Bahan bakar nabati
(biofuel) yang terbarukan sangat diperlukan untuk menggantikan bahan bakar
fosil bagi sektor transportasi, yang menjadi penyebab pemanasan global dan
terbatas ketersediaannya. Bio-diesel dan bio-etanol adalah
dua jenis bahan bakar nabati potensial yang telah menarik perhatian dunia.
Bahan bakar yang dihasilkan dari hasil pertanian/perkebunan ini ternyata
tergolong tidak berkelanjutan (meskipun tergolong terbarukan) dalam
menggantikan bahan bakar fosil untuk transportasi. Di lain pihak, bio-diesel
dari mikroalga, atau kita kenal dengan sebutan ganggang laut,
tampaknya yang benar-benar akan menggantikan minyak bumi bagi transportasi
tanpa mempengaruhi pasokan makanan dan produk tanaman lainnya.
Tanaman penghasil minyak yang paling produktif, seperti kelapa sawit, tidak
akan mampu menyaingi mikroalga dalam memenuhi kebutuhan akan bio-diesel
secara berkelanjutan.
Keunggulan dari Alga
Biofuel atau
biodisel adalah bahan bakar yang dapat diperbaharui (renewable) yang
diproduksi dari berbagai bahan baku material tumbuhan (Biomassa), atau produk
samping dari agroindustri, atau juga merupakan produk hasil proses ulang dari
berbagai limbah seperti minyak goreng bekas, sampah kayu, limbah pertanian dan
lain-lain.
Biofuel
tidak mengandung minyak bumi, tetapi dapat dicampur dengan berbagai jenis
produk minyak bumi untuk menghasilkan campuran bahan bakar. Biofuel dapat
digunakan pada berbagai jenis mesin tanpa melakukan perubahan besar, selain itu
Biofuel ramah lingkungan karena dapat terurai di alam (Biodegradable),
serta tidak beracun dan tidak mengandung sulfur dan aromatic. Biofuel yang akan
dibahas disini adalah biodiesel.
oleh karena itu, ibandingkan dengan
tradisional minyak-benih tanaman, alga menghasilkan lebih banyak minyak per
hektar. Sementara kedelai biasanya menghasilkan kurang dari 50 galon minyak per
hektar dan Brassica napus menghasilkan kurang dari 130 galon per hektar,
ganggang dapat menghasilkan hingga 10.000 galon per hektar. Khususnya Diatom dan
ganggang hijau adalah sumber yang baik untuk produksi biodiesel.
Biodiesel
Biodiesel adalah bahan bakar motor diesel yang berupa
ester alkil/alkil asam-asam lemak (biasanya ester metil) yang dibuat dari
minyak nabati melalui proses trans atau esterifikasi. Biodiesel dapat di
produksi dari 100% biodisel (B100) atau campuran dengan bahan bakar disel yang
berasal dari minyak bumi. Biodiesel dapat bercampur dengan solar dan berdaya
lumas lebih baik. Selain itu mempunyai kadar belerang hampir nihil. Jenis
biodisel ditentukan oleh kandungan biodisel dalam bahan bakar tersebut.
Selain sebagai bahan bakar
alternatif dari minyak bumi yang semakin menipis persediaannya, tujuan utama
pengembangan biodiesel adalah menciptakan green fuel yang ramah
lingkungan. Adapun beberapa keunggulannya adalah sebagai berikut :
1. Biodiesel dapat digunakan pada semua motor diesel tanpa diperlukan
modifikasi.
2. Biodiesel dapat digunakan sebagai pengganti solar, campuran antara
biodiesel dan solar maupun sebagai additive untuk solar. Sebagai addittive
0,4-5% biodiesel dicampur dengan solar dapat meningkatkan pelumasan dari solar.
Biodiesel dapat dicampur pada segala perbandingan dengan solar. Campuran 20%
biodiesel dan 80% solar biasa disebut dengan B20. B20 menjadi bahan bakar
alternatif yang populer karena menurunkan emisi dan mempunyai harga yang
terjangkau.
3. Biodiesel mengurangi emisi tanpa mengorbankan unjuk kerja dan efisiensi. Biodiesel
B20 dapat mengurangi partikel sebanyak 30%, CO2 sebanyak 21%, dan
hidrokarbon total sebanyak 47%.
Biodiesel murni (100%) memiliki beberapa keunggulan yaitu :
- Menurunkan emisi CO2 sampai 100%.
- Menurunkan emisi SO3 sampai 100%.
- Menurunkan emisi CO antara 10-50%.
- Menurunkan emisi HC antara 10-50%.
