Alga didefinisikan sebagai kelompok organisme akuatik, fotosintesis, dan pembawa nukleus yang dominan. Alga dikelompokkan menjadi makroalga (juga dikenal sebagai rumput laut, multiseluler dan terlihat dengan mata telanjang) dan mikroalga (ukuran uniseluler dan mikroskopis) berdasarkan ukuran. Alga dikenal sebagai sumber energi terbarukan saat ini. Alga memiliki karakteristik pertumbuhan yang cepat dan hasil biomassa yang tinggi. Biomassa alga yang dihasilkan per area budidaya diketahui lebih tinggi daripada produksi tanaman lain dalam ukuran budidaya yang sama. Biomassa alga mengandung minyak yang dapat diubah menjadi biofuel. Sebagian besar alga adalah organisme autotrofik, yang menghasilkan makanan melalui fotosintesis.
Alga membutuhkan nutrisi dalam jumlah yang melimpah untuk tumbuh, sehingga membuka peluang baru untuk menggunakan air limbah sebagai media budidaya sekaligus mengurangi kandungan nutrisi. Penyerapan nitrogen dan fosfor oleh alga (makro dan mikro) telah dipelajari oleh banyak peneliti dalam beberapa dekade terakhir. Godos dkk. (2010) menyebutkan bahwa efisiensi penyisihan amonium dan fosfat dari air limbah kandang babi masing-masing mencapai 55% dan 63%, dengan menggunakan konsorsium Scenedesmus obliquus dan Chlorella sorokiniana. Dalam penelitian lain, pengolahan limbah budidaya dengan Chlorella minutissima telah mencapai efisiensi penyisihan 88% dan 99% dari total nitrogen dan fosfor total, masing-masing, dengan menggunakan air limbah budidaya dengan hasil maksimum 4,77 g/L per hari. Demikian pula, Guo dkk. (2013) menggunakan air limbah budidaya untuk menumbuhkan Platymonas subcordiformis, yang menghasilkan 8,9 kali lebih tinggi dibandingkan dengan kontrol. Selain itu, S. obliquus dapat dibudidayakan dalam air limbah brewery dengan hasil optimum 0,2 g/L per hari dan dalam limbah pabrik kelapa sawit.
Salah satu tahap penting dalam produksi biomassa alga dengan menggunakan air limbah sebagai media budidaya adalah tahap pemanenan. Pemanenan menjadi tahapan yang krusial untuk mendapatkan biomassa yang siap pakai. Untuk makroalga, penyaringan menggunakan jaring saat ini merupakan metode yang paling memungkinkan, sedangkan beberapa opsi tersedia untuk pemanenan mikroalga. Teknologi pemanenan sebelumnya untuk mikroalga menggunakan bahan koagulasi, seperti tawas dan polimer sintetik, karena efisiensinya yang tinggi. Namun, biomassa yang dipanen perlu menjalani pemrosesan lebih lanjut untuk memisahkan bahan kimia yang digunakan, yang dianggap sebagai pengotor dan menurunkan kualitas biomassa dan hasil perolehan minyak. Perhatian saat ini dialihkan ke pemanfaatan biokoagulan/bioflokulan untuk memanen mikroalga karena sifatnya yang alami, dapat terurai, terbarukan, dan terbukti memiliki efisiensi yang tinggi.
Sistem budidaya mikroalga
Konversi lipid alga menjadi biodiesel merupakan minat utama dalam budidaya mikroalga karena biodiesel menawarkan keuntungan hijau bagi lingkungan karena biodegradabilitas, tidak beracun, pelumasan tinggi, dan emisi SO2 dan CO2 yang rendah. Metode budidaya mikroalga yang umum adalah sistem budidaya terbuka dan tertutup (Gambar 1).
