OSN Main Body
-
Upload
timotius-wira-yudha -
Category
Documents
-
view
256 -
download
0
description
Transcript of OSN Main Body
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Energi fosil telah menjadi bagian yang integral dari kehidupan
manusia, bahkan lebih lama dari yang terpikirkan oleh kalangan awam.
Seep, atau minyak bumi dari lubang alami, telah digunakan oleh
bangsa Sumeria dan Babilonia lebih dari 5000 tahun yang lalu sebagai
bahan pemumian jenazah, dan bangsa Persia pada tahun 480 SM
sebagai senjata, berupa panah api (Encyclopaedia Britannica, 2007).
Namun, utilisasi dan ekstraksi minyak tanah – salah satu turunan
batubara – baru dimulai pada abad ke-19 (Curley, 2012:15).
Revolusi industri dan kemajuan ilmu pengetahuan telah
mengungkap bahwa energi fosil – dalam bentuk batubara, minyak
bumi, dan gas alam – memiliki manfaat yang besar dalam bidang
industri untuk menggerakkan motor dalam bidang industri,
transportasi, dan kemudian generator listrik. Manusia mulai
mengeksploitasi bahan bakar fosil, dan dalam waktu yang sangat
singkat, bahan bakar fosil – dengan berbagai produk turunannya –
menjadi komoditas penting yang diperdagangkan.
Di sisi lain, komunitas ilmiah di dunia mulai mempertanyakan
ketersediaan bahan bakar fosil, yang tidak dapat diperbarui dan meng-
hasilkan produk sampingan berupa karbon – yang juga berkontribusi
terhadap efek rumah kaca, dan akhirnya pemanasan global (Curley,
2012). Beberapa sumber energi alternatif telah diusulkan: angin,
pasang-surut, surya, nuklir, dan yang relatif baru, bioteknologi. Utilisasi
makhluk hidup, seperti Cyanobacteria (bakteri alga hijau-biru) dengan
rekayasa jalur metabolisme dapat menghasilkan bahan bakar sebagai
sumber energi. Salah satu bahan bakar produksi Cyanobacteria adalah
hidrogen (H2), yang mampu menghasilkan 150 kilojoule energi dalam
setiap gram (Quintana et al., 2011). Ini menarik perhatian penulis
1
untuk melakukan tinjauan tentang mekanisme dan optimisasi
pembuatan bahan bakar ini.
1.2. Rumusan Masalah
Bagaimana optimisasi produksi energi pada Cyanobacteria
melalui rekayasa jalur metabolisme, khususnya bahan bakar hidrogen?
1.3. Tujuan Penelitian
1. Mengetahui mekanisme produksi berbagai macam energi
terbarukan pada Cyanobacteria.
2. Menganalisis optimisasi produksi energi pada Cyanobacteria melalui
rekayasa jalur metabolisme, dengan fokus pada produksi hidrogen.
1.4. Manfaat Penelitian
Untuk Masyarakat Indonesia
Penelitian ini akan membuka wawasan masyarakat Indonesia
pada setidaknya tiga bidang: biologi, teknologi, dan energi. Tidak
hanya itu, masyarakat akan semakin antusias terhadap kedatangan
sumber energi baru-terbarukan, secara konsekuen, masyarakat akan
mulai beralih dari bahan bakar fosil ke bahan bakar berbasis
Cyanobacteria.
Untuk Akademisi
Peneliti akan mulai meningkatkan optimisasi Cyanobacteria
dalam produksi bahan bakar hidrogen. Akademisi akan mulai mencari
cara untuk memanfaatkan Cyanobacteria tidak hanya sebagai sumber
energi, namun juga berbagai potensi penggunaannya dalam bidang
medis, industri, dan pangan.
Untuk Perusahaan Produsen Energi dan Bahan Bakar
Perusahaan produsen energi dan bahan bakar, seperti
Pertamina, akan mampu mengimplementasi penggunaan
2
Cyanobacteria; dimulai dari skala kecil dan tentunya dilanjutkan agar
mampu menghasilkan energi baru-terbarukan yang menjangkau
seluruh masyarakat Indonesia. Dengan cara ini, Pertamina akan tetap
dapat berjaya sekalipun cadangan bahan bakar fosil sudah sangat
tipis.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Krisis Energi
Sekitar 85% energi yang digunakan oleh manusia saat ini
berasal dari bahan bakar fosil – yang termasuk minyak bumi, batubara,
dan gas alam (Quintana et al., 2011). Karena energi fosil bersifat tidak
dapat diperbarui, pengujian ilmiah dan penelitian berusaha mencari
sumber-sumber energi baru – baik yang terbarukan maupun yang
tidak.
Kecelakaan nuklir dan tingginya biaya relatif pembangunan
pembangkit listrik tenaga surya membuat komunitas ilmiah bingung
tentang sumber energi terbarukan yang aman dengan biaya yang
relatif sustainabel. Di tengah kebingungan itu, biomassa muncul
sebagai terobosan baru, yang dikatakan mencakup hingga 75% dari
seluruh sumber energi terbarukan (Hall dan Moss dalam Quintana et
al., 2011).
