by : Intania Betari Miranda

Indonesia merupakan negara maritim terbesar di dunia dengan wilayah lautan seluas 3.288.683 km² dan wilayah daratan seluas 1.904.569 km². Kekuatan inilah yang merupakan potensi besar untuk memajukan perekonomian Indonesia di bidang perikanan dan kelautan. Sebagai negara maritim, Indonesia memiliki banyak pantai salah satunya yaitu Pantai Depok yang terletak di Kabupaten Bantul, Yogyakarta. Dimana mayoritas masyarakat bekerja sebagai nelayan. Jumlah produktivitas tangkapan ikan di Pantai Depok tahun 2014 sebanyak 83,274 ton, menurun dibanding tahun sebelumnya yang mencapai 125,173 ton. Penurunan jumlah ikan akibat adanya limbah yang mencemari perairan, salah satunya dari tambak udang yang cukup berdampak terhadap produktivitas tangkapan  ikan.

Sebagai daerah perkotaan yang padat penduduk, wilayah pesisir Yogyakarta diperkirakan telah tercemar oleh bahan pencemar buangan anorganik yang berasal dari sisa produksi industri percetakan, pabrik kimia, tekstil, farmasi, dan elektronika yang mengandung logam berat yang merupakan bahan berbahaya dan beracun (B3) (Anggraini, 2007). Logam berat berbahaya baik secara langsung terhadap kehidupan organisme, maupun tidak langsung terhadap kesehatan manusia. Ini disebabkan karena sifat-sifat logam berat yang sulit didegradasi, sehingga logam berat mudah terakumulasi dalam lingkungan perairan dan sulit dihilangkan, sehingga logam berat mudah terakumulasi pada biota laut, khususnya ikan dan kerang-kerangan (Anggraini, 2007).

Salah satu kendala yang dihadapi para nelayan tradisional dalam memperoleh keuntungan dari hasil tangkapannya adalah produk tangkapan yang buruk sampai di tempat pelelangan. Hal tersebut diakibatkan ikan hasil tangkapan yang cepat rusak dan busuk setelah diangkat dari dalam air. Salah satu upaya yang dapat di tempuh oleh para nelayan untuk mempertahankan kesegaran ikan adalah menyimpannya dalam kondisi suhu dingin sejak ikan keluar dari air. Hal tersebut dikarenakan bakteri pembusuk hidup di lingkungan bersuhu 0-30⁰ C.

Kapal- kapal ikan modern umumnya telah dilengkapi dengan ruang pendingin yang dapat menjamin kesegaran ikan dalam waktu yang lama. Berbeda dengan kapal- kapal kecil yang dioperasikan oleh nelayan nelayan tradisional, ruang atau tempat penyimpanan ikan yang mereka gunakan adalah coolbox. Pada dinding coolbox biasanya dilapisi dengan bahan isolasi dengan tujuan menjaga suhu di dalam coolbox tetap dingin. Bahan isolasi yang digunakan pada dinding coolbox yaitu sterofoam, polyuretane, atau fiberglass (http://digilib.its.ac.id).

Perkembangan teknologi di Indonesia memberikan solusi terhadap berbagai permasalahan, salah satunya untuk mengurangi kandungan logam berat pada ikan menggunakan nanoteknologi. Aplikasi semikonduktor dalam proses fotokatalisis, dari kelompok oksida yaitu nanopartikel TiO₂. TiO₂ memiliki aktivitas fotokatalis yang tinggi, stabil dan tidak beracun (Slamet dkk, 2003). Namun sampai saat ini nanopartikel TiO₂ mempunyai kelemahan yaitu hanya dapat diinisiasi sinar UV, sehingga perlu dilakukan modifikasi dengan penambahan Nitrogen ke dalam TiO₂ dalam perbandingan tertentu untuk meningkatkan fotorespon dan aktivitas fotokatalitik TiO₂ pada daerah sinar tampak. Berangkat dari masalah tersebut, penulis menggagas sebuah inovasi menggunakan Green Cooling Box Berbasis Fotokatalis Nanopartikel TiO2 doped Nitrogen Sebagai Material Solusi 3in1; Mempertahankan Kesegaran, Reduksi Logam Berat dan Inhibisi Bakteri Pembusuk Guna Meningkatkan Kualitas Produksi Perikanan Mandiri.