Budidaya mikroalga dengan menggunakan air limbah yang kaya nutrisi
Air limbah disebabkan oleh pelepasan senyawa organik dan anorganik ke lingkungan sebagai akibat dari kegiatan antropogenik, seperti sektor pertanian, domestik, dan industri. Sekitar 75% senyawa organik yang dilepaskan dalam air limbah diperkirakan berupa lemak, karbohidrat, protein, volatil, dan asam amino, sedangkan senyawa anorganik terdiri dari natrium, kalium, klor, belerang, kalsium, fosfat, garam amonium, magnesium, bikarbonat, dan logam berat. Namun, senyawa kunci dari air limbah adalah nitrogen dan fosfor, dan penelitian difokuskan untuk menghilangkannya dari air limbah. Jika langsung dibuang ke badan air eksternal, air limbah yang kaya nutrisi mendorong pertumbuhan mikroorganisme, tanaman air, dan ganggang, yang menyebabkan eutrofikasi. Alga umumnya merupakan produsen utama di semua jenis badan air, dan melalui limbah ini, alga berkembang biak dirangsang, sehingga mengurangi kualitas air. Beberapa ganggang menimbulkan masalah beracun bagi spesies air, tetapi beberapa ganggang juga memainkan peran penting dalam mengobati air yang tercemar. Beberapa penelitian melaporkan kultur mikroalga dalam air limbah dari air limbah pertanian, industri, dan domestik, di mana mikroalga digunakan untuk mengolah limbah dan menghasilkan biomassa mikroalga secara bersamaan. Air limbah yang kaya akan nitrogen dan fosfor ini berasal dari berbagai sumber, seperti limbah budidaya, kotoran hewan, dan kotoran manusia. Mikroalga telah menunjukkan kinerja yang baik dalam mengurangi atau menghilangkan bahan organik (nitrogen, fosfor), logam berat, dan kontaminan atau polutan lainnya. Salah satu pendekatan hijau adalah dengan memulihkan nutrisi dari limbah ini dengan mikroalga dengan keuntungan tambahan dalam memproduksi bioproduk, seperti biodiesel.
Kinerja pemanenan mikroalga dengan menggunakan biokoagulan/flokulan
Budidaya mikroalga dapat dilakukan dengan dua sistem yaitu sistem pertumbuhan tersuspensi dan sistem pertumbuhan lekat, untuk sistem budidaya terbuka dan tertutup. Untuk sistem pertumbuhan lekat, media pembawa digunakan sebagai permukaan perlekatan mikroalga, sedangkan sistem pertumbuhan tersuspensi tidak memerlukan media apapun. Media pembawa sebagian besar terbuat dari kaca atau plastik karena bahan ini bersifat inert dan tidak berpengaruh negatif terhadap pertumbuhan mikroalga. Pemanenan mikroalga dalam sistem pertumbuhan lekat membutuhkan pelepasan biomassa dari media pembawa, dan pelepasan dapat dilakukan secara manual dengan membuang biomassa dari media pembawa. Kombinasi dengan metode pemanenan mekanis diperlukan untuk sistem pertumbuhan terpasang. Diskusi lebih lanjut difokuskan pada pemanenan mikroalga dari sistem kultur tersuspensi.
Pemanenan mikroalga dalam sistem pertumbuhan tersuspensi sebagian besar dilakukan dengan metode koagulasi-flokulasi dan sedimentasi, yang disebut-sebut sebagai metode yang paling layak. Koagulasi terdiri dari destabilisasi muatan negatif partikel koloid (seperti mikroalga), sedangkan flokulasi adalah agregasi partikel yang dinetralkan menjadi flok. Proses koagulasi-flokulasi ini membutuhkan agen untuk menggumpal dan berflokulasi masing-masing dikenal sebagai koagulan dan flokulan, dan sumbernya dapat berupa bahan kimia (senyawa dari logam dan polimer) dan zat biologis (senyawa dari tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme). Istilah koagulan dan flokulan mengacu pada sumber berbasis kimia/bio yang digunakan untuk mengendapkan zat yang tidak larut. Koagulan/flokulan kimia banyak digunakan karena efisiensinya yang baik dan ketersediaan komersialnya. Meskipun efisiensinya baik, koagulan kimia dan flokulan menyebabkan perubahan pH air, membatasi pemanjangan akar tanaman, menghambat perkecambahan biji tanaman, dan meningkatkan laju korosi peralatan logam. Kinerja pemanenan mikroalga dengan menggunakan koagulan/flokulan kimia atau metode lain daripada biokoagulan/bioflokulan seperti dilansir beberapa artikel terbaru yang diterbitkan (2016“2021).
