Pidato Presiden Jokowi dan Pengembangan Biodiesel dari Alga

Saya menyimak bersama teman-teman, pidato presiden Jokowi, tahun 2022, di depan sidang MPR, acara tahunan yang melaporkan  kemajuan dan  sasaran yang hendak dicapai  selama beliau memerintah. Ada beberapa poin memang yang menjadi pencermatan saya, salah satunya adalah pada  informasi  tentang energi bersih dari panas matahari, panas bumi, angin, ombak laut, dan energi bio, akan menarik industrialisasi penghasil produk-produk rendah emisi. Poin ini adalah tentang tantangan untuk mengembangkan energi baru dan terbarukan. 

 

Mengapa energi terbarukan itu penting?

Energi baru dan terbarukan sangat penting karena beberapa alasan, yakni  pertama, saat ini  masyarakat dunia masih dominan tergantung pada  bahan bakar fosil, bahan bakar fosil  adalah sumber energi yang tidak berkelanjutan dan terkait langsung dengan udara, air, degradasi lahan, dan perubahan iklim.

 Kedua sebagian besar bahan bakar fosil dikonsumsi sebagai bahan bakar motor di berbagai alat transportasi, pembangkit listrik, dan pertanian. Di sisi lain, dengan bertambahnya jumlah fasilitas transportasi secara signifikan,  dengan demikian, jumlah bahan bakar yang dikonsumsi, semakin besar tiap tahunnya. 

Oleh karena itu, ajakan presiden untuk melirik sumber energi baru , menjadi sangat penting , sebab dunia menghadapi tantangan untuk menemukan bahan bakar alternatif, karena cadangan bahan bakar fosil semakin berkurang.

Sebagai contoh, pada tahun 2018, penggunaan akhir energi di Uni Eropa  menunjukkan tiga sektor dominan, yakni industri (25,8%), rumah tangga (26,1%), dan transportasi (30,5%). Dan,  Di sektor transportasi menyumbang 25% emisi gas rumah kaca , 36,48% emisi NOx, dan 10,67% emisi PM2,5 

Di Indonesia, target pengurangan emisi di tahun 2030 sebanyak 29%, butuh transisi yang ambisius dari konsumsi dan produksi energi mineral ke energi terbarukan. Berdasarkan Rencana Umum Energi Nasional (RUEN), negara menargetkan penggunaan energi terbarukan secara nasional sebesar 23% di tahun 2025 dan 31% di tahun 2050. Target ini harus direncanakan dan didorong  agar bisa tercapai. 

Bioenergi 

Yang menarik energi hijau, dari laut selain ombak adalah, penerapan potensi dari algae (alga). Alga adalah sekelompok organisme autotrof yang tidak memiliki organ dengan perbedaan fungsi yang nyata. Alga bahkan dapat dianggap tidak memiliki "organ" seperti yang dimiliki tumbuhan (akar, batang, daun, dan sebagainya). Karena itu, alga pernah digolongkan pula sebagai tumbuhan bertalus. 

Beberapa peneliti mulai melakukan  riset yang mendalam tentang alga ini untuk menghasilkan energi, atau sebagai  bahan baku penghasil biodiesel.  Mengapa?  karena  algae kandungan lipidnya sangat tinggi. 

Oleh karena itu, salah satu tujuan strategisnya adalah mengurangi emisi dari transportasi. Untuk mencapai hal ini, penting untuk secara bertahap mengganti bahan bakar fosil dengan sumber energi terbarukan. Dalam hal ini, energi bio (biofuel/biodiesel ) dapat memainkan peran yang luar biasa pentingnya. 

Selain itu, produksi biofuel dapat meningkatkan lapangan kerja di daerah pedesaan dan, dengan demikian, membantu pembangunan secara keseluruhan. 

Dalam kajian ini, salah satu energi alternatif adalah biodiesel. Secara global, biodiesel sebagian besar dihasilkan dari minyak sawit (31%), kedelai (27%), lobak (20%), dan minyak goreng bekas (10%). 

Di Uni Eropa biodiesel dihasilkan dari minyak lobak (44%), minyak sawit (29%), minyak goreng bekas (15%), dan minyak kedelai (5%). Sisanya mewakili bunga matahari, kelapa, kacang tanah, rami, jarak pagar, jagung, dan alga. 

