Ketika Tato (Tattoos Biofuel Cells) dapat Dipakai Untuk “Mengubah” Keringat menjadi Listrik

Bagikan Artikel ini di:

Salah satu hal yang selalu dimonitor oleh para atlet professional adalah asam laktat yang terkandung dalam keringat[1]. Tujuan memonitor asam laktat adalah untuk mengevaluasi program latihan yang telah dilakukan para atlet.

Para peneliti dari University of California membuat terobosan baru dengan memanfaatkan asam laktat dalam keringat menjadi energi listrik. Teknologi yang digunakan adalah tato berbasis biofuel cell yang bersifat sementara (tBFC). Tato tersebut dibentuk menjadi huruf “UC” yang merupakan akronim dari University of California. Huruf U merupakan anoda yang terdiri dari Kitosan, katalis lactate oxidase (LOx) dan CNT. Sedangkan Huruf C merupakan katoda yang terdiri dari nafion, katalis Pt dan karbon[2]. Gambar 1 menunjukkan skema dan susunan komponen penyusun anoda dan katoda.

Gambar 1. Skema dan Komponen tBFC[2]

Asam laktat dari keringat manusia bertindak sebagai bahan bakar yang akan teroksidasi di anoda menjadi asam piruvat dan menghasilkan elektron. katalis lactate oxidase (LOx) berperan dalam proses oksidasi asam laktat menjadi asam piruvat. CNT digunakan sebagai bahan untuk proses perpindahan elektron dan current collector. Kitosan pun ditambahkan untuk menghindari secara langsung kontak antara anoda dengan kulit.

Pada katoda, oksigen akan tereduksi menjadi ion oksigen (O2-) dengan bantuan elektron dari anoda dan katalis Pt-karbon. Membran nafion ditambahkan untuk menghindari kontak langsung antara Pt dan kulit. Mediator yang digunakan adalah tetrathiafulvalene (TTF) karena tidak menyebabkan iritasi pada kulit dan telah banyak digunakan sebagai mediator pada biosensor[2].

Gambar 2. Reaksi oksidasi dan reduksi pada tBFC[2]

Para peneliti mencoba menggunakan variasi konsentrasi asam laktat untuk menghasilkan daya. Asam laktat dengan konsentrasi 8 mM menghasilkan rapat daya 25 µW/cm2. Pada konsentrasi 14 dan 20 mM, rapat daya yang dihasilkan meningkat menjadi 34 dan 44 µW/cm2[2]. Kemudian, tBFC diuji coba pada seorang relawan yang melakukan fitness dengan tiga kategori : level rendah (1 kali latihan/minggu), level menengah (2 kali latihan/minggu) dan level tinggi (3 kali latihan/minggu).

Gambar 3. Proses penempelan tBFC ke permukaan kulit[2]

Rapat daya yang dihasilkan pada kategori level rendah sebesar 55 – 70 µW/cm2, kategori level menengah sebesar 10 – 20 µW/cm2 dan kategori level tinggi sebesar 5 µW/cm2[2]. Hal ini terjadi karena konsentrasi asam laktat dalam keringat pada kategori level tinggi terlalu encer dibandingkan dengan level rendah dan menengah. Sehingga intensitas latihan yang tinggi menyebabkan konsentrasi asam laktat dalam keringat encer sehingga menurunkan rapat daya yang dihasilkan.

Gambar 4. tBFC yang diaplikasikan pada seorang relawan yang melakukan fitnes[2]

Jia, salah satu peneliti dalam penelitian tersebut, mengatakan bahwa daya yang dihasilkan belum terlalu besar tetapi sudah cukup untuk menyalakan sensor, alat pacu jantung dan alat elektronik kecil lainnya[3]. Kedepan, Jia berharap alat yang dibuatnya dapat mengisi ulang handphone dan alat elektronik lainnya.

