11213016_MGA_Scale-Up Produksi Biomassa Dan Lipid Mikroalga Dengan Konsep Integrasi Bioreaktor Kolam...

8/20/2019 11213016_MGA_Scale-Up Produksi Biomassa Dan Lipid Mikroalga Dengan Konsep Integrasi Bioreaktor Kolam Terbu…

http://slidepdf.com/reader/full/11213016mgascale-up-produksi-biomassa-dan-lipid-mikroalga-dengan-konsep-integrasi 1/7

Scale-Up Produksi Biomassa dan Lipid Mikroalga dengan Konsep Integrasi BioreaktorKolam Terbuka ( Open Pond ) dan Fotobioreaktor dalam Sistem Produksi Hybrid

Review

Muhamad Gidry bdurra!ak

Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati, Institut Teknologi Bandung Bandung, Jawa Barat 40132 Indonesia

Email sith!sith"it#"a$"id

BST" K Pertumbuhan industri di Indonesia yang pesat meningkatkan kebutuhan bahan bakar

nabati nasional, termasuk biodiesel. Mikroalga sebagai sumber biodiesel generasi ketigadapat menjadi ujung tombak pemenuhan kebutuhan ini. Hal ini didukung dengan fakta bahwa

produktivitas minyak mikroalga cukup tinggi. ptimasi produktivitas lipid mikroalga dapatmenjadi faktor kunci bagi industri biodiesel mikroalga dalam rangka pemenuhan kebutuhanenergi nasional. !ioreaktor yang selama ini dianggap paling mendukung s$aling%u& produksi

biomassa sekaligus lipid mikroalga adalah kolam terbuka " o&en &ond # dan fotobioreaktor.Penelitian ini bertujuan untuk memaparkan sistem s$ale%u& produksi mikroalga dengankonsep integrasi bioreaktor kolam terbuka sebagai bioreaktor sistem terbuka danfotobioreaktor sebagai sistem tertutup untuk meningkatkan biomassa dan kandungan lipid

berbagai jenis mikroalga.

$ata $unci% s$aling%u&, kontaminasi, ra$eway &ond , fotobioreaktor, mikroalga, hy#rid

Pendahuluan&umber energi berbasis hayati, terutama

bahan bakar nabati "!!'# mulai memiliki peran yang cukup besar dalam pemenuhankebutuhan energi nasional. Pemerintahmelalui Peraturan Menteri (&)M nomor

*+ tahun *+ - menyatakan bahwa padatahun *+ industri komersil dan

pembangkit listrik akan menggunakan biodiesel "! ++# masing/masing +0 dan* 0 dari total kebutuhan energi. Hal inimendorong perlunya pasokan bahan bakar nabati yang memadai, khususnya

biodiesel.Minyak mikroalga sebagai bahan baku

biodiesel generasi ketiga dapat menjadiopsi terbaik untuk memenuhi kebutuhan

ini. Mikroalga mampu mengkonversisampai 0 energi cahaya mataharimenjadi biomassa. 'ilai produktivitasminyak per luas kebutuhan lahan darimikroalga juga jauh lebih besar dibandingkan tumbuhan tingkat tinggi

lainnya, seperti jarak pagar dan kelapasawit "1ambar #. Produktivitas minyak mikroalga yang tinggi dapat menjadifaktor kunci bagi industri biodieselmikroalga untuk menopang kebutuhanenergi nasional. 'amun terdapat berbagaimasalah dalam produksi biodiesel berbasismikroalga, diantaranya adalah s$aling u&

produksi mikroalga ke skala industri yang

masih belum optimal dan berkelanjutan.Hal ini mendorong kalangan akademisi,



peneliti, dan pelaku industri mikroalgauntuk melakukan penelitian lebih lanjutdalam produksi mikroalga menuju skalaindustri, salah satunya adalah dengan

pengembangan bioreaktor.

Gambar #$ Produktivitas minyak mikroalga dan beberapa tanaman lain "Hadianto dan $umoro,

*+ *#

!ioreaktor o&en &ond danfotobioreaktor merupakan dua bioreaktor

kultivasi mikroalga yang telah banyak dijadikan basis penelitian untuk s$aling u& produksi mikroalga untuk skala industri.$olam terbuka sendiri merupakan sistemterbuka, sedangkan fotobioreaktor merupakan sistem tertutup. Penelitian/

penelitian sebelumnya seperti yangdisponsori oleh pemerintah 2epang dan3merika &erikat pada tahun 44+/anumumnya hanya fokus terhadap optimasikedua bioreaktor secara terpisah untuk mencapai skala industri, dan sejauh ini

belum dapat menghasilkan sistem produksiskala industri yang berkelanjutan "Huntleydan Redalje, *++5#. &elain itu dalamsemua sistem reaktor umumnya kandunganlipid berbanding terbalik terhadap

pertumbuhan biomassa sel, terutamadengan menggunakan induksi cekaman

nitrogen yang umumnya digunakan dalaminduksi produksi lipid mikroalga "6idjaja

et al., *++47 &harma et al., *+ *#. Hal inimendorong perlunya dua sistem reaktor terpisah yang berfungsi masing/masinguntuk memperbanyak biomassa dan

meningkatkan kandungan lipid denganspesifikasi yang sesuai.

Konsep IntegrasiPenggunaan kedua bioreaktor dalam

satu aliran produksi dapat menjadialternatif penyelesaian masalah s$aling u&

produksi biomassa mikroalga skalaindustri. $onsep integrasi bioreaktor kolam terbuka dan fotobioreaktor merupakan rancangan sistem produksiyang menggunakan kedua reaktor dalamsatu aliran produksi biomassa mikroalga.$onsep yang dikenal juga sebagai sistem

produksi hy#rid atau s&lit ini memiliki *tahap kultivasi, yakni tahap pertama didalam fotobioreaktor yang bertujuan untuk

perbanyakan biomassa dan tahap kedua dikolam terbuka untuk meningkatkan

kandungan lipid. $eduanya dihubungkandengan suatu sistem transfer biomassamikroalga dari fotobioreaktor menujukolam terbuka "1ambar *#. 8otobioreaktor digunakan pada tahap pertama karenakemampuannya dalam memproduksi danmemelihara kultur mikroalga yang a'eni$meskipun memiliki biaya investasi danoperasi yang tinggi "9abel #, sedangkankolam terbuka digunakan pada tahapkedua karena $ost e((e$ti)e meskipunmemiliki resiko kontaminasi yang tinggi"&chenk et al., *++5#.

Penggunaan Fotobioreaktor dalamSistem Produksi %ybrid

8otobioreaktor atau biasa disebut P!R sendiri merupakan sistem tertutup yangdapat membatasi pertukaran materi

langsung antara sistem dengan lingkungan.8otobioreaktor dapat menghalangi



Gambar & . )iagram alir sederhana sistem produksi lipid mikroalga hy#rid "Huntley dan Redalje, *++5#

pertukaran gas dan kontaminan secaralangsung melalui dindingnya, sehinggadapat mengurangi resiko kontaminasi.&elain itu fotobioreaktor juga memiliki

berbagai keuntungan lain, seperti kontrol

yang lebih baik terhadap kondisi kultur dan parameter tumbuh "pH, temperatur,mi'ing , kadar : * dan *#, mencegahevaporasi, pertumbuhan sel yangkonsisten, serta dapat memiliki

produktivitas volumetrik dan densitasmikroalga yang lebih baik dari kolamterbuka "Mata et al., *++4#.8otobioreaktor telah banyak banyak dikembangkan oleh kalangan industri danakademisi dan memiliki berbagai macamdesain seperti yang ditunjukkan pada1ambar ;.

$elebihan yang dimiliki olehfotobioreaktor menjadi dasar

penggunaannya dalam sistem produksihy#rid tahap pertama untuk memproduksi

jenis biomassa mikroalga yang diinginkandan tidak terkontaminasi dalam skala besar

secara kontinu. !iomassa mikroalga dalam jumlah besar diperlukan untuk tahap keduadi kolam terbuka, karena mikroalga yangdiinginkan harus diinokulasikan dengan

jumlah yang cukup besar di sistem terbukaagar jumlah sel yang dapat dioptimasilebih banyak. Hal ini disebabkan spesieskontaminan di sistem terbuka cepat ataulambat akan muncul dan bahkan

mendominasi, sehingga pertumbuhan biomassa pada sistem terbuka tidak akan

optimal "&chenk et al., *++5#. )engandemikian pertumbuhan biomassamikroalga difokuskan pada fotobioreaktor dan kolam terbuka digunakan untuk tujuanoptimasi kandungan lipid.

&istem produksi hy#rid juga mampumengurangi dampak kekuranganfotobioreaktor pada industri. $ekuranganfotobioreaktor yang sering menjadi

permasalahan dalam industri adalah biayayang mahal dari segi produksi maupunoperasionalnya "Mata et al., *++4#. Hal inisangat menghambat s$aling u& sistem

produksi yang hanya menggunakanfotobioreaktor saja. &istem produksi inidapat mengurangi penggunaanfotobioreaktor yang berbiaya mahal karenaoptimasi kandungan lipid secara massaltidak dilakukan di fotobioreaktor, namundilakukan di kolam terbuka. &istemfotobioreaktor dengan volume mediamaksimal hanya perlu mengalirkan hasil

produksinya ke kolam terbuka saat sudahmencapai densitas tertentu, kemudian

fotobioreaktor dapat digunakan lagi untuk kutivasi biomassa. &elain mengurangi efek

buruk shear stress jangka panjang terhadapmikroalga, laju alir produksi dapatditingkatkan dengan fotobioreaktor yanglebih sedikit dibandingkan denganmenggunakan fotobioreaktor saja. Rodolfiet al. "*++4# dalam !rennan dan wende"*++4# mengatakan bahwa dengan

penggunaan **0 lahan produksi pabrik untuk memproduksi biomassa dalam



Gambar ' . !eberapa contoh bentuk desain sederhana fotobioreaktor "&chenk et al., *++5 #

kondisi cukup nitrogen dan sisanya untuk induksi kandungan lipid dalam kondisidefisiensi nitrogen, dihasilkan

produktivitas lahan sebesar 4+ kglipid<ha<hari. Hasil ini menunjukkan

bahwa dengan kapasitas fotobioreaktor yang relatif sedikit pun produktivitas lipidmikroalga pabrik dapat mencapai tingkatyang cukup baik.

Penggunaan Kolam Terbuka dalamSistem Produksi %ybrid

$olam terbuka merupakan sistemreaktor yang sudah cukup banyak digunakan dalam produksi mikroalga.$olam terbuka dapat berupa badan air alami seperti danau dan laguna maupun

buatan seperti ra$eway &ond "1ambar -#yang umum digunakan dalam produksi

berbagai industri mikroalga "2imene= etal., *++;7 !rennan dan wende, *++4#.Reaktor ini merupakan sistem produksiskala besar yang tergolong murah untuk

produksi skala industri dan tergolongmudah dalam perawatan dan konstruksinya"6eissman et al., 4547 >mar, *+ -#.&elain itu kapasitas yang ditawarkan jauhlebih besar dibandingkan denganfotobioreaktor dengan biaya pembangunan

yang sama.

$olam terbuka dimanfaatkan dalamsistem produksi yang terintegrasi inidengan cara memberikan cekaman/cekaman lingkungan tertentu sepertidefisiensi ' untuk menginduksikandungan lipid yang tinggi dalam

biomassa mikroalga. Perpindahan biomassa mikroalga dari tahap pertama ketahap kedua umumnya dapat menciptakankondisi ini, karena secara umum kondisi

Gambar $ &kema rancangan bioreaktor kolamterbuka jenis ra$eway &ond "$unjapur dan

(ldridge, *+ +#

lingkungan di kolam terbuka akan jauhlebih tidak ideal untuk pertumbuhanmikroalga dibandingkan denganfotobioreaktor yang kondisi lingkungannyamampu dikontrol. )engan pemberiankondisi optimal pada pertumbuhan

biomassa dalam fotobioreaktor,



perpindahan mikroalga ke kolam terbukayang kondisinya tidak terkontrol akanmenciptakan kondisi cekaman yangmampu menginduksi kandungan lipid

