 PERLAKUAN AWAL TERHADAP BAHAN BAKU YANG DIGUNAKANÂ
Alasan utama mengapa beberapa bahan baku tidak ideal untuk produksi biogas adalah: (a) tidak dapat dicerna oleh mikroorganisme, (b) pencernaan oleh mikroorganisme sangat sulit dicapai, (c) pencernaan dapat dicapai tetapi dengan cara yang sangat lambat, dan (d) adanya inhibitor dalam bahan baku atau produksi senyawa penghambat selama degradasi mikroba. Tujuan dari "pretreatment" adalah untuk memfasilitasi proses pencernaan dengan menghilangkan penghalang ini dan membuat konten organik substrat mudah diakses dan digunakan oleh komunitas mikroba. Ada beberapa pendekatan menuju pretreatment, yang dapat diklasifikasikan sebagai fisik, kimia, fisikokimia, dan biologis (Taherzadeh dan Karimi, 2008). Tinjauan ini mempertimbangkan beberapa strategi inovatif, membantu pemanfaatan bahan baku yang tidak dapat dicerna, lambat, sulit dicerna, dan penghambat untuk produksi biogas. Perlakuan awal yang ideal untuk digunakan untuk memproses bahan baku ini harus hemat biaya, meningkatkan aksesibilitas bahan baku terhadap mikroorganisme, tidak menggunakan atau menghasilkan zat yang menghambat produksi biogas, tidak memerlukan energi tinggi, dan tidak menghasilkan produk sampingan yang berbahaya bagi lingkungan. Tinjauan singkat tentang biokimia produksi biogas, hasil teoretis, bahan baku potensial yang tersedia, dan tantangan yang terkait dengan bahan baku ini akan membantu dalam memahami bagaimana strategi inovatif menuju pra-perlakuan dapat diterapkan.
Bahan baku untuk produksi biogas disiapkan sebelum pencernaan dengan menghilangkan kontaminan seperti pasir, logam, dan kotoran lainnya tergantung pada sumber bahan baku. Selain itu, ukuran bahan baku dapat dikurangi (untuk bahan baku yang luas permukaan yang tersedia tidak dapat diakses oleh bakteri hidrolisis), dan penghambat dari bahan baku seperti rasa buah dan minyak dari limbah pabrik minyak sawit (POME) dapat dihilangkan.
Bahan baku organik mengalami langkah degradasi yang berbeda selama proses pencernaan anaerobik (AD), dan dibahas secara singkat sebagai berikut. Langkah pertama adalah hidrolisis, di sini bahan baku dihancurkan oleh aksi komunitas beragam bakteri hidrolitik yang menghasilkan eksoenzim. Produk dari langkah pertama ini adalah gula sederhana, asam amino, dan asam lemak. Langkah ini telah dilaporkan sebagai langkah pembatas laju untuk biomassa yang sulit dicerna (Fernandes et al., 2009) seperti limbah kaya lignoselulosa dan keratin. Selain itu, beberapa produk sampingan beracun dapat terbentuk selama langkah ini (Neves et al., 2006).
Langkah kedua adalah asidogenesis, pada langkah ini monomer dari hidrolisis diubah menjadi asam organik rantai pendek, alkohol, beberapa senyawa organik-nitrogen dan organik-sulfur, bersama dengan hidrogen dan karbon dioksida. Langkah ini telah dilaporkan sebagai langkah tercepat dalam proses AD (Vavilin et al., 1996). Jika bahan baku memiliki kapasitas penyangga yang rendah dan laju pemuatan organik tinggi, akumulasi asam lemak yang mudah menguap dapat mengakibatkan penurunan pH, yang akan menghambat metanogen yang menghasilkan metana pada langkah terakhir. Langkah ketiga adalah asetogenesis, disini mikroorganisme homoasetogenik mereduksi hidrogen dan karbon dioksida menjadi asam asetat (Deublein dan Steinhauser, 2011). Pada tahap ini, bakteri asetogenik hanya dapat bertahan hidup pada konsentrasi hidrogen yang sangat rendah, sehingga produksi hidrogen yang berlebihan dari tahap asidogenesis dapat menghambat bakteri tersebut (Deublein dan Steinhauser, 2011). Langkah keempat adalah metanogenesis, di mana produksi metana berlangsung dalam kondisi anaerobik yang ketat. Langkah ini telah dilaporkan sebagai langkah pembatas laju untuk bahan baku yang mudah terdegradasi dan yang memiliki kapasitas penyangga rendah (Rozzi dan Remigi, 2004). Ada dua kelompok utama bakteri metanogenik yang dapat dibedakan, yaitu metanogen hidrogenotrofik dan metanogen asetotrofik yang masing-masing mengubah hidrogen dan karbon dioksida, dan asam asetat menjadi metana. Keseimbangan antara mikroorganisme pembentuk hidrogen dan pemakan hidrogen sangat penting, karena oksidasi anaerobik, yaitu pembentukan asetat hanya dapat terjadi pada tekanan parsial hidrogen yang rendah karena alasan termodinamika.
Meningkatnya produksi limbah organik yang tidak dapat dicerna meningkatkan minat dalam kombinasi proses termokimia dan biokimia seperti gasifikasi dan fermentasi. Gasifikasi dan fermentasi terdiri dari beberapa langkah proses. Awalnya, bahan baku diumpankan ke gasifier di mana suhu meningkat menjadi kira-kira. 1200 C. Saat suhu naik, air bahan baku menguap (pada 100 C), tar dan arang dihasilkan, dan gas pirolisis dihasilkan. Langkah-langkah reaksi utama pada titik ini adalah gas air dan reaksi Boudouard (Persamaan (1), (2)). Selain itu, gas bereaksi satu sama lain (reaksi fase gas) dan dengan karbon (reaksi gas-padat). Metana juga dapat diproduksi oleh reaksi karbon dan hydrogen.
PENCERNAAN BAHAN BAKU Â DAN TANTANGANNYA
Â
Seperti yang telah dibahas sebelumnya, biomassa yang mudah diolah terutama digunakan sebagai bahan baku untuk proses pencernaan anaerobik. Bahan baku yang umum dan mudah diproses termasuk kotoran ternak, limbah pengolahan makanan, dan lumpur limbah. Di sisi lain, biomassa yang sulit diproses berada dalam kelimpahan tinggi dan terakumulasi secara luar biasa. Biomassa ini, bila diolah dengan benar, dapat menjadi bahan baku yang berharga untuk produksi biogas, sehingga mengurangi pencemaran lingkungan dan meningkatkan pemulihan
Gasifikasi bahan baku yang tidak dapat dicerna
Selama gasifikasi, bahan baku digasifikasi oleh paparan suhu tinggi (1000-1200 C) dan zat pengoksidasi. Uap, oksigen, dan udara terutama digunakan sebagai aliran pengoksidasi. Gas yang dihasilkan (syngas) terutama terdiri dari H2, CO, dan CO2, yang selanjutnya dapat difermentasi untuk produksi biogas. Selain itu, pada akhir gasifikasi, sisa abu, dalam bentuk bahasa gaul, tertinggal di dalam gasifier. Komposisi syngas dan abu sangat dipengaruhi oleh komposisi bahan baku