Nanopartikel TiO2 merupakan material semikonduktor yang mempunyai kemampuan untuk menyerap dye lebih banyak karena di dalamnya terdapat rongga ukuran nano, maka disebut nanoporous. TiO2 mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan seperti bersifat semikonduktor, stabil secara kimia dan fisika, mempunyai aktivitas yang tinggi, tahan terhadap abrasi (goresan) dan relatif murah. Aktivitas katalitik TiO2 dipengaruhi oleh struktur kristal, luas permukaan, distribusi ukuran partikel, porositas dan permukaan. TiO2 murni dengan struktur kristal anatase mempunyai band gab yang lebar (3,2 eV) sebagai fotokatalis yang bisa diaktivasi oleh sinar UV dan dominan digunakan karena kestabilannya. Namun di dunia ini, intensitas sinar cahaya tampak lebih banyak daripada sinar UV, maka diperlukannya modifikasi agar TiO2 dapat diaktivasi menggunakan cahaya tampak.

Penelitian yang telah dikembangkan saat ini untuk modifikasi struktur TiO2 adalah penambahan dopan berupa unsur non-logam N kedalam TiO2 untuk meningkatkan fotorespon dan aktivitas fotokatalitik TiO2 pada daerah sinar tampak sehingga dapat digunakan sebagai katalis dalam reduksi kandungan logam dengan adanya sinar cahaya tampak. Hal tersebut dikarenakan nanopartikel N-TiO2 mempuyai band gap yang lebih sempit.

Pada dasarnya lapis tipis N-TiO₂ dapat dibuat dengan berbagai macam teknik, seperti molecular beam epitaxy, RF magnetron sputtering, pulsed laser deposition, spray pyrolysis, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, dan sol–gel spray-coating. Pada metode sol-gel, larutan mengalami perubahan fase menjadi sol kemudian menjadi gel (Purwanto, 2008). Metode sol gel cocok untuk persiapan/preparasi lapis tipis nanopartikel N-TiO2 di atas substrat, dengan tujuan agar suatu material dapat memiliki fungsional khusus (elektrik, optik, magnetik, dll). Metode sol gel memiliki keuntungan antara lain:

1. Mudah dalam kontrol komposisi (kehomogenan komposisi kimia baik)
2. Temperatur proses rendah, homogenitasnya lebih baik, kemurnian lebih baik, biaya murah, hemat energi, dan pencemaran rendah.
3. Fase pemisahan cepat, kristalisasi cepat, dan padatan non-kristalin keluar membentuk gelas.
4. Produk glass lebih baik ditentukan dengan sifat-sifat gel, dan produk film spesial.
5. Tidak menggunakan ruang dengan kevakuman tinggi, dan ketebalan lapisan bisa dikontrol dan struktur mikronya cukup baik.

Penerapan teknologi insulasi vakum dapat meminimalisir perpindahan panas secara konduksi. Teknologi ini dilakukan dengan harapan menjaga temperatur pada cooling box dan memperlama waktu pendinginan ikan sehingga kualitas ikan tetap terjaga dan memiliki nilai jual tinggi.

Pada dasarnya prinsip kerja Green Cooling Box Photocatalyst System menggunakan lapis tipis nanopartikel N-TiO2 dan berprinsip pada fotokatalis. Tujuan dari fotokatalis ini adalah untuk mempertahankan kesegaran, mereduksi kandungan logam berat ikan, dan sebagai antibakteri pada proses pembusukan ikan di Pantai Depok Yogyakarta sehingga dapat meningkatkan kualitas ikan. Sistem kerja fotokatalis yaitu proses reaksi reduksi senyawa kimia dibantu dengan cahaya UV dan sinar tampak dengan melibatkan katalis berupa semikonduktor padat lapis tipis nanopartikel N-TiO2 dimana dalam langkah reaksinya melibatkan pasangan elektron-hole (e^– dan h⁺).