"Rodolfi et al., *++47 Huntley dan Redalje,*++57 1arg, *+ -#. $apasitasnya yang besar dengan biaya konstruksinya yangmurah dapat dimanfaatkan untuk menampung suplai biomassa mikroalgadari beberapa fotobioreaktor sekaligus

pada tahap pertama secara berkala. 3dapunmenurut hasil penelitian dari Huntley danRedalje "*++5# yang menggunakan sistem

produksi hy#rid dengan mikroalga H" &lu)ialis , kolam terbuka juga dapatmemberikan laju pertumbuhan mikroalgalebih tinggi daripada saat dikultivasi di

bioreaktor "9abel *#. Hal ini menunjukkan bahwa bioreaktor kolam terbuka juga tetapdapat meningkatkan produktivitas

biomassa mikroalga, meskipun waktutinggalnya di kolam terbuka relatif singkatkarena harus segera dipanen sebelum

terjadi kontaminasi.>paya/upaya untuk meminimalisir

dampak kekurangan kolam terbuka dapatdilakukan dengan berbagai macammetode. Permasalahan utama dari

bioreaktor kolam terbuka adalah sistemnyayang terbuka memiliki tingkat kontaminasitinggi "9abel #. Hal ini dapatdiminimalisir dengan dua cara, yaknimemperbesar jumlah inokulan "&chenk etal., *++5# dan mempersingkat waktutinggal mikroalga di kolam terbuka"Huntley dan Redalje, *++5#. :ara pertamaini dapat dilakukan dalam sistem hy#rid ini berkat kemampuan fotobioreaktor dalam memproduksi biomassa mikroalgayang sangat banyak pada tahap pertamaseperti yang sudah dijelaskan sebelumnya.:ara kedua dapat dilakukan karena

pengondisian cekaman lingkungan dikolam terbuka menjadi lebih mudah dan

cepat akibat transfer mikroalgaantarreaktor yang jauh berbeda kondisilingkungannya. 6aktu tinggal yangsingkat ini juga merupakan kelebihan

sistem ini karena dapat mempercepat lajualir produksi.

Kekurangan Sistem %ybrid Meskipun demikian, terdapat beberapa

kekurangan dari sistem hy#rid ini. &istem baru ini memiliki informasi ekonomi yangtergolong sedikit, sehingga sulitmembandingkan keuntungan ekonomiyang didapat dari investasi pembangunan

pabrik dengan sistem produksi ini dengan

Tabel # . Perbandingan fotobioreaktor dengankolam terbuka "Mata et al., *++4#

Parameter 8otobioreaktor $olamterbuka

$ontaminasi Rendah 9inggi$ontrol

prosesMudah &ulit

Produktivitas

;/ kali lipatdari kolamterbuka

?ebihrendahdarifotobioreaktor

Hydrodynami$ stress

Rendah/tinggi Rendah

*&erationregime

&emi/kontinuatau kontinu

Bat$hatausemi/

kontinuInvestasi 9inggi Rendah!iayaoperasi

9inggi Rendah

yang ada sebelumnya. $ekuranganinformasi ini juga mempersulit analisis

(easi#ility produktivitas tinggi dari sistemhy#rid untuk menutupi modal ekstra yangharus dikeluarkan untuk dua jenis reaktor

yang berbeda pada sistem ini dibandingsistem yang memakai reaktor yang sejenis



"$unjapur dan (ldridge, *+ +#. Meskipundemikian dari segi produktivitas, sistemhy#rid ini sangat menjanjikan untuk

produksi skala industri.