 

Referensi

[1] Stewart, L. 2014. Sweat-Powered Batteries Can Be Tattoed on Your Arm. Diakses dari : https://www.newsweek.com/sweat-powered-batteries-ill-get-tatted-264236 pada tanggal 28 Agustus 2018

[2] Jia, W., Valdes-Ramirez, G., Bandodkar, A.J., Windmiller, J.R dan Wang, J. 2013. Epidermal Biofuel Cells : Energy Harvesting from Human Perspiration. Angewandte Communications, 52, 7233-7236

[3] ECS. 2014. Tattoo That Harvests Energy from Perspiration. Diakses dari : https://www.electrochem.org/redcat-blog/tattoo-that-harvests-energy-from-persperation/ pada tanggal 28 Agustus 2018

Nilai Artikel Ini
Bagikan Artikel ini di:

Seberapa Besar Radiasi Yang Dilepaskan PLTN Ke Lingkungan?

Bagikan Artikel ini di:

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) memiliki reputasi yang tidak terlalu baik di mata masyarakat. Khususnya terkait aspek keselamatannya. Nyatanya, reputasi tersebut terbentuk akibat persepsi yang keliru, tidak berlandaskan data ilmiah. Termasuk terkait keselamatan radiasi.

Ketika beroperasi, PLTN melepaskan sejumlah radiasi ke lingkungan, akibat lolosnya sebagian produk fisi radioaktif dari sistem utama reaktor. Radiasi ini dapat tersebar ke lingkungan melalui udara maupun air. Produk fisi bersifat volatil dapat mengontaminasi tanah dan terserap oleh tumbuhan termasuk rerumputan. Jika rerumputan ini dimakan oleh ternak, misalnya sapi atau kambing, maka daging dan susunya dapat ikut terkontaminasi juga.

Namun, walau terdengar menakutkan bagi kalangan awam, nyatanya pelepasan radiasi ini belum tentu berbahaya. Karena apakah radiasi nuklir dapat berbahaya bagi manusia atau tidak itu tergantung dari beberapa faktor, salah satunya adalah dosis radiasi.

Baca juga Benarkah Radiasi Dapat Menyebabkan Kemandulan?

Jadi, seberapa besar radiasi yang dilepaskan PLTN ke lingkungan ketika beroperasi?

Berikut tabel yang dikutip oleh Robert Hargraves dalam bukunya, Thorium Energy Cheaper Than Coal [1].

Tabel 1. Dosis radiasi tipikal dari berbagai sumber     

Jadi, seandainya seseorang tinggal di dekat pagar pembatas PLTN selama setahun, dosis radiasi yang diterimanya hanya 0,05 mSv. Angka itu jauh lebih rendah daripada dosis radiasi latar rerata yang diterima manusia tiap tahunnya, yakni 2,4 mSv [2].

Apakah jika PLTN dibangun di Indonesia, maka dampak pelepasan radiasinya juga akan sama?

Ya, tentu saja serupa. Setidaknya, itu yang ditemukan dari riset yang dilakukan para peneliti Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN). Mereka melakukan simulasi penyebaran radioaktivitas ke lingkungan pada saat kondisi PLTN beroperasi. Secara khusus, penelitian ini dilakukan menggunakan data lokasi tapak yang berpotensi digunakan sebagai lokasi pembangunan PLTN.

Sri Kuntjoro dalam jurnalnya berjudul Analisis Sebaran Radionuklida Pada Kondisi Normal Untuk Reaktor AEC 1000 MW menganalisis distribusi pelepasan radioaktivitas dari PLTN jika dibangun di tapak Jepara [3]. Berdasarkan hasil penelitiannya, dua unsur radioaktif siap lepas yang paling besar aktivitasnya adalah kripton-85 dan xenon-133, masing-masing sebesar 1500 Ci dan 2700 Ci. Namun, keduanya adalah gas mulia, sehingga potensi paparannya hanya melalui paparan eksternal dan inhalasi [3]. Karena itu, pelepasan kedua gas ini tidak memberikan bahaya besar bagi manusia.

