Hybrid Technologies untuk Produksi Biogas

Anaerobik digester  (AD) atau biodigester adalah suatu teknologi yang memanfaatkan proses biologis dimana bahan organik oleh mikroorganisme anaerobik terurai dalam ketiadaan oksigen terlarut (kondisi anaerob).

Selama AD, bersama dengan biogas, dihasilkan substrat yang dicerna yang disebut pencernaan. Pencernaan merupakan sumber nutrisi yang melimpah seperti nitrogen, fosfor, kalium, unsur hara mikro dan bahan organik, yang diaplikasikan pada tanah sebagai pupuk hayati pertanian. Digestate adalah pupuk yang berkualitas tinggi dan lebih disukai daripada kotoran hewan mentah karena homogenitas dan ketersediaan unsur hara yang lebih baik, rasio C/N yang lebih rendah, berkurangnya bau dan patogen, serta risiko kontaminasi tanah yang lebih rendah. Saat meninggalkan bioreaktor, pencernaan tidak sepenuhnya stabil karena mengandung patogen dan membuang logam berat. Sebelum dimanfaatkan pada tanah perlu penanganan yang tepat dan perlakuan khusus

Digester  dapat dipisahkan menjadi fraksi semi padat (10-30% bahan kering) dan cair (5-15% bahan kering). Untuk mengurangi biaya (penyimpanan, transportasi dan aplikasi) sejumlah teknik dikembangkan untuk meningkatkan pencernaan cair: dewatering, pengomposan, pengeringan, granulasi, pembuatan pelet, pengendapan, filtrasi, penguapan uap, pemisahan membran dan banyak lainnya. Pilihan peningkatan teknologi bergantung pada permintaan pasar dan lokasi pabrik. 

Kualitas dan stabilitas fraksi padat dapat ditingkatkan melalui pengomposan. Produk pencernaan yang dikeringkan atau dibuat secara fisik lebih stabil dengan lebih sedikit emisi ke udara bila disimpan di tempat penyimpanan terbuka. Hasil pencernaan dari proses AD juga dapat dikomposkan bersama dengan sampah organik segar atau digunakan sebagai inokulan dibandingkan kultur mikroba komersial, yang secara ekonomi lebih menguntungkan.

APLIKASI BIOLOGI MOLEKULER DAN SEQUENCING NEXT GENERATION UNTUK MENINGKATKAN PRODUKSI BIOGAS

Karena AD adalah proses mikroba yang kompleks, berbagai penelitian baru-baru ini dilakukan untuk memahami hubungan antara struktur komunitas mikroba, kondisi operasi, dan kinerja bioproses. Komunitas archaeal metanogenik (atau metanogen) memiliki peran penting dalam langkah terakhir degradasi bahan organik anaerobik, yaitu metanogenesis.

 Pemahaman rinci tentang bagaimana metanogen berinteraksi dengan organisme lain di lingkungannya masih menjadi kotak hitam bagi ahli mikrobiologi dan insinyur. Populasi mikroba paling melimpah yang ada di bioreaktor dapat diidentifikasi dengan teknologi biologi molekuler tradisional. 

Saat ini, penentuan populasi paling melimpah dan populasi kecil dapat dilakukan dengan teknik pengurutan yang baru dikembangkan. Teknik pengurutan ini memberikan alat yang berharga untuk memahami sistem mikrobiologi dan fungsinya serta berbagai aspek degradasi anaerobik dan optimalisasi proses biogas. 

Hal ini  didasarkan pada deteksi dan pengurutan molekul DNA yang diekstraksi langsung dari sel mikroba. Kebanyakan dari mereka menggunakan amplifikasi urutan gen 16S rRNA, yang telah ditentukan untuk setiap mikroorganisme dan dianggap sebagai standar emas untuk identifikasi dan keberadaan bakteri dan archaea di lingkungan. 

Pilihan standar penanda genetik spesifik metanogen adalah gen mcrA untuk populasi mikroba metanogenik. Teknik yang paling umum, cepat, dan hemat biaya yang digunakan untuk mendeteksi populasi metanogenik secara tepat adalah polimorfisme panjang fragmen restriksi terminal (TRFLP),  elektroforesis gel gradien denaturasi (DGGE),  rantai polimerase real-time kuantitatif. reaksi (qPCR) dan teknik ion torrent PGM (mesin genom pribadi). 

Untuk karakterisasi struktur komunitas mikroba yang lebih lengkap, pendekatan saat ini lebih memilih metagenomics, yang juga disebut teknik next generation sequencing (NGS). Saat ini, beberapa platform NGS tersedia dan digunakan untuk meningkatkan optimalisasi biogas: 454 pyrosequencing (Qiagen), Illumina MiSeq dan HiSeq (Illumina Inc.), SOLiD (Life Technologies), Ion Torrent (Thermo Fisher) dan MinION (Oxford Nanopore Technologies).  Sebagian besar penelitian difokuskan pada eksplorasi komunitas mikroba di dalam bioreaktor tanpa memperhitungkan keseluruhan sistem produksi biogas (termasuk penyimpanan dan pemberian pakan bersamaan dengan sistem pasca-pencernaan).