Pemanfaatan biokoagulan/bioflokulan dapat mengatasi masalah disintegrasi sel yang diperoleh dari penggunaan koagulan/flokulan kimia. Banyak peneliti melaporkan bahwa sel yang dipanen menggunakan biokoagulan/bioflokulan tetap utuh, menghasilkan pengawetan produk berharga di dalam sel. Penggunaan biokoagulan/bioflokulan juga terbukti memperoleh rendemen asam lemak dan minyak yang lebih tinggi dibandingkan dengan koagulan/flokulan logam karena mempertahankan struktur sel. Pemanfaatan poliakrilamida untuk pemanenan mikroalga dilaporkan masih merusak struktur alga, sedangkan biokoagulan/bioflokulan lain mengawetkan sel dengan baik. Poliakrilamida adalah polimer alami, tetapi pembuatan senyawa ini melibatkan banyak bahan kimia selama polimerisasi, yang dapat meninggalkan residu pada produk dan mempengaruhi struktur alga selama flokulasi. Kitosan populer di antara jenis biokoagulan/bioflokulan lainnya, sehingga menunjukkan efisiensi pemanenan rata-rata ~90%. Kitosan juga dapat bekerja dengan baik pada pH yang relatif netral, sehingga memerlukan sedikit bahan kimia untuk penyesuaian pH. Lebih lanjut, pemanfaatan biokoagulan/bioflokulan membuka peluang bagi produksi mikroalga yang berkelanjutan. Media kultur dapat digunakan kembali secara langsung setelah panen dengan persyaratan pretreatment minimum karena tidak beracun dan biodegradabilitas biokoagulan/bioflokulan. Peluang ini tampaknya tidak layak untuk diterapkan dengan pemanfaatan koagulan/flokulan logam karena logam sisa dapat mempengaruhi kualitas media kultur, sehingga mempengaruhi organisme budidaya saat digunakan kembali.
Multi-konversi biomassa mikroalga menjadi produk yang berharga
Mikroalga menunjukkan potensi yang luar biasa sebagai sumber baru bioenergi dan produk berbasis bio. Nilai mikroalga melimpah untuk memperoleh produksi bersih dalam industri dan ekonomi biosirkular, yaitu mengubah limbah menjadi energi. Gambar 2 menunjukkan proses end-to-end dari pemilihan mikroalga hingga produk akhir yang diharapkan dihasilkan oleh mikroalga dari bioetanol, biohidrogen, biogas, dan bio-minyak. Produk-produk ini diekstraksi dari biomassa mikroalga dan dianggap sebagai sumber energi berkelanjutan. Pengenalan ekstraksi biomassa mikroalga dapat berkontribusi pada pembangunan berkelanjutan di beberapa bidang: ekonomi, lingkungan, dan sosial.
Awalnya, nilai mikroalga meningkat karena kandungan asam lemak dan lipidnya, yang dapat diubah menjadi biofuel, dan nilainya sebagai produk farmasi. Biomassa mikroalga akhir-akhir ini telah banyak dimanfaatkan, antara lain sebagai adsorben, arang, pakan ternak, dan bioalkohol.
Penulis: Muhammad Fauzul Imron, S.T., M.T.
Artikel dapat dilihat pada:
