Home / Bios Cetak / Rumput Laut sebagai Bahan Baku Biofuel

Rumput Laut sebagai Bahan Baku Biofuel

Rumput laut yang dibudidayakan di Raja Ampat.

“Para pelanggan tidak menginginkan bongkahan batu bara, bahan baku dari kilowatt/jam, atau tong berisi cairan hitam dan lengket. Daripada itu, mereka menginginkan jasa yang disediakan oleh energi: shower air panas dan bir dingin, mobilitas dan kenyamanan, mikrocip energi, aroma roti bakar dan aluminium. Jasa tersebut dapat tersedia dengan energi yang lebih rendah dari yang kita gunakan sekarang”.

Pendahuluan

Kalimat di atas adalah kutipan pernyataan dari Amory Bloch Lovins. Dia dan istrinya Hunter Lovins mengabdikan hidup mereka pada bidang kebijakan energi (Energy Policy). Mereka mendukung teknologi yang dinamakan ‘Soft Energy Technologies’ yang bersumber dari energi terbarukan seperti cahaya matahari, angin, biofuel, geotermal, dan sebagainya. Berdasarkan data IEA (International Energy Agency), energi terbarukan menyumbang sekitar 13,2% dari sumber energi dunia di tahun 2010. Dari jumlah tersebut, energi yang bersumber dari biofuel cair dan biogas sampah menyumbang sekitar tiga per empatnya.

Sampai saat ini, Amerika Serikat sebagai salah satu negara adidaya berusaha untuk meningkatkan produksi bahan bakar alternatif dari energi yang terbarukan dan mengaturnya dalam undang-undang yang dikenal dengan EISA (The Energy Independence and Security Act) pada tahun 2007. Undang-undang ini memandatkan supayapada tahun 2022 bahan bakaryang beredar di US berupa bahan bakar terbarukan sebanyak 164miliarliter. Instruksi serupa juga diberikan oleh Pemerintah Indonesia agar produksi bahan bakar terbarukan pada tahun 2025 sekitar 17%, dengan lima persennya berasal dari biofuel.Upaya ini dilakukan untuk antisipasi terjadinya krisis energipada masa yang akan datang karena ketergantungan terhadap bahan bakar fosil. Para ahli percaya bahwa biofuel merupakan sumber energi masa depan yang dapat menggantikan bahan bakar fosil.

Pengertian Biofuel dan Perkembangannya Saat ini

Menurut Meriam Webster 11th, biofuel adalah bahan bakar yang tersusun atau diproduksi dari material biologis. Jadi, biofuel bukan hanya bahan bakar yang bersifat cair, namun bahan bakar yang bersifat padat dan gas. Biofuel dapat meliputi biomasa (kayu bakar, material biologis lainnya), biofuel cair (biodiesel dan bioetanol), dan biogas (gas metana dari material biodegradasi) yang merupakan sumber energi terbarukan.Produk energiyang dihasilkan mencakup listrik, bahan bakar cair, bahan bakar padat, bahan bakar gas, panas, dan bahan yang lainnya.

Saat ini, bioetanol dari jagung atau tebu dan biodiesel dari kacang kedelai atau minyak kelapa sawit, merupakan biofuel yang diproduksi dalam skala besar. Keempat bahan pangan ini digunakan sebagai bahan baku biofuel karena penanamannya mudah dan sederhana. Selain itu, biayanyayang murah untuk ekstraksi amilum, gula, atau minyak yang nantinya harus dikonversi menjadi biofuel cair. Namun, langkah tersebut menimbulkan beberapa masalah baru, yakni:

  1. meningkatkan gas rumah kaca,
  2. mengancam biodiversitas,
  3. meningkatkan permintaan akan bahan pangan untuk biofuel,
  4. melangkakan sumber daya air tawar.

Salah satu alternatif untuk memecahkan masalah tersebut adalah menggunakan bahan baku yang tidak berfungsi sebagai bahan makanan seperti residu pertanian, limbah kayu, dan rumput (grass energy). Sumber-sumber bahan baku ini sangat menguntungkan, karena murah, tidak mengubah tataguna lahan, dan menghindari kompetisi antara bahan bakardengan bahan makanan. Walaupun sangat menguntungkan, penggunaan bahan baku ini memiliki kekurangan, yaitu terbatasnya teknologi kimiawi dan biologis untuk menyelesaikan masalah pelepasan gula dari lignoselulosa (tersusun dari lignin, hemiselulosa, dan selulosa) dan mengubahnya menjadi heksosa dan pentosa. Selain itu, tujuan ekonomis berupa jumlah produksi yang tinggi belum dapat dicapai dengan teknologi yang digunakan selama ini.