Biodiesel alga merupakan salah satu alternatif untuk mengurangi konsumsi bahan bakar fosil. Dibandingkan dengan tanaman bioenergi klasik, budidaya alga memberikan hasil yang jauh lebih tinggi, yang merupakan keuntungan signifikan. 

Spesies alga tertentu (Schizochytrium sp., Nitzschia sp., dan Botryococcus braunii) mengandung lebih dari 50% minyak yang direduksi menjadi biomassa kering, yang dapat diekstraksi dan diproses menjadi bahan bakar. Beberapa jenis bahan bakar dapat dihasilkan dari alga, seperti bioetanol, biodiesel, metana, bahan bakar pesawat (minyak tanah), biobutanol, biogas, dan green diesel.

Mikroalga tumbuh di air tawar atau air asin , tetapi juga dalam kondisi ekstrim. Oleh karena itu, mereka hadir di ekosistem yang beragam, seperti ekosistem perairan yang tidak aktif dan cair. Mikroalga dapat menghasilkan sejumlah besar lipid yang merupakan dasar produksi biodiesel, berbeda dengan makroalga yang cenderung menghasilkan gula dan karbohidrat lain, bukan lipid. 

Kandungan minyak makroalga kurang dari 5% dari berat keringnya, sehingga tidak ekonomis sebagai bahan baku untuk produksi biodiesel dan tidak dianalisis lebih lanjut dalam makalah ini. Alga mengubah gula menjadi minyak dan biomassa, selain bahan bakar nabati, berbagai bahan kimia, obat-obatan, bahan makanan, dan kosmetik dapat diperoleh. Memperoleh biodiesel dari alga secara teknis layak dan berkelanjutan, sehingga menempatkan teknologi ini pada posisi yang sangat baik untuk menggantikan bahan bakar turunan minyak secara potensial dan metodis 

Meskipun banyak laporan menyatakan bahwa memperoleh biodiesel dari alga memiliki perspektif.  produksi biodiesel skala besar dari alga belum layak secara komersial. Dalam produksi biodiesel, hanya mikroalga yang mengandung proporsi minyak yang tinggi dan memiliki produktivitas biomassa yang tinggi serta tahan terhadap berbagai pengaruh lingkungan yang dapat digunakan. Sejauh ini, tidak ada spesies mikroalga yang diketahui memiliki sifat tersebut.

Algae 

  Alga adalah spesies akuatik dengan lebih dari 3000 ras berbeda dan mereka memiliki kemampuan tercepat untuk bereproduksi. Oleh karena itu lebih beragam daripada tanaman darat. Mereka menyedot CO2 dari atmosfer dan mengubahnya menjadi oksigen, dan memiliki hasil minyak yang besar yang diekstraksi dengan memecah struktur selnya.

 Keuntungan utama selain dari massa minyak mereka adalah kemampuan untuk mengubah hampir semua energi bahan baku menjadi berbagai jenis biofuel yang berguna . Lainnya aplikasi termasuk pengolahan air limbah, produksi kogenerasi energi (listrik atau panas) bahkan setelah ekstraksi minyak, CO2 penghapusan dari gas cerobong asap industri (alga bio-fiksasi), bio-pupuk, pakan ternak, perawatan kesehatan dan produk makanan. Alga ada di mana saja lingkungan yang dapat dibayangkan dan dapat menahan suhu ekstrim, iradiasi, kekeringan, dan salinitas. 

Namun, kondisi lingkungan suatu negara pasti akan mempengaruhi metode budidaya mereka. Misalnya, ganggang laut dan air tawar seperti Cyanophyceae (biru-hijau). alga), Chlorophyceae (ganggang hijau) dan dalam beberapa kasus Pyrrophyceae (alga api) dapat dibudidayakan secara alami di Inggris. Ketika Phaeophyceae (alga coklat) dapat dimodifikasi secara genetik bersama dengan metode budidaya buatan photobioreactors (PBRs). Meskipun alga lipidic seperti Cyanophyceae, Chlorophyceae dan Pyrrophyceae direkomendasikan untuk produksi metil ester asam lemak (FAME), Phaeophyceae, di sisi lain, cenderung menjadi bahan baku alga yang paling cocok untuk produksi etanol karena tingginya kandungan gula. 