2.2. Cyanobacteria
Cyanobacteria, atau lebih dikenal dengan nama bakteri
ganggang hijau-biru, adalah filum organisme prokariotik yang
mendapatkan energi melalui proses fotosintesis. Cyanobacteria adalah
komponen yang penting dari rantai nitrogen di laut, dan juga
merupakan produsen primer – tidak hanya di laut, tetapi juga di air
tawar. Cyanobacteria adalah satu-satunya kelompok makhluk hidup
3
yang mampu mereduksi nitrogen dan karbon dalam kondisi aerob
(Gault dan Marler, 2009:vii).
Hal yang menarik dari metabolisme Cyanobacteria adalah
kemam-puannya untuk menghasilkan tidak hanya karbohidrat –
melainkan juga protein dan lipid, bahkan etanol – sebagai produk
fotosintesis. Ini menjadikan ketiga bahan tersebut dapat dimanfaatkan
sebagai bahan bakar terbarukan.
2.3. Aplikasi Cyanobacteria sebagai Produsen Bahan Bakar
Cyanobacteria dapat diutilisasi untuk menghasilkan berbagai
macam bahan bakar terbarukan; seperti hidrogen, etanol, fotanol,
diesel, metana, dan energi listrik langsung.
2.3.1. Etanol
Cyanobacteria memiliki kemampuan untuk mengubah
secara langsung karbon dioksida menjadi hidrokarbon (Erdrich
et al., 2014). Etanol, sebagai bahan bakar, biasanya diproduksi
dari tanaman tebu dan jagung (Rittmann, 2008). Namun,
Cyanobacteria memiliki keuntungan tersendiri: bakteri-bakteri
ini melakukan fermentasi secara alami tanpa penambahan ragi.
Dalam keadaan normal, Cyanobacteria tidak
menghasilkan etanol sebagai sumber energi. Untuk menginduksi
Cyanobacteria supaya menghasilkan etanol, dapat dilakukan
rekayasa genetik, pemberian bahan baku selulosa, atau
penempatan bakteri dalam medium berkadar garam tinggi
(Carrieri et al., 2010). Namun, etanol memiliki kerugian
tersendiri – berupa kadar energi yang pembakaran yang lebih
rendah dan memerlukan distilasi bertahap yang membutuhkan
biaya relatif besar.
2.3.2. Fotanol
Fotanol merupakan pendekatan bahan bakar yang baru
diinisiasi pada tahun 2009 (Hellingwerf dan de Mattos dalam
Quintana, 2011). Pendekatan ini menggabungkan kemampuan
4
fotosintetik dan fermentasi pada Cyanobacteria, seperti
Synechocystis sp. PCC 6803.
Pada mikroorganisme fotoautotropik, karbon dioksida
diubah menjadi gula 3 karbon. Tetapi, metabolisme pada
organisme kemotropik mengubah berbagai bentuk gula menjadi
gula 3 karbon dan menghasilkan berbagai alkohol sebagai
produk sampingan. Strategi yang digunakan adalah memberikan
kemamouan kemotropi kepada Cyanobacteria, agar dapat
mengubah gula 3 karbon yang dihasilkan dari proses fotosintesis
menjadi alkohol – dengan efisiensi yang baik dari metode etanol
konvensional
2.3.3. Energi Listrik
Telah ada laporan bahwa beberapa mikroorganisme dapat
mengubah energi cahaya menjadi energi listrik menggunakan
sel elektrokimia (seperti sel Volta dan sel elektrolisis). Dalam sel-
sel ini, elektron berenergi tinggi yang berasal dari eksitasi
cahaya di fotosistem ditransfer ke mediator elektron, yang akan
memindah-kannya ke elektroda dan menghasilkan elektrisitas
(Quintana, 2011).
2.3.4. Hidrogen
Kemampuan produksi H2 pada organisme fotosintetik
ditemukan pertama kali pada tahun 1973, dan dalam satu
tahun, Anabaena cylindrica menjadi Cyanobacteria pertama
yang teridentifikasi untuk dapat melakukan sintesis H2
(Benemann dan Weare dalam Hansel dan Lindblad, 1998).
Hidrogen di sini merupakan produk akhir fermentasi, yang
melibatkan setidaknya tiga enzim: nitrogenase – yang
menghasilkan H2 dalam fiksasi nitrogen molekular, hidrogenase
uptake – yang mendaur ulang H2 dengan mengoksidasinya saat
fiksasi nitrogen, dan hidrogenase bidireksional, yang dapat
mengambil hidrogen bebas dan hidrogen teroksidasi.
5
Gambar 1. Metabolisme hidrogen pada Cyanobacteria (Hansel dan Lindblad, 1998)
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1. Metode Umum
Metode penelitian yang digunakan adalah studi pustaka, dengan
membandingkan luaran energi dari berbagai metode yang telah ter-
establish untuk menghasilkan energi terbarukan dari Cyanobacteria
dan menganalisis cara optimisasi produksi hidrogen menggunakan
Cyanobacteria.