Yang menjadi perhatian adalah iodin-131. Isotop ini bersifat volatil dan bisa mengontaminasi tanah, air serta tumbuhan. Beruntung, iodin-131 yang siap lepas ke udara hanya 0,8 Ci [3]. Jauh lebih rendah daripada krypton-85 dan xenon-133.

Baca juga Molten Salt Reactor – Reaktor Nuklir Dengan Keselamatan Tinggi

Bagaimana distribusi paparan radiasinya? Sebagaimana dijelaskan sebelumnya, paparan radiasi dari kripton-85 dan xenon-133 merupakan paparan eksternal dan inhalasi. Sementara, iodin-131 bisa masuk melalui jalur makanan dan minuman.

Seberapa besar paparan iodin-131 ini? Kuntjoro menghitung paparan internal hingga jarak 20 km dari tapak PLTN, dengan kondisi satu dan dua PLTN yang beroperasi di tapak. Hasilnya ditunjukkan pada grafik berikut [3].

Gambar 1. Dosis yang diterima dari 1 PLTN melalui makanan

Gambar 2. Dosis yang diterima dari 2 PLTN melalui makanan

Dosis paling tinggi yang mungkin diterima penduduk sekitar PLTN melalui kontaminasi makanan adalah sebesar 10 µSv/tahun untuk bayi. Untuk anak-anak dan orang dewasa, dosis yang terserap lebih sedikit lagi, karena sel-sel tubuhnya lebih matang dibanding sel tubuh bayi. Namun, 10 µSv/tahun pun masih sangat rendah sekali. Sementara, semakin jauh dari PLTN, semakin rendah pula dosis radiasi yang diterima.

Sementara, melalui jalur inhalasi, dosis yang diterima dalam kondisi adanya satu dan dua PLTN ditunjukkan dalam grafik berikut.

Gambar 3. Dosis yang diterima dari 1 PLTN melalui inhalasi

Gambar 4. Dosis yang diterima dari 2 PLTN melalui inhalasi

Tampak bahwa dosis radiasi yang diterima bayi, anak-anak dan orang dewasa relatif sama, yakni 0,1 µSv/tahun untuk kondisi satu PLTN dan 0,26 µSv/tahun. Lagi-lagi, dosis ini terlampau kecil untuk menjadi masalah bagi manusia.

Dosis total terbesar yang dapat diterima oleh penduduk sekitar PLTN adalah untuk bayi pada jarak 1 km dari PLTN, yakni sebesar 4,1 µSv/tahun untuk kondisi satu PLTN dan 10,26 µSv/tahun untuk dua PLTN. Angka ini sangat rendah dibandingkan dengan batas dosis yang ditetapkan oleh Bapeten, yakni sebesar 1 mSv/tahun (1 msV = 1000 µSv).

Baca juga Mengenal Lebih Dekat Reaktor Daya Eksperimental

Dalam penelitian lain, Pande Made Udiyani dan Ihda Husnayani menghitung dosis radiasi yang diterima penduduk sekitar tapak Sebagin, Bangka Belitung [4]. Pada jurnalnya yang berjudul Analysis of Radiation Safety in The Nuclear Power Plant (NPP) in Normal Operating Condition, Sebagin Site Study, Udiyani dan Husnayani menggunakan asumsi tiga unit PLTN.

Berdasarkan penelitian tersebut, didapatkan bahwa dosis radiasi terbesar diterima pada jarak 0,8 km dari PLTN, yakni berkisar 100 µSv/tahun pada masing-masing reaktor. Jika ditotal, maka dosis yang diterima pada titik maksimum tersebut sebesar 332 µSv/tahun atau 0,332 mSv/tahun [4]. Sama seperti penelitian sebelumnya, angka ini juga masih lebih rendah dari nilai batas dosis Bapeten yaitu sebesar 1 mSv/tahun.