- Menurunkan emisi hidrokarbon aromatik polisiklik (PAHs) sampai 75%.
4. Biodiesel terdiri hampir 10% oksigen, sehingga biodiesel dapat melakukan
pembakaran yang lebih sempurna.
5. Biodisel mempunyai angka setana 10-15 lebih tinggi dari solar, menyebabkan pembakaran
yang cepat, motor bekerja lebih halus dan tidak berisik. Angka setana yang tinggi juga
mengurangi terjadinya detonasi pada motor diesel.
6. Biodiesel dapat memperpanjang umur mesin motor diesel karena efek
pelumasannya yang sangat baik
7. Biodiesel memiliki flash point yang lebih tinggi daripada solar
sehingga mudah dalam penyimpanan.
8. Biodiesel tidak mudah terbakar.
9. Biodiesel tidak beracun karena terbuat dari bahan alami.
10. Biodiesel juga mudah diserap oleh alam dalam waktu 21 hari, sehingga
tidak berpotensi pada pemanasan global.
Potensi
Mikroalga Sebagai Bahan Baku Biofuel
Kebutuhan biodiesel yang besar otomatis akan membutuhkan bahan baku yang besar pula. Kriteria
bahan baku yang dibutuhkan adalah mudah tumbuh, mudah dikembangkan secara luas,
dan mengandung minyak nabati yang cukup besar. Berikut adalah pemaparan
kelebihan alga sebagai bahan baku biodiesel.
Alga mengandung
minyak nabati hingga 75%
Salah satu
alasan utama mengapa alga digunakan menjadi biodiesel adalah kandungan minyak
nabati pada alga jauh lebih banyak jika dibandingkan dengan bahan baku
biodiesel lain seperti kacang kedelai, kapas, jatropha dan lain-lain. Dengan
lebih tingginya kandungan minyak nabati pada alga dibanding dengan tumbuhan
lain maka kebutuhan lahan untuk produksi biodiesel dari alga juga lebih
sedikit. Berikut adalah gambaran kebutuhan lahan untuk produksi biodiesel.
Alga merupakan jenis tumbuhan yang paling cepat tumbuh di alam
Jagung atau tanaman pertanian lain membutuhkan waktu hingga setahun untuk
tumbuh, sementara alga dapat tumbuh dalam beberapa hari. Waktu panen alga yang
cepat dapat menghasilkan yang lebih efisien dengan jangka waktu yang lebih
singkat dalam area yang lebih kecil jika dibandingkan dengan tumbuhan lain.
Alga mengkonsumsi karbon dioksida ketika tumbuh, sehingga dapat
mengurangi pencemaran lingkungan
Ketergantungan akan BBM mengakibatkan peningkatan kandungan CO2
di atmosfer. Dengan memanfaatkan alga yang mengkonsumsi CO2 untuk
menghasilkan minyak, biodiesel dapat diproduksi secara efisien sementara
mengurangi penambahan CO2 ke atmosfer.
-
Sumber
pertumbuhan alga mudah diperoleh
Agar dapat
tumbuh dengan baik alga hanya membutuhkan beberapa sumber dasar yaitu: CO2,
air, cahaya matahari dan nutrien. Cahaya matahari dapat diperoleh hampir
sepanjang tahun, ketika malam maka dapat digunakan lampu untuk menggantikan
cahaya matahari. Karbon dioksida dapat diperoleh dalam konsentrasi tinggi dari power
plant dan proses industri sebagai gas buangan. Alga dapat tumbuh di
kebanyakan sumber air dengan variasi tingkat pH. Alasan ini menjadi salah satu
kelebihan alga karena alga tidak perlu bersaing dengan manusia atau tumbuhan
pertanian lain dalam mengkonsumsi air bersih.
Proses dan Tahapan Pembuatan Biodisel
Dalam proses pembuatan biodiesel
dengan bahan baku mikro alga kami ada beberapa tahapan proses yang harus
dilakukan yaitu proses pembudidayaan alga, proses pemanenan alga, proses
ekstraksi minyak alga, dan terakhir proses transesterifikasi untuk menghasilkan
biodiesel.
Untuk proses kultivasi alga, ada dua metode yang dapat dipilih yaitu menggunakan open pond (kolam
terbuka) dan fotobioreaktor. Penggunaan fotobioreactor
(PBR) lebih menguntungkan dibandingkan
dengan sistem kolam terbuka. Hal ini disebabkan karena beberapa keunggulan PBR
dibandingkan sistem kolam yaitu:
· Produktivitas
lebih tinggi
· Mencegah dan
mengurangi kontaminasi
· Adanya
proses pencahayaan dan pengadukan memberikan hasil yang lebih baik
· Kondisi
pertumbuhan dapat dikontrol selalu (pH, pencahayaan, karbondioksida,
temperature)
· Mencegah
penguapan air
· Menghasilkan
konsentrai sel yang lebih tinggi
Pemanenan alga merupakan faktor utama yang harus
diatasi dalam tujuan penggunaan mikroalga sebagai sumber bahan bakar.
Permasalahannya adalah, pengembangbiakan mikroalga memiliki kepekatan yang
encer, biasanya kurang dari 500 mg/l dalam basis massa organik kering, dan
memiliki ukuran sel yang sangat kecil. Untuk memproses mikroalga menjadi
biodiesel, mikroalga harus dijadikan ke dalam bentuk pasta terlebih dahulu,
yaitu sekitar 15% padatan.
Teknik-teknik
seperti flocculation, microstraining, filtering, sedimentation, dan
centrifugation biasa digunakan untuk pemanenan mikroalga. Teknik-teknik
ini dapat dikombinasikan, bergantung pada ukuran mikroalga dan kualitas produk
yang diinginkan, untuk menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi.
Chemical
flocculation dan bioflocculation dilakukan untuk
menghasilkan densitas massa mikroalga yang lebih mudah untuk dipindahkan. Dalam
teknik bioflocculation, mikroalga mulai membentuk kumpulan atau koloni
alga dalam kondisi tertentu pada sistem yang timbul. Selain itu, bioflocculation dapat didorong dengan menggunakan biakan
mikroba non-alga. Dalam chemical flocculation, bahan kimia seperti ferric
chloride, aluminium sulfate, ferric sulfate, polymeric flocculants,
chitosan digunakan untuk membentuk formasi koloni alga. Kekurangan dari
metode ini adalah biaya pengadaan bahan kimia yang digunakan.
Kedua teknik flocculation biasanya diikuti dengan sedimentasi,
filtrasi ataupun centrifugasi. Dalam proses sedimentasi, mikroalga yang
tersuspensi dikumpulkan oleh gaya gravitasi, sehingga menghasilkan konsentrasi
massa mikroalga yang lebih mudah untuk dipindahkan. Centrifugasi
merupakan metode yang biasa digunakan untuk memperoleh mikroalga dalam jumlah
besar. Efisiensi dari metode ini bergantung pada jenis mikroalga yang
digunakan, pengaturan kedalaman, dan waktu tinggal dari cell slurry. Metode ini memiliki kebutuhan energi yang paling besar dibandingkan dengan
metode yang lainnya.
Filtrasi dapat dilakukan di dalam tekanan atau
vakum jika ukuran alga tidak mendekati ukuran bakteri. Filter mikro (biasanya
berukuran 25-20 μm) dapat digunakan untuk spesies spirulina. Jika flocculation
dilakukan sebelum filtrasi, maka efisiensi filtrasi yang dihasilkan akan
meningkat.
- Proses
Ekstraksi Minyak Alga
Terdapat dua metode yang paling umum digunakan untuk
mengekstraksi minyak dari alga, yaitu:
a. Ekstraksi minyak menggunakan pelarut heksana
Minyak alga dapat diekstraksi menggunakan senyawa
kimia. Benzena dan eter dapat digunakan sebagai pelarut, namun senyawa kimia
yang paling sering digunakan adalah heksana dengan titik didih yang berada
antara 65-69oC, yang relatif lebih murah. Ekstraksi menggunakan
pelarut dibandingkan dengan ekstraksi secara mekanis memiliki kelebihan yaitu
menghasilkan minyak yang lebih banyak (hampir 99%) dan membutuhkan biaya
operasi yang lebih kecil.
b. Ekstrasi minyak dengan CO2
superkritis
Metode ekstraksi ini menggunakan
CO2 superkritis sebagai pelarut. Sebuah senyawa dikatakan berada
dalam keadaan superkritis ketika senyawa tersebut telah melewati suhu dan
tekanan kritisnya. Untuk CO2, titik kritisnya berada pada suhu 304.1
K dan tekanan 73.8 bar. Diluar batas titik kritisnya, sebuah senyawa tidak
dapat dikatakan sebagai gas atau cair; lalu, viskositas, konstanta dielektrik
dan kapasitas panas, bersama dengan sifat-sifat lain berbeda jauh dari sifat
pada fasa uap atau cairnya. Perubahan-perubahan
ini yang memberikan CO2 superkritis sifat pelarut dan ekstraksinya.