Produksi Biodiesel dari Alga

Biofuel dari alga adalah bahan bakar terbarukan canggih yang berasal dari alga bahan baku melalui proses konversi yang berbeda, ini karena kaya minyak komposisi bahan baku ini yang dapat dikaitkan dengan kemampuannya untuk banyak berfotosintesis. Alga menggunakan cahaya sebagai sumber energi untuk menghasilkan biomassa dari air dan CO2 melalui fotosintesis. Alga juga membutuhkan nitrogen dan fosfor sebagai nutrisi penting . Berbagai faktor mempengaruhi pertumbuhan alga yang optimal dan akumulasi lipidnya. Antara lain meliputi ketersediaan unsur hara mikro dan makro , intensitas cahaya, CO2, suhu air, dan pH. Kondisi optimal tidak sama untuk semua alga dan terutama mengacu pada suhu dan intensitas cahaya.

Oleh karena itu, potensi bahan baku global dari budidaya alga terbatas di daerah dengan radiasi, air, dan nutrisi yang cukup. Sebagian besar spesies alga menyukai suhu dari 20 hingga 30 C [9]. Secara teoritis, mikroalga dapat mengubah 12,8-14,4% dari rata-rata penyinaran matahari menjadi biomassa  dengan hasil 77 g/m2/hari, yang memberikan sekitar 280.000 kg/ha/tahun biomassa Namun, hasil biomassa aktual yang dicapai sejauh ini dari alga jauh lebih rendah

Asia (2,5 EJ/tahun) dan Afrika (0,75 EJ/tahun) memiliki potensi tertinggi untuk budidaya biomassa alga hingga tahun 2035. Amerika Utara dan Selatan (0,75 EJ/tahun), Oseania (0,2 EJ/tahun), dan terakhir Eropa (0,15 EJ/tahun) mengikuti mereka. Penilaian potensi bahan baku alga sangat tidak dapat diandalkan karena sistem budidaya alga masih dalam tahap pengembangan.

Banyak sistem budidaya alga sedang berhasil dikembangkan hari ini, dari kolam luar dan fotobioreaktor dalam ruangan, produksi heterotrofik hingga sistem yang menggabungkan sistem ini. Setiap sistem bertujuan untuk mempercepat pertumbuhan biomassa alga untuk produksi biofuel atau produk industri lainnya. Alga dapat tumbuh di lahan yang tidak mampu untuk menanam tanaman pangan, dan karena mereka dapat menggunakan air asin, kebutuhan akan air tawar jauh lebih sedikit, yang jumlahnya terbatas. Produksi ratusan ribu barel solar per hari membutuhkan kurang dari 1% lahan yang digunakan untuk budidaya kedelai dan jagung. Mikroalga dapat menghasilkan lebih banyak minyak per hektar dari area yang ditempati dibandingkan dengan tanaman biodiesel tradisional. Misalnya, hasil ganggang dengan 30% minyak dalam biomassa kering hingga 58.700 L/ha/tahun, yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan lobak minyak atau kedelai.

Keuntungan Menggunakan Alga sebagai sumber energi

 Pemanfaatan alga untuk menghasilkan bio-energi memiliki beberapa keunggulan, yaitu  Merupakan sumberdaya terbarukan.Mudah tumbuh di mana saja. Siklus pertumbuhan dan pengembangbiakan cepat. Efisiensi proses fotosintesis tinggi, karena tidak ada energi yang digunakan untuk membuat akar, batang, bibit dan daun. Ramah lingkungan dan mampu mengurangi emisi karbon di udara. Dapat dengan mudah dikembangkan ke skala produksi lebih besar karena menggunakan sinar matahari sebagai bahan baku dan tidak bergantung pada ukuran lahan. Alga dapat tumbuh dengan menggunakan air laut atau air limbah, sehingga tidak menghabiskan persediaan air bersih. Dapat diintegrasikan dengan berbagai proses. Alga dapat menerima CO2 dari emisi pabrik konvensional, dan limbah dari proses alga dapat digunakan sebagai pupuk untuk perkebunan konvensional

Proses Produksi Biodiesel dari Alga

Siklus pertumbuhan alga sangat singkat (satu sampai sepuluh hari), yang memungkinkan untuk beberapa kali panen. Ini berarti bahwa hasil biomassa alga jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tanaman konvensional, yang selanjutnya memungkinkan produksi minyak seratus kali lebih banyak daripada tanaman seperti lobak minyak dan kedelai