Semakin jauh jaraknya dari reaktor, semakin rendah dosis radiasi yang diterima oleh individu. Pada jarak 20 km, dosis yang diterima sebesar 0,15 mSv/tahun untuk tiga unit PLTN dan pada jarak 50 km kurang dari 0,05 mSv/tahun [4]. Nyaris tidak berarti untuk diperhatikan.

Gambar 5. Dosis individual yang diterima dari tiap reaktor

Mengingat tidak ada dampak yang bisa dideteksi pada tubuh manusia pada dosis radiasi kurang dari 100 mSv/tahun [2, 5], maka bisa dikatakan bahwa pelepasan radiasi pada kondisi normal PLTN sama sekali tidak berbahaya. Lagipula, di berbagai belahan bumi, banyak yang tinggal di sekitar PLTN dan mereka baik-baik saja. Bahkan seseorang lebih banyak terpapar radiasi ketika melakukan CT-scan daripada tinggal di dekat PLTN!

Keselamatan radiasi PLTN sudah sejak lama diatur dan telah berjalan dengan baik hingga saat ini. Tinggal persepsi publik yang mesti diperbaiki.

Referensi

  1. Robert Hargraves. 2012. Thorium Energy Cheaper Than Coal. Hanover: CreateSpace Independent Publishing Platform.
  2. World Nuclear Association. Radiation and Health Effects. (http://www.world-nuclear.org/information-library/safety-and-security/radiation-and-health/nuclear-radiation-and-health-effects.aspx). Diakses pada 10 Agustus 2018.
  3. Sri Kuntjoro. 2010. Analisis Sebaran Radionuklida Pada Kondisi Normal Untuk Reaktor AEC 1000 MW. Jurnal Teknologi Reaktor Nuklir Vol. 12 No. 1: 40-54.
  4. Pande Made Udiyani dan Ihda Husnayani. 2017. Analysis of Radiation Safety in The Nuclear Power Plant (NPP) Site in Normal Operation Condition, Sebagin Case Study. Jurnal Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia Vol. 18 No. 2: 73-84.
  5. Wade Allison. 2009. Radiation and Reason. York: Wade Allison Publishing.

 

Nilai Artikel Ini
Bagikan Artikel ini di:

Peneliti Temukan Cara Baru Menghitung Detik dengan Ilmu Optik

Bagikan Artikel ini di:

Sebagian dari kita mungkin tidak menyadari bahwa penetapan satuan waktu yang kita kenal saat ini sudah melalui perjalanan yang sangat panjang. Sejarah penetapan satuan waktu ini tidak bisa dilepaskan dari peran bangsa Babylonia dan Mesir, dimana pembagian waktu sexagesimal (basis 60) yaitu 60 menit di dalam satu jam dan 60 detik di dalam satu menit merupakan pengaruh dari bangsa Babylonia. Sementara istilah jam yang kita kenal hari ini merupakan warisan dari bangsa Mesir yang mendasarkan perhitungannya pada putaran bumi sebagai 1/24 dari waktu matahari.

Perkembangan kemampuan manusia dalam mengamati gejala alam semesta yang dipadu dengan kemampuan melakukan perhitungan yang tepat telah memberikan perubahan terhadap definisi detik. Observasi astronomi yang telah dilakukan selama abad kedelapan belas dan sembilan belas menunjukkan bahwa putaran sumbu bumi tidak cukup seragam untuk digunakan sebagai standar waktu. Oleh karena itu, pada tahun 1960, The General Conference on Weights and Measures meratifikasi detik sebagai 1/31.556.925,9747 bagian dari tahun matahari di tanggal 0 Januari 1900 jam 12 waktu ephemeris. Hal ini kemudian didukung dengan pembuatan jam atom sebagai dasar pendefinisian dari detik, bukan lagi dengan putaran bumi.

