PENGGUNAAN SUMBERDAYA ALAM HAYATI TERBARUKAN BERBASIS LIMBAH UNTUK MENCEGAH KRISIS ENERGI

PENGGUNAAN SUMBERDAYA ALAM HAYATI TERBARUKAN BERBASIS LIMBAH UNTUK MENCEGAH KRISIS ENERGI

Oleh: R. Haryo Bimo Setiarto, S.Si (Peneliti Bidang Biokimia Mikrobiologi, Pusat Penelitian Biologi LIPI)

Latar Belakang

Krisis energi telah menjadi masalah pokok yang dapat menimbulkan efek domino bagi segala sektor di negeri ini. Krisis energi khususnya bahan bakar sebagaimana yang dihadapi oleh bangsa Indonesia dewasa ini banyak disebabkan karena pemanfaatannya yang semakin hari semakin meningkat. Sementara itu cadangan persediaan energi berupa bahan bakar dalam bentuk minyak dan gas yang terkandung di dalam perut bumi semakin menipis jumlahnya. Selain itu, peningkatan harga minyak dunia yang sempat menyentuh angka 100 U$ per barel juga menjadi permasalahan serius yang menimpa banyak negara di dunia terutama Indonesia. Peningkatan permintaan energi yang disebabkan oleh pertumbuhan populasi penduduk yang diperparah dengan lonjakan harga minyak dunia tersebut dapat memberikan dampak yang sangat besar bagi pembangunan bangsa Indonesia. Konsumsi BBM yang mencapai 1.3 juta/barel tidak seimbang dengan produksinya yang nilainya sekitar 1 juta/barel sehingga terdapat defisit yang harus dipenuhi melalui impor. Menurut data ESDM (2006) cadangan minyak Indonesia hanya tersisa sekitar 9 milliar barel. Apabila terus dikonsumsi tanpa ditemukannya cadangan minyak baru, diperkirakan cadangan minyak ini akan habis dalam dua dekade mendatang.Untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak pemerintah telah menerbitkan Peraturan Presiden Republik Indonesia nomor 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak. Kebijakan tersebut menekankan pada sumber daya yang dapat diperbaharui sebagai altenatif pengganti bahan bakar minyak dan gas.

Oleh karena itulah diperlukan upaya untuk mengatasi permasalahan ini sehingga kelak apabila cadangan minyak dan gas dari perut bumi habis kita tidak perlu khawatir. Berbagai upaya saat ini sedang dilakukan oleh peneliti bidang ilmu pengetahuan hayati untuk mencari sumber energi alternatif yang terbarukan dari bahan alam. Penelitian di bidang energi saat ini sangat difokuskan untuk mencari sumber bahan baku penghasil energi berbasis limbah yang jumlahnya besar, mudah diperoleh serta relatif murah.

Biogas

Salah satu contoh limbah yang dapat digunakan sebagai bahan baku penghasil energi adalah limbah kotoran ternak, kotoran manusia maupun sampah biomassa organik. Selama ini orang hanya mengetahui bahwa limbah tersebut banyak dimanfaatkan sebagai pupuk kandang. Padahal limbah organik tersebut dapat dijadikan sebagai bahan bakar pengganti gas elpiji berupa biogas. Gas yang dapat dimanfaatkan sebagai energi dari pembuatan biogas adalah berupa gas metana (CH₄). Gas metana terbentuk melalui proses fermentasi secara anaerobik (tanpa oksigen) oleh bakteri metanogenik, sehingga terbentuk gas metana (CH₄) yang apabila dibakar dapat menghasilkan energi panas. Gas metana pada dasarnya sama dengan gas elpiji, perbedaannya adalah gas metana mempunyai satu atom C (karbon) sedangkan elpiji lebih banyak sehingga gas metana jauh lebih mudah terbakar. Komponen yang terkandung dalam biogas adalah 60 % CH₄ (metana), 38 % CO₂ (karbon dioksida) dan  2 % (N₂, O₂, H₂, H₂S).