Dari tantangan yang telah disebutkan sebelumnya, alga laut (makroalga dan mikroalga) merupakan sumber untuk produksi biofuel yang sangat menjanjikan dalam bentuk biomasa ataupun materi selulosa. Selain itu, produksi biofuel dari alga laut memiliki beberapa manfaat, yakni:

  1. efisiensi dalam konversi energi dari cahaya matahari yang tinggi yakni sekitar 3–8% (tumbuhan darat hanya 0,5%),
  2. kemampuan fiksasi karbon dioksida yang lebih tinggi dibandingkan dengan tumbuhan darat,
  3. tersusun dari polimer yang mudah dipecahkan menjadi monomer-monomer.
  4. daerah penanamannya adalah air laut, sehingga tidak membutuhkan air tawar dan tanah untuk pertumbuhan.

Potensi Rumput Laut sebagai Bahan Baku Biofuel

Produksi rumput laut global per tahunnya sekitar satu juta ton berat kering, yang sebagian besar diolah untuk produk makanan. Nilai ekonomis rumput laut tersebut sekitar US$ 6 miliarpada tahun 2003yang berasal dari budidaya dan tumbuh alami. Produk hidrokoloid dari rumput laut terdiri dari alginat, agar, dan karagenan memiliki nilai ekonomi US$ 585 juta per tahunnya. Kontribusi ekonomis rumput laut sebagai sumber material untuk produksi biofuel dapat diabaikan, walaupun potensinya sebagai bahan baku biofuel telah dikenal dalam beberapa dekade. Saat ini, Cina merupakan negara pemasok rumput laut tertinggi di dunia dari hasil budidaya dan tumbuh alami, yakni masing-masing 72 % dan 28%. Indonesia sendiri di tahun 2006 menyumbang kurang lebih 0,86% dari hasil tumbuh alami dan 6,04% dari hasil budidaya untuk produksi rumput laut dunia. Total produksi rumput laut Indonesia di tahun tersebut mencapai 920.466 ton dan terus mengalami peningkatan. Menurut data Kementerian Kelautan dan Perikanan di tahun 2009, produksi rumput laut sekitar 2,8 kali jumlah produksi di tahun 2006 dan merupakan komoditas utama akuakultur Indonesia. Beberapa genus utama rumput laut yang memiliki potensi ekonomis di Indonesia (Gambar 1) adalah Euchema sebagai sumber utama karaginan;Gracilaria danGelidium untuk produksi agar; dan Sargassum untuk produksi alginat.

Ekstrak rumput laut tidak mengandung minyak, namun kaya akan karbohidrat yang digunakan untuk bahan baku untuk proses fermentasi etanol, butanol, dan proses untuk menghasilkan biogas.Kandungan karbohidrat total yang terdapat dalam rumput laut dapat mencapai 83%, yang terdiri dari agar, karagenan, selulosa, laminarin, manitol, alginat, fukoidan, dan amilum. Potensi biomasa rumput laut sebagai bahan baku untuk proses konversi menjadi gas metana dilaporkan lebih dari 100 EJ (Exajoule)/tahun atau tiga kali lebih besar daripada sumber biomasa yang lain. Selain itu, biaya untuk proses produksinya sama dengan biaya proses konversi gandum menjadi gas metana.

 

Produksi Biofuel dari Rumput Laut

Biomasa rumput laut dapat menghasilkan biofuel, baik biogas maupun biofuel cair melalui beberapa tahapan (Gambar 2). Tahapan-tahapan ini terus dikembangkan sampai saat ini agar dapat mencapai efektivitas dalam proses produksi biofuel dari rumput laut dan dibahas sebagai berikut.

 

Gambar 2. Tahapan pembuatan bioetanol dan biometana dari rumput laut (Wei, dkk., 2013 dengan modifikasi)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Penanaman Rumput Laut

Secara umum, rumput laut dapat ditanam secara vegetatif atau generatif. Untuk menanam secara vegetatif, potongan kecil dari rumput laut yang merupakan bibit ditumbuhkan dalam lingkungan perairan. Walaupun cara ini sangat mudah dan murah, beberapa jenis rumput laut seperti Laminaria tidak dapat ditanam dengan cara demikian. Padahal, penanamannya melalui cara generatif agak mahal karena harus ditumbuhkan dalam lingkungan yang sangat terkontrol.