Setelah siklus pertumbuhan setelah pemanenan: Teknologi pemanenan yang diterapkan tergantung pada jenis alga yang ditanam dan mencakup dua proses utama, yaitu pengumpulan dan pemekatan biomassa alga. Pemisahan kadar air terkait dengan pengumpulan biomassa ini untuk proses produksi biodiesel selanjutnya. Proses ini melibatkan dua langkah spesifik:

Pemisahan dan pengentalan mikroalga dari suspensi curah dengan saringan mikro, proses elektroforesis, dan sedimentasi, flotasi, dan flokulasi;

Penghilangan air  (de-watering)  bubur mikroalga, dengan menerapkan filtrasi, atau sentrifugasi

Langkah pertama yang dilakukan dalam pengumpulan alga adalah dengan melakukan proses penyaringan atau filtrasi. Saringan mikro dan layar getar adalah perangkat penyaringan standar yang digunakan.

 Tingkat pemanenan yang tinggi dan efisiensi penyisihan 95% dapat dicapai dengan menggunakan filtrasi layar bergetar. Untuk peningkatan konsentrasi, berbagai sistem sentrifugasi digunakan, seperti cakram pelontar padat, dekanter mangkuk padat, dan siklon hidro. Sentrifugasi merupakan metode tercepat dengan pemulihan biomassa hingga 95% dalam kondisi optimal, sehingga lebih disukai daripada metode lain.

Untuk sistem alga besar (fotobioreaktor tertutup), dibutuhkan 73 kg air untuk memproses 1 kg biomassa alga, yang membutuhkan konsumsi energi tinggi. Menerapkan flokulasi mengurangi konsumsi energi. Flokulasi melibatkan beberapa proses kompleks: pertama, pengotor koloid yang tidak stabil saat netralisasi, dan pembentukan agregat; kedua, adsorpsi bahan organik oleh agregat melalui proses bridging; akhirnya, agregat partikel dihilangkan dengan sedimentasi, filtrasi, dan penyapuan .

Beberapa teknik flokulasi dapat digunakan seperti flokulasi kimia, flokulasi otomatis, flokulasi anorganik, proses elektrolitik, dll. Untuk pabrik skala besar, pemanenan dengan metode koagulasi-flokulasi kimia terlalu mahal. Metode ini memiliki kelemahan lain yang mempengaruhi kualitasnya, yaitu sulitnya memisahkan alga dari bahan kimia berlebih. Terganggunya CO2 ke dalam sistem alga merupakan solusi dari permasalahan tersebut, yang menyebabkan terjadinya auto flokulasi, dimana alga berflokulasi dengan sendirinya.

Dalam proses flotasi, gelembung udara menempel pada massa alga dan mengangkatnya ke permukaan cairan di mana mereka lebih mudah dikumpulkan. Setelah mengkonsentrasikan suspensi alga pada 5% sampai 15% bahan kering, dehidrasi slurry lebih lanjut diperlukan untuk melanjutkan ke tahap produksi biodiesel berikutnya. Sejumlah energi yang signifikan diperlukan untuk pengeringan biomassa alga, sebesar 11,22 MJ/kg. Oleh karena itu, pengeringan merupakan masalah ekonomi yang signifikan karena energi yang dibutuhkan untuk mengeringkan alga dapat menjadi bagian terbesar dari biaya pemrosesan. Menghapus kadar air dari biomassa alga diperlukan karena kelembaban mengganggu langkah-langkah pengolahan lebih lanjut, seperti ekstraksi lipid dan transesterifikasi.

Banyak teknik dehidrasi yang berbeda dapat digunakan untuk pengeringan suspensi alga seperti pengeringan matahari, pengeringan beku, pengeringan berkedip, pengeringan putar, pengeringan semprot, pengeringan toroidal, dan pengeringan fluid bed. . Semua teknologi khusus untuk pengentalan dan pengeringan bubur alga memiliki karakter yang berbeda. Strain mikroalga, ukuran, morfologi, dan komposisi media yang digunakan untuk budidaya, mempengaruhi efektivitas teknologi ini.

