Sel biofuel adalah perangkat yang menggunakan bahan biologis untuk menghasilkan listrik secara langsung melalui reaksi redoks. Ini kontras dengan penggunaan biofuel konvensional untuk menghasilkan listrik dari panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan. Prinsip di balik teknologi sel biofuel adalah meniru berbagai proses alami yang digunakan untuk menghasilkan energi di dalam organisme hidup. Dalam beberapa kasus, bakteri mungkin berperan dalam sel bahan bakar ini. Pada 2011, sel biofuel menunjukkan potensi sebagai sumber energi alternatif dan dalam berbagai aplikasi medis dan bioteknologi.
Organisme hidup memperoleh energi dari oksidasi karbohidrat, yang dihasilkan oleh fotosintesis pada tumbuhan dan dicerna sebagai makanan oleh hewan. Enzim memfasilitasi reaksi, di mana karbohidrat diubah menjadi karbon dioksida dan air dengan menghilangkan elektron, yang kemudian disimpan dalam molekul adenosin trifosfat (ATP). Dalam sel biofuel, elektron yang dihasilkan oleh oksidasi molekul organik – biasanya karbohidrat, seperti pada organisme hidup – digunakan untuk menghasilkan arus listrik. Gagasan menggunakan proses biologis ini untuk menghasilkan listrik telah ada sejak tahun 1960-an, tetapi upaya awal untuk membangun sel biofuel yang praktis dan berfungsi mengalami kesulitan.
Sel biofuel biasanya terdiri dari wadah yang dibagi menjadi dua bagian oleh penghalang permeabel. Di satu bagian, oksidasi karbohidrat — misalnya, glukosa — menyediakan elektron. Di bagian lain, reaksi reduksi terjadi, yang menggunakan elektron ini. Dengan menghubungkan kedua elektroda, arus dapat dibuat dari elektroda di bagian oksidasi — anoda — ke elektroda di bagian reduksi — katoda.
Salah satu masalah praktis terbesar yang menghambat pengembangan sel biofuel adalah menemukan cara yang efisien untuk melepaskan elektron dari karbohidrat ke anoda. Elektron awalnya disimpan dalam enzim pengoksidasi dan akan, dalam proses alami, secara kimiawi ditransfer ke molekul ATP. Ada dua metode yang mungkin untuk mengekstraksi elektron dari enzim ke anoda dalam sel biofuel.
Dalam metode Direct Electron Transfer (DET), enzim perlu terikat pada anoda. Ini dapat dilakukan secara kimia atau dengan metode lain, seperti membangun anoda dari jaring nanotube karbon tempat enzim diadsorpsi. Metode-metode ini mengakibatkan berkurangnya aktivitas dalam enzim dan akibatnya hilangnya efisiensi, tetapi ini, pada saat penulisan, merupakan bidang penelitian yang sedang berlangsung dan teknik yang lebih baik dapat dikembangkan.
Metode transfer elektron lainnya dikenal sebagai Mediated Electron Transfer (MET). Ini tidak memerlukan enzim untuk bersentuhan dengan anoda; sebaliknya, elektron dilewatkan ke molekul lain dengan potensial redoks yang lebih rendah, yang kemudian menyerahkan elektron ke anoda. Senyawa ini, yang dikenal sebagai mediator, juga harus memiliki potensial redoks yang lebih tinggi daripada anoda. Langkah ekstra ini melibatkan hilangnya energi sehingga sel bahan bakar dalam praktiknya kurang efisien daripada secara teori.
Sel biofuel adalah area penelitian aktif dan berbagai kemungkinan solusi untuk masalah ini sedang diselidiki. Di antara kemungkinannya adalah penggunaan bakteri dalam sel bahan bakar mikroba. Bakteri pereduksi besi yang hidup dalam kondisi anaerobik menunjukkan harapan khusus karena mereka secara alami mereduksi besi dalam keadaan oksidasi +3 menjadi keadaan oksidasi +2. Besi kemudian dapat melepaskan elektron di anoda, kembali ke keadaan +3 dan bertindak sebagai molekul mediator alami dengan mentransfer elektron dari bakteri ke anoda.
Keuntungan utama dari sel biofuel adalah tidak menimbulkan polusi, tidak memerlukan katalis yang mahal dan menggunakan bahan baku yang umum, murah, dan mudah diperbarui. Kerugian utama dari sel biofuel adalah inefisiensi dan output daya yang rendah. Namun, pada 2011, ada harapan bahwa masalah ini dapat diatasi, membuka berbagai kemungkinan baru. Ini termasuk tidak hanya energi yang murah, bersih dan terbarukan, tetapi juga prospek sel biofuel yang ditanamkan, yang menggunakan zat yang diproduksi oleh tubuh, digunakan untuk memberi daya pada perangkat medis seperti alat pacu jantung.