Area penanaman rumput laut dapat dilakukan di tiga lokasi, yakni penanaman di lepas pantai, di dekat pantai, dan di dalam kolam. Penanaman di lepas pantai saat ini telah dilakukan oleh para ilmuwan di Jerman dengan biaya sangat tinggi. Penanaman di dekat pantai telah diaplikasikan di beberapa negara yakni Cina, Jepang, dan Indonesia. Di Eropa dan Amerika sistem ini dilarang karena dapat merusak lingkungan perairan. Penanaman di dalam kolam merupakan metode yang efektif, karena dapat menghindari cuaca buruk, penyakit dan predator. Selain itu, metode ini dapat diintegrasikan dengan spesies akuakultur yang lain seperti ikan yang menyediakan buangan biologis untuk nutrisi rumput laut. Meskipun memiliki beberapa keunggulan, metode ini membutuhkan biaya besar untuk konstruksi kolam dan teknologi yang diaplikasikan dalam skala besar.

 

Pemanenan Rumput Laut

Pemanenan rumput laut secara manual masih dilakukan sampai sekarang, terutama untuk spesies rumput laut yang tumbuh di daerah intertidal. Namun, saat ini pengembangan pemanenan secara mekanis terus dilakukan untuk memenuhi permintaan rumput laut yang terus meningkat. Kecepatan dan efisiensi pemanenan rumput laut merupakan salah satu syarat penyediaan bahan baku untuk proses produksi biofuel.

Penyiapan Bahan BakuBiofuel

Setelah proses pemanenan, rumput laut dibersihkan dan dicuci secara manualdari kotoran seperti batu, pasir, siput, atau sampah lain.Kehadiran kotoran tersebut dapat menyebabkan penurunan hasil konversi biofuel dari rumput laut. Setelah itu, rumput laut dikeringkan supaya tidak mudah rusak saat disimpan dan mengurangi volume untuk menurunkan biaya transpor sebelum proses lebih lanjut. Proses selanjutnya adalah fermentasi untuk produksi biofuel cair atau proses pemecahan secara anaerobik untuk menghasilkan gas metan atau biogas.

 

Biofuel dari Rumput Laut

a.      Rumput Laut menjadi Bioetanol

Bahan baku rumput laut melepaskan polisakarida yang terkandung di dalamnya melalui proses hidrolisis. Proses ini dapat dilakukan dengan menggunakan asam, enzim hidrolisis, ataukombinasi keduanya. Salah satu studi menemukan bahwa karbohidrat dari rumput laut (Rhodophyta, Chlorophyta, dan Phaeophyta) dapat dihidrolisis secara efektif menjadi monosakarida dengan menambahkan H2SO4hingga encer pada suhu tinggi. Studi lain juga menemukan bahwa kerja enzim hidrolisis lebih efektif apabila bahan baku mengalami pretreatment dalam NaCl.

Setelah proses hidrolisis, langkah selanjutnya adalah fermentasi untuk menghasilkan etanol. Mikroorganisme seperti khamir atau bakteri mengubah gula dari biomasa rumput laut menjadi biofuel cair. Sampai saat ini, ada sembilan jenis mikroorganisme,baik yang merupakan strain alami maupun strain yang telah mengalami rekayasa genetik,yang sering digunakan untuk proses menghasilkan biofuel (Tabel 1). Etanol selanjutnya didistilasi dan didehidrasi untuk tujuan permurnian.

 

Tabel 1. Mikroorganisme yang mengkonversi biomasa rumput laut menjadi bioetanol (Wei dkk., 2013) dengan modifikasi

 

Mikroorganisme

Sumber rumput laut dan gula yang dimanfaatkan

Strain alami

  • Saccharomyces cerevisiae
  • Zymobacter palmae
  • Pichia angophorae
  • Brettanomyces custersii
  • Clostridium beijerinckii dan  Clostridium saccharoperbutylacetonicum

 

Strain hasil rekayasa

  • Saccharomyces cerevisiae
  • Escherichia coli
  • Echerichia coli KO11

 

  • § Saccharina latissima, Laminaria japonica (glukosa)
  • § Laminaria hyperborean (manitol)
  • § Laminaria hyperborean (manitol, laminarin)
  • § Gelidium amansii (galaktosa, glukosa)
  • § Ulva lactuca (glukosa, arabinose, xylosa)

 

 

 

  • § Ceylon moss (galaktosa)
  • § Saccharina japonica (glukosa, manitol, alginat)
  • § Laminaria japonica (glukosa, manitol)

b.      Rumput Laut menjadi Biogas (Biometan)

