Makalah
ILMU
TEKNOLOGI KELAUTAN
Penggunakan Alga Dalam
Industri Bioteknologi (Biofuel)
Oleh
AHMADRYADI
1410246019
PASCASARJANA ILMU KELAUTAN
UNIVERSITAS RIAU
PEKANBARU
2015
KATA
PENGANTAR
Segala puja dan puji
syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya,
sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini dengan judul “Penggunaan
Alga Dalam Industri Bioteknologi Biofuel” dan disusun untuk memenuhi tugas
mata kuliah Ilmu Teknologi Kelautan di
Pasca Sarjana Ilmu Keluatan Universitas Riau.
Dengan tersusunnya
makalah ini maka tidak lupa penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak
yang ikut berpartisipasi untuk membantu penulis dalam penyusunan makalah ini.
Penulis menyadari bahwasanya makalah ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk
itu penulis mengharapkan kritik dan sarannya yang membangun dari para pembaca
demi kesempurnaan dan penyusunan makalah ini.
Semoga makalah ini bisa
bermanfaat bagi kita semua dan khususnya bagi penulis dalam memenuhi tugas mata
kuliah. Terima kasih.
Pekanbaru, 4 Juli 2015
Penulis
PENDAHULUAN
1.
Latar Belakang
Indonesia
telah dikenal luas sebagai negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya adalah lautan
dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia yaitu ± 80.791,42 Km. Didalam
lautan terdapat bermacam-macam mahluk hidup baik berupa tumbuhan air maupun
hewan air. Salah satu mahluk hidup yang tumbuh dan berkembang di laut adalah
alga. Ditinjau secara biologi, alga merupakan kelompok tumbuhan yang
berklorofil yang terdiri dari satu atau banyak sel dan berbentuk koloni.
Didalam alga terkandung bahan-bahan organik seperti polisakarida, hormon,
vitamin, mineral dan juga senyawa bioaktif.
Bahan bakar fosil saat
ini mulai mengalami krisis karena termasuk energi yang tidak dapat terbarukan,
tetapi terus digunakan menjadi bahan bakar transportasi dan alat kehidupan
sehari-hari lainnya sehingga terkikis dalam jumlah yang besar dan untuk
menanggulangi kehilangan sumber bahan bakar maka dilakukan penelitian sumber
bahan bakar lainnya yang dapat menjadi alternatif bahan bakar fosil. Alga
adalah salah satu energi terbarukan yang dapat dijadikan alternative biofuel
dan akan dibahas didalam makalah ini lebih lanjut tentang alga sebagai sumber
bahan bakar.
2.
Tujuan
Makalah ini dibuat
untuk menambah wawasan tentang peranan bioteknologi dalam kehidupan, terutama
dalam bidang industri biofuel alga.
PEMBAHASAN
A. Definisi Bioteknologi Industri
Bioteknologi Industri adalah seperangkat teknologi yang
datang dengan mengadaptasi dan memodifikasi organisme biologis, proses, produk,
dan sistem yang ditemukan di alam untuk tujuan memproduksi barang dan jasa
(Australian government, 2012). Bioteknologi industri dapat digunakan
untuk:
- Menciptakan
produk baru
- Modifikasi
dan mengembangkan proses industri baru
- Membuat
industri manufaktur yang lebih kompetitif
- Mengurangi
dampak lingkungan dari manufaktur
Bioteknologi telah
dikaitkan dengan sektor medis dan farmasi sektor. Namun, telah menunjukkan
bahwa penerapan bioteknologi untuk sektor manufaktur seperti kimia dan plastik,
tekstil dan kulit, dan sektor pengelolaan limbah berbahaya, bisa memberikan
keuntungan produktivitas dan proses yang lebih efisien dan lebih cepat aksesnya
ke konsumen.
Sejumlah bioteknologi memiliki potensial
industri yang signifikan. Sebagai contoh:
Biokatalisi : Menggunakan biologis
berasal dari enzim untuk menggantikan bahan kimia industri katalis. Bioproses, Mengganti
proses konvensional kimia dengan proses biologi. Aplikasi ini adalah sebagai
sintesis organik obat obatan dan mikroba desulfurisasi bahan bakar diesel.
Bahan dan proses:
Memproduksi bahan melalui penggunaan bahan baku nonpetroluem terbarukan dan
bioproses baru seperti menggunakan jagung-pati untuk menghasilkan biodegradasi
plastik.
Istilah “alga” meliputi berbagai organisme
ditemukan dekat badan air di seluruh dunia. Spesies alga diperkirakan berjumlah
mencapai puluhan ribu. Meskipun kebanyakan alga fotosintesis atau autotrof,
beberapa heterotrofik, energi berasal dari penyerapan karbon organik seperti
bahan selulosa. Karena alga secara alami mampu mereplikasi cepat dan
menghasilkan minyak, protein, alkohol, dan biomassa, mereka telah menarik
perhatian para peneliti dan produsen industri mencari alternatif untuk minyak.
Makroalga digunakan di beberapa negara
sebagai bahan makanan dan fertilizer, dan juga menyediakan berbagai keuntungan
untuk lingkungan,termasuk habitat hewan aquatik. Mikroalga sering diklasifikasi
menurut warna, yaitu hijau, kuning- hijau, keemasan, merah dan coklat. Diatom,
dinoflagellata termasuk alga biru-hijau, atau Cyanobacteria yang mana
mikroorganismenya berhubungan dengan eukariotik alga-mikroalga. Jenis alga yang
dapat memproduksi biofuel adalah Botryococcus, Brauni, Chorella,
Dunaliellateriolecta, Gracilaria, Pluerochrysis certerae dan Sargassum.
Alga berkembang pada karbon organik atau
CO2 dan nutrisi seperti nitrogen dan fosfor. Ketersediaan sinar matahari,
karbon dan nutrisi mempengaruhi pertumbuhan metabolisme alga dan apakah mereka
menghasilkan lipid atau karbohidrat. Namun, manipulasi nutrisi belum terbukti
berhasil meningkatkan produktivitas alga. Para peneliti, misalnya, telah
menemukan bahwa ketika alga alami menghasilkan hidrokarbon (molekul yang dapat
menggantikan minyak bumi saat ini) pertumbuhan dan reproduksinya terbatas.
Tujuan penelitian bioteknologi termasuk
menemukan cara untuk meningkatkan tingkat reproduksi, meningkatkan metabolisme
masukan, dan meningkatkan produksi minyak yang diinginkan, bahan bakar kelas
alkohol, atau protein pada spesies yang berguna. Para peneliti telah menemukan
bahwa spesies alga banyak beradaptasi dengan rekayasa genetika, mengekspresikan
protein kompleks dan mengumpulkan protein rekombinan ke tingkat yang sangat
tinggi.
Bioteknologi sudah digunakan dalam
sequencing genom spesies alga. Genomic Data membantu peneliti dalam memahami
proses metabolisme di mana alga mengkonversi karbon dan nutrisi ke lipid atau
karbohidrat. Pemahaman yang lebih besar dari metabolisme alga dan reaksi
terhadap kondisi pertumbuhan akan menginformasikan penelitian lebih lanjut.
Teknik rekayasa genetika saat ini digunakan dalam bioteknologi tanaman dan
mikroba, termasuk biologi sintetik dan rekayasa metabolik, kemudian digunakan
untuk memungkinkan alga untuk lebih diduga memproduksi lipid yang diinginkan
untuk menghasilkan biofuel, alkohol, protein, enzim dan molekul lainnya, atau
karbohidrat yang kaya biomassa untuk bioproses.
Penelitian bioteknologi penting, tidak
hanya dalam tahap awal pengembangan biofuel alga, tetapi juga dalam
mengoptimalkan strain alga untuk rekayasa mekanik dan pengolahan kebutuhan
produksi biofuel. Strain alga yang digunakan dalam proses industri harus sesuai
panen dan persyaratan molekul pemulihan (seperti panas tinggi dan tekanan yang
digunakan dalam pemisahan mekanik) yang mungkin tidak alami sifat.
B. Pengembangan Komersial
Perusahaan biofuel sedang mencari untuk skala produksi komersial dari alga dan
mengejar beberapa teknik pendekatan (dengan menggunakan sistem tertutup
dan sistem kolam terbuka) untuk desain sistem ekonomis untuk alga yang tumbuh.
Dalam sistem tertutup, kondisi pertumbuhan alga dapat diatur. Sistem tertutup
mencakup fotobioreaktor untuk strain alga fotosintetik dan tradisional
bioreaktor (tangki tertutup seperti yang digunakan dalam fermentasi dan mikroba
lainnya pertumbuhan) untuk strain alga yang memakan gula.
Sistem kolam terbuka
telah digunakan di banyak rangkaian, tapi bisa peka terhadap berbagai faktor
lingkungan, seperti invasi oleh strain alga lain atau variasi nutrisi
ketersediaan, panas dan cahaya. Karena mikroalga dapat tersebar oleh angin atau
fauna, sistem kolam terbuka dapat memperkenalkan strain alga terhadap
lingkungan sekitarnya. Kemungkinan penyebaran dengan metode ini adalah setara
untuk strain alam dan biotek. Potensi dampak lingkungan pada lingkungan
sekitarnya (termasuk tanaman) juga setara untuk alam dan strain alga biotek.
Tambak sistem tertutup oleh film plastik tipis dan kombinasi tertutup atau
sistem terbuka sedang dikembangkan untuk mengendalikan faktor-faktor. Salah
satu faktor penting untuk komersialisasi adalah pengembangan sistem pemanenan
ekonomis dan daur ulang biomassa sisa setelah biofuel diekstrak.
C. Biofuels (Potensi Alga)
Biofuel adalah bahan bakar atau sumber energi yang berasal dari bahan organik
yang dibuat dari tumbuhan maupun hewan. Biofuel mempunyai sifat dapat
diperbaharui, artinya bahan bakar ini dapat dibuat oleh manusia dari
bahan-bahan yang bisa ditumbuhkan atau dibiakkan. Salah satunya adalah alga
yang dapat menghasilkan lipid dan karbohidrat untuk dijadikan sumber energi
seperti bioetanol dan biodiesel (Bachtiar, 2007).
Kebanyakan alga merupakan organisme bersel
tunggal yang tumbuh baik di laut (air asin) atau lingkungan air tawar.
Kebanyakan strain fotosintesis dan merupakan tanaman tercepat di dunia
berkembang. Seperti tanaman lain, mereka mengkonversi sinar matahari, air, CO2,
dan nutrisi lainnya menjadi energi dan biomassa dan melepaskan sejumlah besar
oksigen ke atmosfer. Sejumlah strain alga dan organisme laut memperoleh energi
dari karbon organik, bukan karbon atmosfer (melalui fotosintesis). Ada lebih
dari 65.000 species alga, termasuk varietas yang berbeda seperti merah, hijau,
coklat, dan biru-hijau (cyanobacteria).
Alga penting dalam banyak penggunaan komersial
untuk memproduksi suplemen gizi, untuk mengobati limbah, dan sebagai zat
pewarna. Salah satu penggunaan yang paling menjanjikan dari alga adalah sebagai
bahan baku untuk biofuel terbarukan. Minyak nabati dari alga dapat digunakan
secara langsung (minyak sayur lurus yang diester menjadi biodiesel) atau disempurnakan menjadi berbagai
biofuel, termasuk diesel terbarukan dan bahan bakar jet, di samping bahan-bahan
kimia lainnya untuk produk seperti kosmetik.
Karbohidrat (gula) dari alga dapat
difermentasi untuk membuat biofuel tambahan, termasuk etanol dan butanol, serta
produk-produk lain seperti plastik dan biokimia. Biomassa dari alga dapat
digunakan untuk minyak pirolisis atau gabungan panas dan pembangkit listrik.
Alga yang secara langsung menggantikan bahan bakar minyak bumi, diesel dan
bahan bakar jet tanpa modifikasi mesin. Alga memenuhi semua spesifikasi untuk
bahan bakar minyak bumi.
Bioetanol berkadar 99%
sebanyak satu liter, hanya memerlukan 0,67 kg alga. Pemanfaatan
alga Spirogyra sp untuk membuat bioetanol karena relatif mudah
memperolehnya. Kandungan karbohidrat mencapai 64%, hampir 3 kali lipat
karbohidrat singkong, yang rata-ratanya hanya 25%. Alga yang memiliki kandungan
karbohidrat tinggi cocok untuk bioetanol. Minimal mengandung 25% karbohidrat.
Sejatinya lemak bisa diolah menjadi biodiesel, tapi kandungannya paling tidak
30%. Spirogyra sp menyimpan karbohidrat sebanyak 33-64% dan 11-21% lemak
sehingga cocok sebagai bahan baku bioetanol (Anam, 2010).
Jenis karbohidrat
dalam Spirogyra sp. adalah amilum alias zat tepung. Zat tepung
tergolong polimer alam dengan ukuran molekul besar yang tersusun oleh monomer
glikosida. Sel tidak mampu memanfaatkan amilum secara langsung untuk itu perlu
menambahkan 0,12% enzim alfa-amilase untuk menguraikan ikatan polimer amilum
menjadi gula berbentuk glukosa, maltosa, dan dekstrin.
Ketiga
bahan itulah yang nantinya menjadi bioetanol. Glukosa dan maltosa adalah sumber
energi bagi bakteri penghasil etanol. Bakteri itu mengubah glukosa dan maltosa
menjadi etanol dalam kondisi tertutup tanpa udara melalui proses fermentasi
sehingga dijuluki bakteri fermentor. Fermentasi tergolong proses biologis yang
melibatkan bakteri hidup sehingga etanol yang dihasilkan disebut bioetanol. Produsen
sejatinya bisa membuat etanol dengan proses fisika atau hidrasi. Industri
alkohol untuk farmasi maupun kosmetik membuat etanol dengan cara itu lantaran
prosesnya jauh lebih cepat dan efisien (Anam, 2010).
Meskipun
masih dalam tahap riset yang mendalam, potensi alga laut sebagai penghasil
bioetanol dan biodiesel sangat menjanjikan dimasa mendatang. Negara-negara maju
seperti Amerika Serikat, Jepang dan Kanada mentargetkan mulai tahun 2025 bahan
bakar hayati (biofuel) bisa diproduksi dari budidaya cepat alga mikro yang
tumbuh diperairan tawar/asin. Keuntungan lebih yang dapat diperoleh adalah tak
butuh traktor seperti didarat, tanpa penyemaian benih, gas CO2 yang dihasilkan
dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar dan panen yang terus-terusan
(continuous) yang dikarenakan waktu tanam alga hanya 1 minggu.
D. Keuntungan Biofuel
Alga adalah sumber daya terbarukan untuk
biofuel yang dapat ditanam di lahan non-pertanian, menggunakan air asin atau
air payau. Sebuah keuntungan yang signifikan dari penggunaan alga untuk biofuel
adalah bahwa hal itu tidak perlu menggantikan lahan pertanian yang digunakan
untuk sumber makanan tumbuh. Laporan Departemen Energi bahwa alga memiliki
potensi untuk menghasilkan energi setidaknya 30 kali lebih dari tanaman darat
saat ini digunakan untuk memproduksi biofuel.
Alga juga efisien mendaur ulang karbon
atmosfer. Sementara alga berjumlah kurang dari 2% dari karbon tanaman global,
mereka menyerap dan memperbaiki hingga 50% karbon dioksida atmosfer (30.000.000.000-50.000.000.000
metrik ton per tahun), mengubahnya menjadi karbon organik. Melalui
fotosintesis, alga memproduksi hingga 50% oksigen global. The Environmental
Protection Agency (EPA) memperkirakan bahwa alga berbasis biodiesel dihasilkan
melalui metil asam lemak transesterifikasi (satu-satunya jenis biofuel ganggang
model sampai saat ini) dapat mengurangi emisi gas rumah kaca lebih dari 60
persen dibandingkan dengan petroleum diesel.
a).
Minyak Alga Menggantikan Bahan Bakar Fosil
Ribuan item di seluruh dunia dibuat dari
plastik atau bahan kimia, termasuk yang sangat menguntungkan orang-orang dari
pipa yang menyalurkan air ke wadah yang menjaga perawatan makanan segar dan
pribadi produk yang meningkatkan kesehatan. Konsumen item yang dibuat lebih
banyak tersedia, lebih efisien dan dengan biaya yang lebih rendah melalui
penggunaan plastik dan kimia bahan. Tapi plastik dan bahan kimia yang dibuat
terutama dari sumber daya fosil, minyak dan gas alami. Volatile harga untuk
bahan bakar fosil, ketidakstabilan politik di daerah penghasil minyak bumi, dan
dampak lingkungan bahan bakar fosil adalah beberapa alasan utama produsen bahan
kimia dan plastik sedang mencari alternatif sumber daya terbarukan.
Minyak yang diproduksi oleh alga memiliki
potensi untuk menggantikan sumber daya fosil dalam banyak produk. Bahkan,
menurut penelitian baru-baru ini, banyak dari minyak bumi dan batubara
menggunakan spesies alga hijau. Minyak yang dihasilkan oleh strain alga yang
berbeda berkisar dalam komposisi. Kebanyakan seperti minyak nabati, meskipun
beberapa secara kimiawi mirip dengan hidrokarbon dalam minyak bumi. Secara
umum, konsentrasi hidrokarbon yang tinggi hanya ada dalam budaya non-alga
tumbuh atau membusuk. Alga juga memproduksi protein, dan isoprenoidnya polisakarida.
Beberapa strain gula fermentasi alga untuk menghasilkan alkohol. Kondisi
pertumbuhan (seperti cahaya dan suhu), tingkat gizi (nitrogen, garam dan
silikon), dan tahap pertumbuhan semua memiliki efek pada jenis alga yang
menghasilkan minyak.
Bioteknologi digunakan untuk
memahami dan mencirikan keseimbangan minyak, protein, dan gula yang strain
alga menghasilkan berbagai kondisi. Dengan pengetahuan ini, teknik rekayasa
metabolik ditargetkan dapat digunakan untuk mengoptimalkan strain alga untuk
produksi protein, asam lemak, dan gula yang dapat digunakan sebagai blok
bangunan untuk bahan kimia, plastik, dan biofuel. Alga yang
diturunkan menjadi pati, minyak dan protein dapat digunakan dalam suplemen
makanan, pakan ternak atau nutrisi. Asam lemak dapat digunakan dalam
biofuel diesel atau sebagai blok bangunan dalam campuran kimia. Gula alga dapat
dikonversi menjadi produk kimia yang dapat digunakan untuk berbagai tujuan.
Sebagai contoh, alga dapat digunakan untuk membuat etanol, yang pada gilirannya
dapat diubah menjadi polietilen.
b).
Manfaat lingkungan
Bahan baku berbasis biologi menawarkan
keuntungan lingkungan dan ekonomi utama atas minyak mentah dan gas
alam sebagai blok bangunan untuk beberapa produk konsumen. Pertama, alga
dapat tumbuh di banyak negara di dunia sebagai pengganti bahan bakar
fosil. Alga dapat diproduksi di mana pun ada banyak sinar matahari
dan kaya nutrisi air. Tanah yang subur dan volume tinggi air tawar tidak
diperlukan. Alga tidak memerlukan area lebih cocok untuk makanan dan
produksi pakan. Kedua, bahan baku berbasis bio yang mengganti bahan bakar fosil
dalam produksi plastik, misalnya dapat mengurangi konsentrasi atmosfer gas
rumah kaca dengan memperbaiki karbon di atmosfer. Alga dan selulosa tanaman menyerap
karbon dioksida saat mereka tumbuh. Karbon yang mereka keluarkan
dari atmosfer melalui fotosintesis adalah tetap dalam produk sampai mereka
didaur ulang atau kompos. Minyak dan gas alam yang sebelumnya digunakan dapat
tetap jauh di bawah tanah.
KESIMPULAN
Biofuel mempunyai sifat
dapat diperbaharui, artinya bahan bakar ini dapat dibuat oleh manusia dari
bahan-bahan yang bisa ditumbuhkan atau dibiakkan. Salah satunya adalah alga
yang dapat menghasilkan lipid dan karbohidrat untuk dijadikan sumber energi seperti
bioetanol dan biodiesel.
Alga adalah sumber daya
terbarukan untuk biofuel yang dapat ditanam di lahan non-pertanian, menggunakan
air asin atau air payau. Sebuah keuntungan yang signifikan dari penggunaan alga
untuk biofuel adalah bahwa hal itu tidak perlu menggantikan lahan pertanian
yang digunakan untuk sumber makanan tumbuh,
alga dapat tumbuh di banyak negara di dunia sebagai pengganti bahan
bakar fosil, Alga dapat diproduksi di mana pun ada banyak sinar matahari
dan kaya nutrisi air.
DAFTAR
PUSTAKA
Anam,
K., Farida, H., Sidiq, M.H. dan Susilaningsih, D. 2009 Potensi Mikroalga Laut
(Khlorofita) Indonesia Sebagai Penghasil Energi Baru Biofuel Cair (Biodisel).
Kegiatan Penelitian Bioteknologi, DIPA PUSLIT Bioteknologi-LIPI, Bogor.
Australian
Govement 2012. Nutritional Value of Microalgae for Aquculture. In: Cruz-Suárez,
L. E., Ricque-Marie, D., Tapia-Salazar, M., GaxiolaCortés, M. G. Simoes, N.
(Eds.). Avances en Nutrición Acuícola VI. Memorias del VI Simposium
Internacional de Nutrición Acuícola; 3 al 6 de Septiembre del 2002. Cancún,
Quintana Roo, México, 281 –292 p.
Bachtiar.
2007. Biodiesel from Microalgae. Institute of Techonolgy and Engineering,
Massey University, Biotechnology Advances 25, 294– 306 p. Erlina, A. 2007.
Produksi Pakan Hidup (Pelatihan Benih Udang). Laboratorium Pakan Alami. Balai
Besar Pengembangan Budidaya Air Payau, Jepara.
http://mayangsunyoto.lecture.ub.ac.id/2012/01/potensi-produksi-berkelanjutan-biofuel-dari-alga
menggunakan-limbah-cair/ digilib.its.ac.id/public/ITS-NonDegree-
Pabrik Biodisel dari Minyak Alga Nannochloropsis sp. dengan Proses
Transesterifikasi Katalis Basa-16878-2308030009-Chapter1.pdf
Tidak ada komentar:
Posting Komentar