Pada tahun-tahun berikutnya, selembar karbon yang digulung dalam struktur tubular, disebut Fullerences/Buckyballs, ditemukan. Dua puluh satu tahun kemudian Pembicaraan terkenal Feynman tentang nanoteknologi, Eric Drexler mungkin menerbitkan makalah ilmiah pertama yang berhubungan dengan rekayasa molekuler (Drexler, 1981). Pada tahun 1986, ia menerbitkan sebuah buku yang berpengaruh memperkenalkan dasar-dasar nanoteknologi (Eric, 1986). Menariknya,
Drexler adalah guru pertama yang mempresentasikan kursus formal tentang nanoteknologi pada tahun 1988 dan merupakan siswa pertama yang menerima gelar PhD di nanoteknologi molekuler pada tahun 1991 juga. Nanoteknologi bisa jadi didefinisikan sebagai penelitian dan pengembangan pada skala atom 1--100 nm untuk mengukur dan memanipulasi materi untuk mendapatkan karakteristik kimia, fisik, dan biologis yang berbeda secara fundamental, dibandingkan dengan bahan curah yang sesuai.
Meskipun upaya besar ditujukan untuk penerapan nanopartikel di bidang yang berbeda termasuk remediasi berbagai polusi dari tanah dan air (Chowdhury dan Yanful, 2010; Jorfi et al., 2016; VitelaRodriguez dan Rangel-Mendez, 2013), potensi penerapannya di industri biogas sebagian besar tetap tanpa pengawasan. Di salah satu yang pertama studi, Scott (2006) menggambarkan potensi umum yang tidak disebutkan NP untuk meningkatkan produksi biogas dari kotoran hewan. Namun, itu baru pada tahun 2011 dampak ukuran partikel dari beberapa oksida logam(CuO, ZnO) pada produksi metana dan biogas pada proses AD
dievaluasi untuk pertama kalinya (Luna-delRisco et al., 2011). Pada tahun berikutnya, peneliti melihat akumulasi NP di kota limbah karena meningkatnya aplikasi senyawa ini di berbagai industri. Ini memicu penyelidikan terhadap efek potensial dariberbagai NP oksida logam dan logam pada AD lumpur kota di tahun yang sama. Investigasi awal menunjukkan bahwa, pada konsentrasi tertentu, beberapa NP (mis., Ag dan TiO2) tidak menimbulkan efek berbahaya pada AD proses sehubungan dengan produksi metana dan biogas, serta pada populasi mikroorganisme yang terlibat dalam AD dan keanekaragamannya lainnya (Au, CeO2) dapat berdampak negatif pada proses ini (Garca et al.,
2012; Yang et al., 2012a, 2012b). Studi tentang dampak TN pada AD berlanjut di tahun-tahun berikutnya dan beberapa NP lainnya (seperti ZVI, CuO, ZnO, CeO2, Cu0 , TiO2) juga diselidiki (Carpenter et al., 2015; Eduok, 2015; Gonzalez-Estrella et al., 2015; Nguyen et al., 2015; OteroGonzalez et al., 2014b; Yang et al., 2013a, 2013b; Zheng et al., 2015).
Sehubungan dengan hal tersebut di atas, ulasan ini menyajikan state-of-the-art dari penerapan berbagai bahan nano yang digunakan untuk meningkatkan/memperbaiki biogas produksi melalui proses AD dengan fokus pada studi yang paling banyak dilakukan baru-baru ini. NP yang tercakup dalam ulasan ini dikategorikan menjadi tiga subkelas; (i) NP logam bervalensi nol, (ii) NP oksida logam dan logam, dan (iii) TN berbasis karbon. Analisis tekno-ekonomi dan lingkungan TN pada produksi biogas beserta implikasi praktisnya penelitian ini dibahas secara rinci.
Seiring dengan berbagai inovasi baru yang diperkenalkan seperti biogas produksi di bawah skema produksi biofuel terintegrasi (yaitu, konsep biorefinery), bioaugmentasi, pencernaan bersama anaerobik, dll. (Kazemi Shariat Panahi et al., 2019b,c,d; Tabatabaei et al., 2019b,c), Penerapan nanopartikel (NP) juga mendapat perhatian yang meningkat karena sifatnya yang luar biasa seperti ukuran yang sangat kecil, variasi dalam morfologi, reaktivitas tinggi, dan stabilitas kimia (Rahimzadeh et al., 2018; Sekoai et al., 2019; Tabatabaei et al., 2019c). Selain itu, NP memiliki rasio luas permukaan terhadap volume yang tinggi sehingga meningkatkan jumlah situs aktif tersedia, atribut penting untuk melanjutkan reaksi jenis yang berbeda. Misalnya, NP dapat memfasilitasi proses hidrolisis dengan memberikan rasio luas permukaan terhadap volume yang besar untuk mikroorganisme melampirkan situs aktif molekul organik (Hsieh et al., 2016). Atau, NP juga dapat berfungsi sebagai donor / akseptor elektron dan kofaktor enzim penting yang terlibat dalam berbagai bioproses yang meningkatkan hasil mereka.
PENGARUH NANOPARTIKEL (NP) PADA PRODUKSI BIOGAS
Zero-valent Iron (ZVI) NP telah ditandai sebagai donor elektron pelepasan rendah yang tepat (yaitu, Fe2+) selama proses metanogenesis yang mengarah pada peningkatan hasil produksi biogas (Ma et al., 2015). NP ini juga dapat berpartisipasi dalam sintesis enzim kunci mikroba yang penting untuk proses AD (Gbr. 2). Misalnya, aktivitas koenzim F420 meningkat dengan adanya NP ZVI, karena Fe2+ merupakan bagian penting dari koenzim ini (Ma et al., 2015).
Demikian pula, dalam studi yang berbeda (Wang et al., 2016) penambahan 10 mg ZVI NPs/g total padatan tersuspensi meningkatkan produksi metana hingga 120% selama proses fermentasi 30 hari dibandingkan dengan kontrol (180,96 mL/ g padatan tersuspensi yang mudah menguap, VSS). melalui pengayaan beban organik yaitu mengganggu membran sel mikroorganisme lain yang relatif lebih rentan. Fenomena lisis ini mengarah pada pelepasan banyak protein dan selulosa, yang selanjutnya merangsang pertumbuhan populasi pengasaman hidrolisis (Wang et al., 2018). Dari sudut pandang mekanisme, gangguan membran disebabkan oleh interaksi langsung ZVI NP dengan sel mikroba yang menyebabkan dekomposisi reduktif gugus fungsi dalam lipopolisakarida dan protein pada membran luar (Wang et al., 2018). Namun, perlu dicatat bahwa konsentrasi Fe2+ yang lebih tinggi juga dapat menghambat metanogenesis mungkin melalui mekanisme yang sama yaitu gangguan integritas sel. Hal ini dapat membenarkan hasil yang bertentangan yang diperoleh dalam beberapa penelitian (kekurangan lumpur granular anae robic, AGS) dengan produksi metana yang lebih rendah sebagai respons terhadap penerapan 1 mM ZVI NP (Cerri et al., 2017; Wang et al., 2016; Yang et al., 2013a).
Selain hal di atas, pembubaran NP ZVI dalam air melepaskan H2 (Huang et al., 2016). Fenomena ini dapat memberikan efek negatif atau positif pada hasil produksi metana dengan memperkaya bakteri hidro genotrofik atau masing-masing bertindak sebagai donor elektron untuk arkea hidro genotropik untuk produksi metana (Cerri et al., 2017; Yang et al., 2013a). Lebih khusus lagi, pelepasan H2 yang cepat menurunkan produksi metana sedangkan pelepasan yang lambat meningkatkan produksinya (Cerri et al., 2017; Yang et al., 2013a). Menariknya, keberadaan zat polimer ekstraseluler (EPS) dalam substrat dapat meningkatkan produksi metana melalui penghambatan pembentukan H2 serta melalui perlindungan mikroorganisme terhadap toksisitas (Cerri et al., 2017).