Teknologi fotokatalisis merupakan kombinasi dari proses fotokimia dan katalis yang terintegrasi untuk dapat melangsungkan suatu reaksi transformasi kimia. Reaksi transformasi tersebut berlangsung pada permukaan bahan katalis semikonduktor yang terinduksi oleh sinar fotokatalisis adalah proses reaksi kimia yang dibantu oleh cahaya dan katalis padat. Dimana dalam reaksi fotokatalisis itu sendiri melibatkan pasangan elektron-hole (e- dan h+).

Menurut Herman (1999), metode fotokatalisis adalah suatu proses yang memerlukan bantuan cahaya dan katalis semikonduktor untuk melangsungkan atau mempercepat transformasi kimia, dimana sumber cahaya yang digunakan bisa berasal dari matahari, lampu UV dan cahaya tampak. Semikonduktor tersebut jika terkena oleh sinar UV dan cahaya tampak dari lampu peyinaran yang mempunyai foton lebih dari energi bahan semikonduktornya ( hv ≥ EG ) akan menghasilkan elektron ( e-) di pita konduksi yang dapat mereduksi senyawa logam dan hole (h +) di pita valensi yang dapat mengoksidasi senyawa organik yang berada di permukaan.

Fotokatalisis adalah proses reaksi kimia yang menggunakan energi cahaya dan dipercepat katalis padat (Arutanti dkk., 2009). Di dalam coolingbox logam berat pada ikan dapat direduksi bilangan oksidasinya, sehingga kandungan logam berat menjadi lebih stabil dan kurang berbahaya bagi tubuh manusia, sehingga dapat meningkatkan kualitas ikan. Penyinaran permukaan lapis tipis N-TiO2 yang bersifat sebagai semikonduktor menghasilkan pasangan elektron (e-) dan hole positif (h+) pada permukaannya. Fotokatalis dengan N-TiO2 menggunakan aktivasi sinar UV dari penyinaran lampu dalam coolbox maupun menggunakan cahaya tampak dari sinar matahari.

N-TiO2 + hv          —->     e- + h+

Jika fotokatalis lapis tipis semikonduktor N-TiO2 tipe n pada coolbox dikenai cahaya (hv) dengan energi yang sesuai, maka elektron (e-) pada pita valensi (vb) akan berpindah ke pita konduksi (cb), dan meninggalkan lubang positif (h+) pada pita valensi, disebut eksitasi. Sebagian besar (e-/h+) ini akan berkombinasi kembali, baik di permukaan ataupun di dalam bulk partikel, disebut de-eksitasi. Sedangkan sebagian lain dari (e-/h+) dapat bertahan sampai pada permukaan semikonduktor dimana pada akhirnya, (h+) dapat menginisiasi reaksi oksidasi dan di lain pihak (e-) akan menginisiasi reaksi reduksi zat kimia yang ada di sekitar permukaan semikonduktor.

Pada prinsipnya, reaksi redoks pada permukaan semikonduktor dapat berlangsung melalui donasi elektron dari substrat ke (h+). Apabila potensi oksidasi yang dimiliki oleh (h+) pada pita valensi ini cukup besar untuk mengoksidasi air pada permukaan partikel, maka akan dihasilkan gugus hidroksil. Radikal hidroksil merupakan spesi pengoksidasi kuat dan memiliki potensial redoks 2,8 volt. Potensial sebesar ini cukup kuat mengoksidasi sebagian besar zar organik menjadi air, asam mineral, dan karbondioksida (Arutanti, dkk., 2009).

