Ditulis oleh:

Pengenalan

Pencemaran air yang semakin menjadi-jadi akibat pelepasan sisa industri yang tidak terkawal dan kehadiran bahan toksik telah menimbulkan keperluan mendesak terhadap pembangunan teknologi pemantauan air yang lebih cekap, mampan, dan mesra alam. Kaedah konvensional analisis air sisa seperti keperluan oksigen kimia (chemical oxygen demand – COD) dan Keperluan oksigen biokimia (biochemical oxygen demand – BOD) sememangnya penting dalam menilai tahap pencemaran organik dalam air. Namun, kaedah-kaedah ini secara lazim melibatkan penggunaan reagen kimia, proses analisis yang memakan masa, dan memerlukan kos yang tinggi. Seterusnya, sistem sensor yang sedia ada selalunya memerlukan sumber kuasa luaran seperti bateri atau sambungan elektrik yang mengehadkan penggunaannya di kawasan terpencil atau untuk skala besar di industri.

Dalam perkembangan teknologi semasa yang mengutamakan kelestarian, Sel Fuel Mikrob (Microbial Fuel Cell – MFC) merupakan antara teknologi yang menyokong ekonomi berkitar. Teknologi ini bukan sahaja mampu menjana tenaga elektrik, malah berfungsi sebagai sensor pintar untuk memantau kualiti air secara masa nyata. Dari segi definisi, MFC ialah sistem elektrokimia yang menggunakan bakteria untuk menukar tenaga kimia kepada tenaga elektrik. Proses ini berlaku dalam dua bahagian utama iaitu anod di mana bakteria “memakan” bahan organik dalam sisa air dan menghasilkan elektron. Elektron-elektron ini kemudian bergerak melalui wayar kepada katod untuk menjana arus elektrik (Rajah 1).

Mekanisme Sensor MFC dan Cara Pelaksanaan 

Perkara yang menarik ialah bakteria dalam MFC bertindak balas terhadap perubahan keadaan air sisa, yang menyebabkan peningkatan atau penurunan dalam penghasilan elektrik. Oleh itu, isyarat elektrik ini boleh digunakan untuk mengesan perubahan persekitaran secara langsung dan menjadikan MFC berfungsi sebagai sensor air (Rajah 2). Teknologi ini bukan sahaja menjimatkan tenaga, malah mempunyai potensi besar untuk digunakan dalam pemantauan alam sekitar jangka panjang, sistem amaran awal, dan pemantauan automatik di kawasan luar bandar. 

Anda mungkin tertanya-tanya, dari mana datangnya bakteria yang melekat pada anod itu? Sebenarnya, bakteria ini berasal daripada air sisa itu sendiri tanpa perlu menambah apa-apa inokulum khas. Hal ini demikian kerana air sisa yang digunakan dalam sistem MFC sudah pun mengandungi bakteria secara semula jadi. Bakteria ini akan menjajah ruang anod dan tumbuh di atas permukaannya, dan mula menghasilkan elektron apabila mereka memakan bahan organik dalam air sisa. Fenomena ini menjadikan sistem sensor MFC lebih mudah, menjimatkan kos, dan sesuai untuk digunakan di lokasi terpencil tanpa sokongan teknikal yang kompleks. 

Kelebihan dan Aplikasi Sensor MFC 

Teknologi sensor MFC juga menawarkan pelbagai kelebihan berbanding dengan sistem pemantauan air konvensional. Salah satu kelebihan utamanya ialah keupayaan untuk menjana tenaga elektrik sendiri melalui pemecahan bahan organik oleh bakteria. Sifat ini menjadikan MFC sebagai sistem sensor bertenaga kendiri (self-powered sensor) yang tidak memerlukan sumber kuasa luaran seperti bateri atau grid elektrik yang amat berguna untuk pemantauan di kawasan terpencil, sistem rawatan air luar bandar, atau lokasi tanpa infrastruktur tenaga. Di samping itu, kos operasi jangka panjang yang rendah turut menjadikan MFC sebagai pilihan yang mampan. Tanpa keperluan untuk reagen kimia atau penyelenggaraan kompleks, sensor MFC dapat beroperasi secara berterusan dan autonomi untuk tempoh yang panjang. Tambahan pula, MFC juga mampu memberikan maklumat masa nyata mengenai perubahan kualiti air, membolehkan tindakan segera diambil sekiranya berlaku pencemaran secara tiba-tiba.

