.07 W/m2. Ketumpatan kuasa yang dijana adalah paling rendah berbanding sampel air yang lain mungkin kerana kepadatan mikroorganisma yang rendah. Selain daripada itu, kolam yang terbiar ini juga mempunyai paras air yang sering surut dan naik menyebabkan jumlah oksigen adalah tinggi dan tidak menyumbang kepada respirasi anaerob mikroorganisma.

 

Masa (minit)

Arus (A)

Voltan (V)

Kuasa (W)

Ketumpatan kuasa (W/m2)

0

0.1

0.2

0.02

0.04

30

0.1

0.2

0.02

0.04

60

0.2

0.2

0.04

0.08

90

0.1

0.2

0.02

0.04

120

0.1

0.2

0.02

0.04

150

0.2

0.2

0.04

0.08

180

0.2

0.2

0.04

0.08

240

0.2

0.2

0.04

0.08

Purata kuasa terjana (W)

0.03

Purata Ketumpatan kausa (W/m2)

0.07

 

 

4.2  Sampel air lumpur dasar pantai Tg Balau

 

Jadual 2 di bawah menunjukkan penghasilan voltan elektrik dan arus elektrik  sampel air lumpur dasar Pantai Tanjung Balau menggunakan luas permukaan anod(LPA jaring aluminium) sebanyak 00.45 m2. Berdasarkan graf 2 tersebut, dapat disimpulkan bahawa purata kuasa yang boleh dijana oleh SBAM adalah 0.74W. Manakala purata ketumpatan kuasa bagi sampel ini adalah 1.64W/m2 . Sampel air lumpur ini menghasilkan ketumpatan kuasa yang paling tinggi kerana kepadatan mikroorganisma yang banyak dan menyumbang kepada penguraian glukosa seterusnya menghasilkan electron paling banyak untuk diserap kumpul oleh elektrod aluminium.

 

 

Masa (minit)

Arus (A)

Voltan (V)

Kuasa (W)

Ketumpatan kuasa (W/m2)

0

0.6

0.6

0.36

0.80

30

0.8

0.8

0.64

1.42

60

0.8

0.8

0.64

1.42

90

0.8

0.8

0.64

1.42

120

0.8

0.8

0.64

1.42

150

1.0

1.0

1.00

2.22

180

1.0

1.0

1.00

2.22

240

1.0

1.0

1.00

2.22

Purata kuasa terjana (W)

0.74

Purata Ketumpatan kausa (W/LPA)

1.64

 

 

 

4.3 Sampel air lumpur kolam terbiar kuarters bomba Bandar Penawar

 

Jadual 3 di bawah menunjukkan penghasilan voltan elektrik dan arus elektrik  sampel air lumpur Kolam terbiar Kuarters Bomba, Bandar Penawar menggunakan luas permukaan anod (LPA jaring aluminium) sebanyak 0.45 meter persegi . Berdasarkan Rajah 1 tersebut, dapat disimpulkan bahawa purata kuasa yang boleh dijana oleh SBAM dengan sampel air ini adalah 0.13W. Manakala purata ketumpatan kuasa bagi sampel ini adalah 0.23W/m2 .  Kolam kuarters bomba Bandar penawar mendapat ketumpatan kuasa kedua tertinggi berbanding sampel lain. Ini disebabkan oleh kadar penguraian glukosa yang tinggi dan kehadiran mikroorganisma yang banyak di kawsan itu. Namun begitu, terdapat satu saliran yang boleh mengalirkan air kolam ini apabila ia cukup tinggi. Ini telah menyebabkan kandungan oksigen di dalam sampel air boleh meningkat dan menganggu keputusan kajian

 

Masa (minit)

Arus (A)

Voltan (V)

Kuasa (W)

Ketumpatan kuasa (W/m2)

0

0.30

0.30

0.09

0.2

30

0.30

0.30

0.09

0.2

60

0.30

0.30

0.09

0.2

90

0.30

0.30

0.09

0.2

120

0.40

0.40

0.16

0.35

150

0.40

0.40

0.16

0.35

180

0.40

0.40

0.16

0.35

240

0.40

0.40

0.16

0.35

Purata kuasa terjana (W)

0.13

                              Purata Ketumpatan kausa (W/LPA)

0.23

 

 

4.4 Perbandingan Ketumpatan Kuasa Tiga jenis Sampel

Masa (minit)

Ketumpatan kuasa sampel kolam terbiar SSTMI (W/m2)

Ketumpatan kuasa sampel air lumpur pantai Tg Balau (W/m2)

Ketumpatan kuasa sampel kolam terbiar Kuarters Bomba (W/m2)

0

0.04

0.80

0.2

30

0.04

1.42

0.2

60

0.08

1.42

0.2

90

0.04

1.42

0.2

120

0.04

1.42

0.35

150

0.08

2.22

0.35

180

0.08

2.22

0.35

240

0.08

2.22

0.35

 

 

 

 5.0   Kesimpulan

 

Kesimpulan daripada kajian kami, air lumpur Pantai Tanjung Balau mempunyai potensi yang tinggi untuk menjadi penjana kepada Sel Bahan Api Mikrob. Ini dibuktikan dengan jumlah Ketumpatan tenaga yang mampu dihasilkan oleh sampel ini iaitu 2.22 W/m2 adalah paling tinggi untuk tempoh 4 jam kajian. Peningkatan ketumpatan kuasa ini adalah seimbang dan paling tinggi berbanding 2 sampel lain iaitu 0.08 W/m2 bagi air kolam terbiar SSTMI dan 0.35 W/m2 bagi air kolam terbiar kuarters Bomba.

Anggaran panjang pantai tanjung balau dan sekitarnya adalah 10 km dengan lebar anggaran 20 meter menjadikan luas potensi dibangunkan adalah 200, 000 m2. Jika ketumpatan kuasa yang diambil adalah 2.22 W/m2  . Ini menjadikan jumlah kuasa eletrik yang mampu dijana adalah 444kW untuk pantai Tg Balau dan sekitarnya.