Pada tahun 1967, The General Conference on Weights and Measures kembali mendefinisikan detik sebagai durasi sepanjang 9.192.631.770 periode dari radiasi sehubungan dengan transisi antara dua hyperfine level dari ground state dari atom cesium-133. Hal ini didasari pada hasil pengamatan United States Naval Observatory (USNO) dan National Physical Laboratory yang menemukan hubungan antara hyperfine transition frequency atom cesium dan detik ephemeris. Pengamatan ini menggunakan metode pengukuran common-view berdasarkan sinyal yang diterima dari stasiun radio WWV, mereka menemukan bahwa gerakan orbital bulan di sekeliling bumi dan gerakan matahari bisa diterka dalam satuan waktu jam atom. Definisi detik ini kemudian disempurnakan menjadi mengacu pada atom cesium yang diam pada temperatur 0 K.

Definisi detik yang mengacu pada atom cesium ini terus digunakan sampai sekarang. Namun, baru-baru ini, sesuai dengan berita yang dilansir oleh laman www.sciencemag.org pada tanggal 1 Maret 2018 menyebutkan bahwa walaupun jam atom yang menjadi standar waktu saat ini hanya kehilangan 1 detik setiap 200 juta tahun. Tapi nyatanya belum membuat beberapa ahli metrologi puas. Terdapat dorongan yang kuat untuk menyesuaikan jam yang kita gunakaan saat ini dengan frekuensi gelombang mikro tertentu. Hal ini didasari oleh meningkatnya kebutuhan akan presisi waktu yang tepat, seperti navigasi pesawat ruang angkasa dan pencarian variasi konstanta dalam fisika.

The International Bureau of Weights and Measures (BIPM) yang berpusat di Sèvres, Prancis, sudah membentuk satu kelompok ahli yang bertujuan menyusun peta jalan dan langkah-langkah yang diperlukan untuk mendefinisikan ulang satuan waktu detik. Bersamaan dengan itu, ahli fisika di Laboratorium Boulder National Institute of Standards and Technology (NIST) Colorado tampaknya telah memenuhi salah satu persyaratan utama peta jalan dengan menemukan jam microwave yang memiliki akurasi 100 kali lipat.

Tim NIST mengoperasikan dua jam optik dengan menggunakan beberapa laser untuk mendinginkan dan menangkap beberapa ribu atom ytterbium dalam “kisi optik” dan kemudian memancarkan transisi energi tertentu di atom tersebut. Para periset kemudian menemukan bahwa dua jam berdetak pada tingkat yang sama dengan perbandingan 1,4 per 1018 – 100 kali lipat lebih akurat dibandingkan atom cesium.

Namun, sebagai sebuah pengamatan dengan rentang toleransi yang masih besar, tentunya temuan NIST ini masih memunculkan perdebatan di kalangan ilmiah. Jérôme Lodewyck, seorang fisikawan di laboratorium Time-Space Reference System Paris Observatory mengatakan bahwa hasil NIST “mungkin benar,” tetapi jika hasil temuan ini digunakan untuk merubah definisi detik, “mungkin benar, tetapi tidak cukup baik.” Dia mengatakan bahwa masih terdapat faktor-faktor yang lain yang bisa mempengaruhi hasil perhitungan NIST tersebut, seperti medan listrik yang menyimpang.

Sanggahan lain disampaikan oleh Patrick Gill, seorang fisikawan laser di National Physical Laboratory, Inggris, mengatakan bahwa peralihan ke jam optik seharusnya tidak terjadi dalam waktu yang cepat. Dia menyarankan hasil temuan ini lebih baik disampaikan ketika di pertemuan The General Conference on Weights and Measures pada tahun 2026.

Ekkehard Peik, ketua The Time and Frequency Group di Germany’s National Metrology Institute, Jerman, lebih berhati-hati lagi. Dia mengatakan bahwa jam cesium yang kita gunakan hari ini masih cukup, dia menyarankan bahwa redefinisi detik mungkin bisa menunggu sampai awal 2030-an, sehingga memberikan lebih banyak waktu bagi para ilmuwan untuk mengembangkan penelitian yang bersaing.

Nilai Artikel Ini
Bagikan Artikel ini di: