Dalam beberapa dekade terakhir, dunia telah menyaksikan peningkatan kebutuhan energi yang sangat pesat, sementara sumber daya energi fosil yang terbatas semakin menipis. Pengelolaan sumber daya energi telah menjadi salah satu tantangan terbesar di abad ke-21. Seiring dengan meningkatnya permintaan energi global dan tekanan untuk mengurangi jumlah gas rumah kaca yang dilepaskan ke atmosfer, muncul kebutuhan mendesak mendorong para ilmuwan dan insinyur untuk menemukan sumber energi yang lebih berkelanjutan dan ramah lingkungan.
Solusi saat ini yang semakin banyak dipertimbangkan adalah pemanfaatan air limbah sebagai sumber energi alternatif. Meski terdengar tidak konvensional, air limbah memiliki potensi besar sebagai sumber energi terbarukan, terutama melalui teknologi pengolahan seperti anaerobic digestion (AD) dan microbial fuel cells (MFCs). Disini kita akan membahas bagaimana air limbah dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi, teknologi yang terlibat, serta dampak ekonomis dan lingkungan.
Potensi Energi dalam Air Limbah
Air limbah adalah salah satu sumber daya yang paling tidak dimanfaatkan di dunia. Salah satu contoh yaitu air limbah domestik, dengan fokus pada komponen air limbah domestik dalam penelitiannya, Manzoor melaporkan bahwa aktivitas rumah tangga di seluruh dunia menghasilkan 267,5 miliar m3 per tahun air limbah, dimana 63% (168,8 miliar m3 per tahun) dikumpulkan di saluran pembuangan dan tangki septik, dan 54,7% (146,3 miliar m3 per tahun) telah diolah.
Meskipun sering kali dianggap sebagai masalah lingkungan, air limbah mengandung sejumlah besar bahan organik yang dapat diubah menjadi energi. Salah satu cara utama untuk memanfaatkan potensi ini adalah melalui proses AD, di mana mikroorganisme memecah bahan organik dalam kondisi anaerobik, menghasilkan biogas yang kaya metana. Di Indonesia, potensi energi dari air limbah rumah tangga diperkirakan mencapai 2.500 GWh per tahun, setara dengan 1,5% dari total konsumsi listrik nasional pada tahun 2020. Data ini menunjukkan bahwa air limbah memiliki potensi besar sebagai sumber energi yang berkelanjutan.
Teknologi Pengolahan Air Limbah Menjadi Energi
Teknologi AD adalah metode yang umum digunakan dalam pengelolaan air limbah menjadi energi. Proses ini melibatkan dekomposisi bahan organik dilakukan bakteri dalam kondisi tanpa oksigen, menghasilkan biogas yang terdiri dari 60-70% metana. Biogas ini dapat digunakan untuk pembangkit listrik atau diolah lebih lanjut menjadi biomethane, yang memiliki kemurnian setara dengan gas alam.
Di Eropa, teknologi AD telah banyak digunakan dalam instalasi pengolahan air limbah. Misalnya, di Denmark, lebih dari 30% kebutuhan energi di fasilitas pengolahan air limbah dipenuhi melalui biogas yang dihasilkan dari proses AD. Selain AD, teknologi MFCs juga menunjukkan potensi besar. MFCs adalah perangkat yang menggunakan bakteri untuk mengoksidasi bahan organik dalam air limbah, langsung menghasilkan listrik. Meskipun teknologi ini masih dalam tahap pengembangan, MFCs menawarkan prospek untuk mengolah air limbah sambil memproduksi energi yang ramah lingkungan.
Di Indonesia, penelitian tentang MFCs sedang dikembangkan oleh berbagai institusi akademis dan lembaga penelitian. Misalnya, sebuah studi oleh Institut Teknologi Bandung (ITB) menunjukkan bahwa MFCs memiliki potensi untuk menghasilkan listrik dari air limbah domestik, meskipun efisiensinya masih perlu ditingkatkan melalui optimasi teknologi. Pengembangan lebih lanjut dari teknologi ini dapat menjadi solusi penting untuk tantangan energi dan lingkungan di Indonesia. Studi menunjukkan bahwa sebagian besar rumah potong hewan (RPH) di Indonesia memiliki jumlah mikrobia yang cukup tinggi. Â Satu sel dapat menghasilkan listrik 120 miliamper dengan tegangan 0,8 volt, dan limbah RPH yang mencapai 123 m3 dapat menghasilkan 55.000 sel, yang sama dengan 340 megawatt.
Bagaimana Dampak pada Lingkungan dan Ekonomi?
Penggunaan air limbah sebagai sumber energi alternatif menawarkan berbagai manfaat lingkungan yang signifikan. Jika kita dapat menggunakan limbah air, kesehatan dan kelestarian lingkungan akan terjaga dan terbebas dari polutan, yang membuat lingkungan aman. Selain itu, tidak ada bakteri yang tersebar di lingkungan, yang dapat menjaga kesehatan manusia.
Proses pengolahan air limbah menjadi energi membantu mengurangi beban pada sistem pengolahan air limbah konvensional. Metana yang dihasilkan dari air limbah adalah gas rumah kaca yang jauh 25 kali lebih kuat dibandingkan karbon dioksida (CO2). Dengan mengubah metana ini menjadi energi, kita dapat secara signifikan mengurangi emisi gas rumah kaca ke atmosfer.
Secara ekonomi, penggunaan air limbah sebagai sumber energi alternatif juga menawarkan berbagai keuntungan. Menurut World Bank, penggunaan biogas dari air limbah dapat mengurangi biaya energi hingga 33% di fasilitas pengolahan air limbah yang besar. Selain itu, energi yang dihasilkan dari air limbah dapat digunakan untuk mendukung operasi fasilitas pengolahan itu sendiri, atau dijual kembali ke jaringan listrik, memberikan pengembalian investasi yang positif.
Di Indonesia, potensi penghematan biaya energi dari penggunaan biogas di instalasi pengolahan air limbah diperkirakan mencapai Rp 500 miliar per tahun, terutama di pusat kota seperti Jakarta dan Surabaya. Ini menunjukkan bahwa investasi dalam teknologi WtE (waste-to-energy) tidak hanya memberikan manfaat lingkungan, tetapi juga menguntungkan secara ekonomi.
Di beberapa negara telah berhasil menerapkan teknologi pengolahan air limbah menjadi energi, menunjukkan hasil yang sangat menjanjikan. Di Amerika Serikat, fasilitas pengolahan air limbah East Bay Municipal Utility District (EBMUD) di Kalifornia telah berhasil menghasilkan lebih banyak energi dari air limbah daripada yang diperlukan untuk menjalankan operasinya. Fasilitas ini menghasilkan sekitar 55.000 megawatt-jam listrik per tahun dari biogas, yang cukup untuk memenuhi kebutuhan energi lebih dari 5.000 rumah tangga.
Di Eropa, Denmark menjadi salah satu negara terdepan dalam memanfaatkan teknologi AD untuk mengolah air limbah. Sebagai contoh, lebih dari 30% jumlah energi yang diperlukan untuk pengolahan air limbah di negara tersebut berasal dari biogas yang dihasilkan dari proses AD. Bahkan, beberapa fasilitas pengolahan air limbah di Denmark telah mencapai status netral karbon, di mana energi yang dihasilkan cukup untuk mengimbangi seluruh kebutuhan energi fasilitas tersebut.
Di Indonesia, beberapa inisiatif juga telah mulai dikembangkan. Salah satu contohnya adalah proyek biogas dari air limbah domestik yang dikelola oleh PT. SMI di Surabaya. Proyek ini menggunakan teknologi AD untuk mengolah air limbah dari rumah tangga menjadi biogas, yang kemudian digunakan untuk mendukung operasi fasilitas pengolahan air limbah itu sendiri. Meskipun masih dalam skala pilot, proyek ini menunjukkan potensi besar untuk dikembangkan lebih lanjut di kota-kota lain di Indonesia.
Tantangan dan Peluang
Meskipun potensinya besar, penerapan teknologi pengolahan air limbah menjadi energi alternatif tidak tanpa tantangan. Salah satu tantangan utama adalah biaya investasi awal yang tinggi untuk pembangunan infrastruktur WtE, khususnya di negara-negara berkembang seperti Indonesia. Selain itu, teknologi seperti MFCs masih memerlukan penelitian lebih lanjut untuk meningkatkan efisiensi dan menurunkan biaya operasionalnya.
Dukungan kebijakan pemerintah juga merupakan faktor kunci dalam mendorong adopsi teknologi ini secara luas. Di Indonesia, regulasi terkait penggunaan biogas dan insentif untuk energi terbarukan masih terbatas. Pemerintah perlu lebih proaktif dalam mendorong investasi dalam teknologi WtE melalui kebijakan yang mendukung dan insentif finansial.
Namun, peluang yang ditawarkan oleh teknologi ini sangat besar. Dengan semakin meningkatnya kesadaran akan pentingnya keberlanjutan energi dan lingkungan, penggunaan air limbah sebagai sumber energi alternatif dapat menjadi salah satu pilar utama dalam strategi energi masa depan. Inovasi teknologi, dukungan kebijakan, dan kesadaran publik yang semakin tinggi dapat mendorong adopsi teknologi WtE yang lebih luas di seluruh dunia terutama di Indonesia.
Oleh sebab itu, penggunaan air limbah sebagai sumber energi alternatif adalah solusi yang sangat menjanjikan untuk tantangan energi dan lingkungan di abad ke-21. Dengan memanfaatkan teknologi seperti anaerobic digestion dan mengembangkan inovasi seperti microbial fuel cells, air limbah dapat diubah menjadi sumber energi yang bermanfaat, mengurangi emisi gas rumah kaca, dan memberikan manfaat dalam ekonomi. Dengan dukungan kebijakan yang tepat dan peningkatan kesadaran akan pentingnya keberlanjutan, air limbah dapat menjadi sumber energi yang andal dan berkelanjutan untuk masa depan.Â
Sumber Referensi:Â
Alif, A., Muhammad J.B., Amalyah F. (2023). "Performance of Sediment Microbial Fuel Cells in Generating Electricity using Fish Wastewater and Shrimp Wastewater as a Nutrient and Their Effect on Waste Quality". International Journal of Science, Technology & Management 4(1).Â
East Bay Municipal Utility District (EBMUD). (2021). Annual Sustainability Report 2021. Annual Sustainability Report
Green Lab Indonesia. (2024). Dampak Air Limbah terhadap Kesehatan dan Lingkungan
Kamila, Yumna. (2022). Potensi Microbial Fuel Cells dalam Pengolahan Air Limbah Domestik dengan Reaktor Modifikasi Tangki Septik. Institut Teknologi Bandung (ITB).
Nusanthary, D. L., Elliza R. C., Herry S. (2012). "Pengolahan Air Limbah Rumah Tangga Secara Biologis dengan Media Lumpur Aktif". Jurnal Teknologi Kimia dan Industri 1(1).
PT. SMI. (2021). Laporan Tahunan: Proyek Biogas dari Air Limbah di Surabaya. Laporan Tahunan PT. SMIÂ
Qadir, Manzoor., Edward Jones., Pay Drechsel. (2024). "Domestic Wastewater Generation, Treatment, and Agricultural Reuse". Reaserch Square. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-4427017/v1Â
Rinaldi, W., et al. (2014).  "Pengolahan Limbah Cair Organik dengan Microbial Fuel Cell." Jurnal   Rekayasa Kimia & Lingkungan 10(2).
United Nations Environment Programme (UNEP). (2021). Wastewater: The Untapped Resource
Widodo, A. A., dan Munawar Ali. (2019). "Biokonversi Bahan Organik pada Limbah Cair Rumah Pemotongan Hewan Menjadi Energi Listrik Menggunakan Microbial Fuel Cell". Envirotek: Jurnal Ilmiah Teknik Lingkungan 11(2).
Wiradara, C. A. (2019). Energi Listrik Ini Dihasilkan dari Air Limbah. Mongabay: Situs Berita Lingkungan
World Bank. (2019). Wastewater A Resource that Can Pay Dividends for People, the Environment, and Economies, Says World Bank. Biogas from Wastewater: Economic and Environmental Benefits