Tabel & . Hasil Produksi ?ipid Mikroalga &istem Hy#rid dengan Mikroalga Haemato$o$$us

&lu)ialis "Huntley dan Redalje, *++5#

&istem kultivasi danset data

8otobioreaktor

$olam9erbuka

$onsentrasi awal

g<m; ;++ ;5

g<m* -+ -@

!iomassa awal "kg# A, ,4

?aju pertumbuhan<hari

+,* ,*4

Periode tumbuh"hari#

"beroperasikontinu#

,;

$onsentrasi akhir

g<m; *+*

g<m* *-

!iomassa yangdipanen "kg#

,4 "yangditransfer kekolamterbuka#

+,

Produksiminyak

0 *

"g<m*

#<hari;,A5

Produksi biomassa"g<m*#<hari

+,* ,

Kesimpulan8otobioreaktor sebagai reaktor sistem

terbuka dan kolam terbuka sebagai reaktor sistem tertutup dapat diintegrasikan dalam

sistem hy#rid untuk meningkatkan produksi biomassa dan kandungan lipidmikroalga dalam skala industri. &istemhy#rid menggunakan fotobioreaktor padatahap pertama produksi dan kolam terbuka

pada tahap kedua. 8otobioreaktor sendirimemiliki fungsi utama untuk perbanyakan

biomassa mikroalga, sedangkan kolamterbuka ditujukan untuk menginduksikandungan lipid yang tinggi. $eduareaktor berbeda ini dapat saling menutupi

kekurangan masing/masing dan kelebihanmasing/masing reaktor memiliki andildalam produktivitas sistem yang tinggi.Meskipun terdapat banyak kekurangan

informasi mengenai analisis ekonomi darisistem ini, sistem ini sangat menjanjikandari segi produktivitas.

*apan Terima KasihPenulis mengucapkan terima kasih

kepada bapak )r. 9aufikkurahman sebagaidosen mata kuliah 9eknik $omunikasiIlmiah.

"e+erensi

!rennan, ?iam, and Philip wende. B!iofuels frommicroalgaeCa review of technologies for

production, processing, and eDtractions of biofuels and co/products.B +enewa#le and sustaina#le energy re)iews -.* "*+ +#% A/

AA.

1arg, &. "*+ #. !ioprocess engineering and downstream process optimisation of microalgae for biomass production.

Hadiyanto, 6idayat dan 3. :. $umoro "*+ *#. Potencyof Microalgae as !iodiesel &ource inIndonesia. International Journal o( +enewa#le

Energy e)elo&ment , 1" #.

Huntley, M. (., E Redalje, ). 1. "*++A#. : * mitigationand renewable oil from photosyntheticmicrobes% a new appraisal. -itigation andada&tation strategies (or glo#al $hange , 12"-#,

A;/@+5.

&harma, $. $., &chuhmann, H., E &chenk, P. M. "*+ *#.High lipid induction in microalgae for

biodiesel production. Energies , . " #, ;*/;.

$unjapur, 3. M., E (ldridge, R. !. "*+ +#.Photobioreactor design for commercial biofuel

production from microalgae. Industrial /engineering $hemistry resear$h , 4 "5#, ; @/; *@.

Mata, 9. M., Martins, 3. 3., E :aetano, '. &. "*+ +#.

Microalgae for biodiesel production and otherapplications% a review. +enewa#le and

sustaina#le energy re)iews , 14" #, * A/*;*.



Rodolfi, ?., :hini Fittelli, 1., !assi, '., Padovani, 1.,!iondi, '., !onini, 1., E 9redici, M. R."*++4#. Microalgae for oil% &train selection,induction of lipid synthesis and outdoor masscultivation in a low ‐cost photobioreactor.

Biote$hnology and #ioengineering , 102 " #,

++/ *.

&chenk, P. M., 9homas/Hall, &. R., &tephens, (., MarD,>. :., Mussgnug, 2. H., Posten, :., ... E

Hankamer, !. "*++5#. &econd generation biofuels% high/efficiency microalgae for biodiesel production. Bioenergy resear$h , 1" #,*+/-;.

>mar, 3. 3. "*+ -# 8easibility &tudy of 3lgae !iodiesel

Production in the :ambois Peninsular ">$#.

11213016_MGA_Scale-Up Produksi Biomassa Dan Lipid Mikroalga Dengan Konsep Integrasi Bioreaktor Kolam...

Documents

Transcript of 11213016_MGA_Scale-Up Produksi Biomassa Dan Lipid Mikroalga Dengan Konsep Integrasi Bioreaktor Kolam...