Inovasi fotokatalis lapis tipis nanopartikel Titanium dioxide (TiO2) doping N sebagai anti bakteri dan pereduksi logam berat pada ikan di Pantai Depok Yogyakarta mempunyai beberapa keunggulan, di antaranya adalah:

1. Responsif Terhadap Cahaya Tampak

Dengan doping senyawa N terhadap semikonduktor TiO2 akan meningkatkan kinerja aktivasi cahaya. Sebelum didoping TiO2 hanya responsif terhadap sinar UV, tetapi setelah didoping akan meningkatkan fotorespon TiO2 ke daerah panjang gelombang sinar tampak yaitu untuk aplikasi cahaya matahari (λ> UV-A, 320 nm) dan cahaya tampak (>400 nm).

2. Dapat meningkatkan kualitas ikan

Aktivitas semikonduktor fotokatalis N- TiO2 mempunyai aktivasi sebagai antibakteri pada proses pembusukan ikan dan pereduksi kandungan logam berat pada ikan sehingga dapat digunakan untuk mempertahankan kesegaran ikan. Hal tersebut dapat meingkatkan kualitas ikan yang pada akhirnya dapat meningkatkan harga jual ikan dan mampu bersaing di pasar internasional.

3. Berkelanjutan

Bahan alam semikonduktor TiO2 dan senyawa N di Indonesia ketersediaanya melimpah, sehingga penerapan teknologi fotokatalis lapis tipis semikonduktor N-TiO2 dapat berlangsung secara continue.

Adapun langkah strategis yang diambil dalam  implementasi gagasan yaitu:

1. Observasi secara berkala terhadap sasaran program/riset di Pantai Depok.
2. Mempublikasikan hasil penelitian skala laboratorium.
3. Mengajukan perizinan ke pemerintah daerah Jogja dan pemerintah pusat.
4. Mengajukan dukungan berupa hibah riset maupun dukungan lain ke Kementrian ESDM, Kementrian Lingkungan Hidup, Kementrian Kelautan dan Maritim, dan pihak-pihak terkait lain.
5. Sosialisasi kepada nelayan dan masyarakat pesisir pantai Depok.

Gagasan inovatif ini diharapkan dapat menjadi penelitian lebih lanjut terhadap penerapan teknologi fotokatalis semikonduktor TiO2 dan teknologi insulasi vakum pendingin ikan.

DAFTAR PUSTAKA

Arutanti, O., Abdullah, M., Khairurrijal, dan Mahfudz, H., 2009, Penjernihan Air Dari Pencemar Organik dengan Proses Fotokatalis pada Permukaan Titanium Dioksida (TiO2), Jurnal nanosains dan Nanoteknologi Edisi khusus, ISSN 1979088V

Asy’ari Aziz, Alwi. 2012. Desain Sistem Pendingin Ruang Muat Kapal Ikan Tradisional Dengan Memanfaatkan Es Kering, Tugas Akhir S-1, Surabaya: Teknik Sistem Perkapalan FTK-ITS.

Herman, J.M. 1999.  Heterogeneus Photocatalysis Fundamental and Aplication To The Removal of Various Types of Aqueous Pollutans, Catal Today, 53, 115-129.

Khasanah, N. E. 2009. Adsorpsi Logam Berat. Jurnal Oseana, 34(4), 1-7.

Palar, H. 1995. Pencemaran Dan Etoksiologi Logam Berat. Jakarta: Rineka Cipta.

Slamet, Ellyana, M., dan Bismo, S., 2008, Modifikasi Zeolit Alam Lampung Dengan Fotokatalis TiO2 Melalui Metode Sol Gel dan Aplikasinya Untuk Penyisihan Fenol, Depok: Jurnal Teknologi, Edisi No. 1 Tahun XXII, Maret 2008, 59-68 ISSN 0215-1685

Slamet, Riyadi. S., dan Wahyu. 2D., Pengolahan Limbah Logam Berat Chromium (Vi)Dengan Fotokatalis TiO2. MAKARA, TEKNOLOGI, VOL. 7, NO. 1, APRIL 2003