Ganggang (Alga) Sebagai Sumber Energi (Biodiesel)

        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.  

• Proses Kultivasi 

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

• Proses Harvesting

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 65-69^oC, 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.