Konversi rumput laut menjadi biofuel berupa gas merupakan teknologi yang lebih murah, karena proses ekstraksi tidak dibutuhkan. Pada proses ini campuran bakteri langsung menghidrolisis dan merombak karbohidrat, lipid dan protein rumput laut menjadi monomer-monomer secara anaerobik, kemudian diubah menjadi biogas melalui proses fermentasi. Biogas ini mengandung sekitar 60% – 70% gas metan dan karbon dioksida sekitar 30% – 40%.  Gas lainnya seperti nitrogen, oksigen, hidrogen sulfida, dan amoniak memiliki kandungan tidak lebih dari 1%. Biogas ini selanjutnya dimurnikanmelalui proses penyulingansebelum didistribusikan dan dimanfaatkan sebagai bahan bakar.

Tantangan dan Potensi Dampak Lingkungan Biofuel dari Rumput Laut

Walaupun rumput laut memiliki kelebihan untuk dijadikan bahan baku biofuel, tantangan dan dampak lingkungan merupakan risiko yang patut dipertimbangkan. Pertama, proses pemecahan polimer rumput laut menjadi monomer-monomer agak sulit, karena polimer rumput laut berbeda dan lebih bervariasi dibandingkan dengan polimer yang dapat ditemukan pada biomasa dari daratan. Kedua, penerapan rumput laut sebagai sumber bahan baku biofuel akan membutuhkan peningkatan area budi daya rumput laut, dan membutuhkan perhatian khusus akan dampaknya bagi lingkungan perairan laut dan pantai. Beberapa dampak ini adalah perubahan habitat asli, perubahan hidrologi (seperti sedimentasi dan pergerakan air), penipisan nutrisi, penurunanbiodiversitas (penghilangan mangrove dan lamun), penurunan kualitas perairan, dan terganggunya habitat karang. Sementara itu, proses ini kemungkinan menguntungkan karena dapat meningkatkan populasi ikan dan invertebrata di lingkungan budidaya rumput laut. Keseimbangan antara produksi biofuel dari rumput laut dan dampak lingkungan harus diperhatikan.

Kesimpulan

Rumput laut mengandung 83% karbohidrat yang dapat dimanfaatkan untuk produksi biofuel cair (bioetanol) dan biogas (biometan). Untuk meningkatkan produksi biofuel dari rumput laut, tahapan produksi biofuel yang dikembangkan adalah tahapan penanaman, pemanenan, dan fermentasi. Tahapan penanaman, khususnya area penanaman, mulai dikembangkan untuk penanaman rumput laut di lepas pantai,walaupunmetode ini tergolong agak mahal. Tahapan pemanenan telah dilakukan secara mekanis dan terus ditingkatkan, namun pemanenan secara manual masih digunakan. Tahapan fermentasi, mulai digunakan mikroorganisme hasil rekayasa untuk proses fermentasi. Meskipun demikian, tantangan peningkatan produksi rumput laut dalam skala besar untuk biofuel adalah biaya produksi yang sangat tinggi dan dampak negatif terhadap ekosistem laut.

 

Ucapan Terima Kasih

Hermanus Nawaly mengucapkan terima kasih kepada Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan (Kemdikbud) atas Beasiswa Unggulan BPKLN yang diberikan melalui kerja sama dengan Magister Biologi Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga di bidang klorofil dan pigmen.

Bibliografi

Huesemann, M., Roesjadi, G., Benemann, J., dan Metting, F. B. 2010. Biofuels from Microalgae and Seaweeds. Dalam: A.A. Vertès, N. Qureshi, H.P. Blaschek, and H. Yukawa (eds). Biomass to Biofuels: Strategies for Global Industries. London: John Wiley & Sons Ltd, Hal. 165 – 184.

Hughes, A. D., Kelly, M. S., Black, K. D., dan Stanley, M. S. 2012. Biogas from Macroalgae: Is It Time to Revisit the Idea?. Biotechnology for biofuels 5 (1): 86 – 92.

Lovin, A. B. 1990. The Negawatt Revolution. Across The Board XXVII (9): 18 –23.

McHugh, D. J. 2003. A Guide to the Seaweed Industry. Roma: Food and Agricultural Organization of the United Nations.

Wei, N., Quarterman, J., dan Jin, Y. S. 2013. Marine Macroalgae: An Untapped Resource for Producing Fuels and Chemicals. Trends in biotechnology 31 (2): 70 – 77.

Hermanus Nawaly, AB Susanto, dan Jacob L.A. Uktolseja

 

 

About dhanang

Membuat ilmu kehidupan menjadi hidup lebih hidup

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Scroll To Top