Dari segi aplikasi, sensor MFC boleh diterokai dalam pelbagai konteks seperti di Rajah 3:

• Loji rawatan air sisa, untuk pemantauan beban organik dan prestasi sistem rawatan.

• Kawasan pertanian, bagi mengesan pencemaran dari baja atau sisa ternakan yang mengalir ke sungai dan tasik.

• Sistem saliran kawasan perindustrian, untuk memantau pengeluaran air sisa yang mengandungi sisa toksik atau logam berat.

• Pemantauan sumber air komuniti luar bandar, terutamanya di kawasan yang sukar dicapai dan kekurangan tenaga.

• Tapak pelupusan sampah, bagi memantau air larut resapan yang boleh mencemarkan tanah dan air bawah tanah secara senyap dan berbahaya.

Kesimpulan dan Potensi Masa Depan

Secara keseluruhannya, teknologi sensor MFC bukan sahaja membawa pendekatan baharu dalam penjanaan tenaga mesra alam, malah membuka jalan ke arah pembangunan sistem pemantauan air yang lebih mampan, berjimat, dan berkesan. Keupayaannya untuk menjana tenaga daripada air sisa sambil berfungsi sebagai sensor menjadikan MFC sebagai satu teknologi dwi-fungsi yang unik dan serba guna. Teknologi ini selari dengan dasar Matlamat Pembangunan Mampan (Sustainable Development Goals – SDG), khususnya SDG 6 (air bersih dan sanitasi) dan SDG 7 (tenaga bersih dan mampu milik).

Dari sudut potensi teknologi, MFC menunjukkan potensi besar dalam pelbagai sektor, termasuk rawatan air kumbahan, pertanian, sistem saliran bandar, tapak pelupusan sampah, dan kawasan luar bandar yang kekurangan kemudahan tenaga. Ciri-ciri seperti operasi jangka panjang, kos penyelenggaraan yang rendah, serta keupayaan penghantaran data masa nyata menjadikan teknologi ini sangat berpotensi untuk diintegrasikan dalam sistem pemantauan alam sekitar pintar pada masa akan datang. Melangkah ke hadapan, potensi teknologi sensor MFC boleh diperkukuh lagi melalui penyelidikan dalam beberapa aspek penting seperti peningkatan kecekapan penjanaan elektrik, pemilihan bahan elektrod yang murah dan tahan lama, serta integrasi dengan sistem Internet of Things (IoT) bagi pemantauan jarak jauh. Dengan perkembangan ini, MFC bukan sahaja mampu memainkan peranan penting dalam pengurusan sumber air secara mampan, malah boleh menjadi komponen utama dalam pembangunan bandar pintar dan sistem amaran awal bencana alam sekitar.

Rujukan:

1. Yeo, R. Y. Z., Ang, W. L., Bakar, M. H. A., Ismail, M., Salehmin, M. N. I., Yu, E. H., & Lim, S. S. (2025). Multi-Array Tubular Microbial Fuel Cell-Based Biosensor with Membrane Electrode Assembled Air-Cathodes. Fuel Cells, 25(1), e202400035. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/fuce.202400035 

2. Yeo, R. Y. Z., Ang, W. L., Mahmoudi, E., Ismail, M., Abu Bakar, M. H., Ahmad Razi, O., & Swee Su, L. (2024). Enrichment of Electrogenic Microbes on Surface-Modified Stainless Steel 304L for Rapid Start-Up of Microbial Electrochemical Sensors. Materials Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2024.03.022  

3. Yeo, R. Y. Z., Chin, B. H., Hil Me, M. F., Chia, J. F., Pham, H. T., Othman, A. R., Mohammad, A. W., Ang, W. L., & Lim, S. S. (2023). Rapid Surface Modification of Stainless Steel 304L Electrodes for Microbial Electrochemical Sensor Application. ACS Biomaterials Science & Engineering, 9(11), 6034–6044. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.3c00453