Sangat penting untuk menganalisis semua teknologi yang tersedia sebelum memilih mana yang akan diterapkan 

Dehidrasi biomassa diikuti dengan ekstraksi lipid dari biomassa alga. Prosesnya jauh lebih menuntut daripada ekstraksi minyak dari budaya terestrial. Dinding padat sel alga adalah alasan untuk pelepasan lipid yang bermasalah. Ekstraksi lipid dari massa alga biasanya dilakukan dengan proses mekanis (expeller press) atau dengan bahan kimia dan pelarut.

Penerapan ekstrusi press adalah proses yang sederhana dan efisien untuk menghancurkan sel alga secara mekanis untuk mendapatkan minyak. Tekanan yang diberikan tidak boleh terlalu tinggi, karena ada penurunan kualitas lipid. Teknik mekanis lain yang digunakan termasuk pemukulan manik. Aplikasi pelarut kimia untuk ekstraksi lipid alga, seperti n-heksana, metanol, dan etanol, tampaknya merupakan metode yang paling tepat, karena valid dan banyak digunakan dalam penelitian laboratorium (metode Folch adalah yang paling populer). Namun demikian, efisiensi metode ini sangat tergantung pada strain mikroalga. Dengan proses dua langkah, saponifikasi dan esterifikasi (metode katalis homogen, efisiensi konversi lipid menjadi biodiesel dapat ditingkatkan hingga 90%.

Tantangan Ke depan 

Sejumlah tantangan teknologi perlu diatasi jika alga akan dimanfaatkan untuk produksi bahan bakar komersial. Penilaian ekonomi saat ini sebagian besar didasarkan pada peningkatan skala laboratorium atau sistem komersial yang diarahkan untuk produksi produk bernilai tinggi, karena tidak ada pabrik skala industri yang didedikasikan untuk biofuel alga. Untuk makroalga ('rumput laut'), proses yang paling menjanjikan adalah pencernaan anaerobik untuk produksi biometana dan fermentasi untuk bioetanol, yang terakhir dengan tingkat yang melebihi dari tanaman  tebu. 

Saat ini, kedua proses dapat ditingkatkan dengan meningkatkan laju degradasi dinding sel polisakarida kompleks untuk menghasilkan gula yang dapat difermentasi menggunakan enzim hidrolitik yang dirancang khusus. Untuk produksi biofuel mikroalga, kolam raceway terbuka lebih hemat biaya daripada fotobioreaktor, dengan CO2 dan biaya pemanenan/pengeringan masing-masing diperkirakan ~50% dan hingga 15% dari total biaya.

 Biaya ini perlu dikurangi dengan urutan besarnya jika biodiesel alga ingin bersaing dengan minyak bumi. Peningkatan ekonomi dapat dicapai dengan menggunakan pasokan air berbiaya rendah yang dilengkapi dengan glukosa dan nutrisi tinggi dari air limbah industri food grade dan menggunakan metode flokulasi yang lebih efisien dan CO2 dari pembangkit listrik. Radiasi matahari tidak <3000 h*yr1 mendukung lokasi produksi 30 utara atau selatan khatulistiwa dan harus menggunakan lahan marginal dengan topografi datar di dekat lautan. 

Kemungkinan situs geografis dibahas. Dalam hal konversi biomassa, kemajuan teknologi basah seperti pencairan hidrotermal, pencernaan anaerobik, dan transesterifikasi untuk biodiesel alga disajikan dan bagaimana ini dapat diintegrasikan ke dalam biorefinery menarik untuk dibahas. Indonesia memiliki Kawasan yang representatif untuk pengembangan ini. Moga bermanfaat ****

 Referensi

• Bitog, J. P., Lee, I. B., Lee, C. G., Kim, K. S., Hwang, H. S., Hong, S. W., ... & Mostafa, E. (2011). Application of computational fluid dynamics for modeling and designing photobioreactors for microalgae production: A review. Computers and Electronics in Agriculture, 76(2), 131-147.
• Adeniyi, Oladapo Martins; Azimov, Ulugbek; Burluka, Alexey (2018). Algae biofuel: Current status and future applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 90(), 316--335. doi:10.1016/j.rser.2018.03.067
• Griffiths, G., Hossain, A. K., Sharma, V., & Duraisamy, G. (2021). Key Targets for Improving Algal Biofuel Production. Clean Technologies, 3(4), 711-742.