3.2. Metode Optimisasi Produksi Hidrogen pada Cyanobacteria
‘Milking’ adalah metode novel yang diperkenalkan oleh Ananyev
et al., yang mampu meningkatkan produksi hidrogen pada
Cyanobacteria sampai 11 kali lipat jumlahnya dan 3,4 kali lipat lajunya
(Ananyev et al., 2012).
6
Dalam metode ini, kultur ditaruh dalam kondisi anoksik gelap.
Pada kondisi seperti ini, Cyanobacteria akan langsung memulai katabo-
lisme cadangan karbohidrat untuk keperluan energi wajib kehidupan
seperti ATP, NAD(P)H, dan FDx tereduksi; sekaligus menghasilkan
produk sampingan fermentasi – seperti hidrogen (Stal dan Moezelaar,
1997).
Gambar 2. Metode ‘milking’ (Ananyev et al., 2012)
Selain itu, ada pendekatan lain untuk melakukan metode
‘milking’ ini. H2 dapat diambil secara terus-menerus dari medium
melalui inkubasi autofermentatif. Secara bioteknologis, pendekatan ini
dapat digunakan untuk secara kontinyu mengonsumsi H2 yang
diproduksi dari kultur Cyanobacteria dan menghasilkan arus listrik
(Ananyev et al., 2012).
7
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 1. Produksi berbagai macam energi oleh Cyanobacteria dalam
kilojoule/tahun (Quintana et al., 2011)
8
Dari tabel produktivitas Cyanobacteria di atas, bahan bakar
hidrogen memiliki efisiensi produksi yang paling tinggi, yaitu 400
µmol/L jam yang jika dikonversikan ke dalam energi menghasilkan
hingga 1012 joule per tahun (Quintana et al., 2011). Produktivitas ini
dapat dicapai dengan menggunakan metode ‘milking’ yang merupakan
kombinasi dari kondisi afotik anoksik dan inkubasi autofermentatif.
BAB 5
KESIMPULAN
Cyanobacteria, bakteri ganggang hijau-biru, merupakan salah
satu produsen energi bioterbarukan yang menjanjikan, sebagai salah
satu upaya untuk mengatasi krisis energi global. Penggunaan metode
‘milking’ sebagai rekayasa metabolisme pada produksi hidrogen
sebagai bahan bakar Cyanobacteria akan meningkatkan produktivitas
secara signifikan.
9
DAFTAR PUSTAKA
Ananyev, GM, et al.. 2012. Enhancing Biological Hydrogen Production
from Cyanobacteria by Removal of Excreted Products. J.
Biotechnol. (2012),
http://dx.doi.org/10.1016/j.jbiotec.2012.03.026.
Carrieri et al.. 2010. Boosting Autofermentation Rates and Product
Yields with Sodium Stree Cycling: Application to Renewable Fuel
Production by Cyanobacteria. Appl Environ Microbiol 76:6455-
6462.
Curley, Robert (editor). 2012. Energy: Past, Present, and Future | Fossil
Fuels. New York: Britannica Educational Publishing.
Encyclopedia Britannica. Petroleum – Exploitation of Surface Seeps.
Diperoleh dari http://www.britannica.com/ebc/article-50695,
diakses pada tanggal 17 November 2015, pukul 9.01 WIB.
10
Erdrich, Philipp et al.. 2014. Cyanobacterial Biofuels: New Insights and
Strain Design Strategies Revealed by Computational Modeling.
Microbial Cell Factories 2014, 13:128.
Gault, Percy M. dan Harris J. Marler (eds.). 2009. Handbook on
Cyanobacteria: Biochemistry, Biotechnology, and Applications.
New York: NOVA Publishing.
Hansel, A. dan P. Lindblad. 1998. Towards Optimization of
Cyanobacteria as Biotechnologically Relevant Producers of
Molecular Hydrogen, A Clean And Renewable Energy Source.
Appl Microbiol Biotechnol (1998) 50:153-160.
Quintana, Naira et al.. 2011. Renewable Energy from Cyanobacteria:
Energy Production Optimization by Metabolic Pathway
Engineering. Appl Microbiol Biotechnol (2011) 91:471-490.
Rittmann, BE. 2008. Opportunites for Renewable Bioenergy using
Microorganisms. Biotechnol Bioeng 100(2):203-212.
Stal, L.J., Moezelaar, R.. 1997. Fermentation in Cyanobacteria. FEMS
Microbiology Reviews 21(2):179-211.
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Kode Peserta : 150704013
Nama : Timotius Wira Yudha
Nomor Mahasiswa : 04121401065
Jenis Kelamin : L
Tempat/Tanggal
Lahir
: Palembang/11 Juni 1995
Alamat Rumah : Jl. Residen Abdul Rozak,
Kompleks Kedamaian
Permai, Blok AA2
Palembang 30114
11
No. Telp/HP : 08117120611
Alamat Email : [email protected]
Asal Universitas : Universitas Sriwijaya
Fakultas/Jurusan/
Prodi
: Kedokteran/Pendidikan
Dokter
Semester : 7
12