Energi yang terkandung dalam biogas tergantung dari konsentrasi metana (CH₄). Semakin tinggi kandungan metana maka semakin besar kandungan energi (nilai kalor) pada biogas, dan pula sebaliknya. Kualitas biogas dapat ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa parameter yaitu menghilangkan hidrogen sulfur, kandungan air dan gas karbon dioksida (CO₂). Biogas dihasilkan melalui kerja sama dari tiga kelompok mikroorganisme anaerob. Pertama, kelompok mikroorganisme yang dapat menghidrolisis polimer-polimer organik dan sejumlah lipid menjadi monosakarida, asam-asam lemak, asam-asam amino, dan senyawa kimia sejenisnya melalui kinerja enzim amilase, protease, lipase, gelatinase, selulase. Contoh kelompok mikroorganisme yang pertama ini antara lain: Cellulomonas, Clostridium, Corynebacterium, Pseudomonas, Vibrio, Chaetomium, Trichoderma, Nocardia dan Streptomyces. Kedua, kelompok mikroorganisme acidogenik yang mampu memfermentasi produk yang dihasilkan kelompok mikroorganisme pertama menjadi asam-asam organik sederhana seperti asam asetat, asam laktat, asam suksinat dan hidrogen. Contoh mikroorganisme acidogenik antara lain Acetoanaerobium noterae, Acetogenium kivui, Clostridium aceticum, Desulfotomaculum orientis. Ketiga, kelompok mikroorganisme metanogenik yang mampu mengubah hidrogen, asam laktat, asam asetat, asam suksinat yang dibentuk mikroba acidogenik menjadi gas metana dan karbondioksida. Contoh mikroorganisme metanogenik antara lain Methanobacterium, Methanobrevibacter, Methanococcus, Methanospirillum dan Methanosarcina.

Untuk memperoleh biogas yang sempurna, ketiga kelompok mikroorganisme tadi harus bekerja secara sinergis. Keadaan lingkungan yang kurang baik akan menyebabkan ketiganya menjadi tidak optimal dalam menjalankan perannya masing-masing. Contohnya, jumlah kandungan bahan organik yang terlalu banyak dalam kotoran sapi akan membuat kelompok mikroorganisme pertama dan kedua untuk membentuk asam organik dalam jumlah banyak sehingga pH akan turun drastis. Hal itu akan menciptakan lingkungan yang tidak cocok bagi kelompok mikroorganisme yang ketiga. Akhirnya, gas metana yang dihasilkan akan sedikit, bahkan tidak menghasilkan gas sama sekali.

Proses pembuatan biogas tidak jauh berbeda dengan proses pembentukan gas metana dalam lambung sapi. Pada prinsipnya, pembuatan biogas adalah menciptakan gas metana melalui manipulasi lingkungan yang mendukung proses pertumbuhan bakteri metanogenik seperti yang terjadi dalam lambung sapi. Untuk mencapai keberhasilan dalam proses pembuatan biogas diperlukan ketelitian untuk memberikan lingkungan yang optimal bagi pembentukan gas metana. Hal tersebut dapat dilakukan dengan pengontrolan terhadap berbagai aspek, seperti tingkat keasaman (pH), rasio komposisi (Carbon/Nitrogen) sekitar 8-20%, temperatur (suhu), kelembaban hingga kadar air.

Bioetanol dan Biobutanol

Bioetanol maupun biobutanol merupakan bahan bakar alternatif terbarukan yang digunakan untuk mengurangi penggunaan bahan bakar fosil seperti bensin. Nama bioetanol sebagai salah satu sumber energi alternatif yang terbarukan mungkin jauh lebih banyak dikenal dibandingkan dengan biobutanol. Saat ini biobutanol bisa diproduksi baik secara fermentasi maupun non-fermentasi, walaupun biayanya masih lebih mahal dari produksi bioetanol. Jenis alkohol dengan empat atom karbon ini memiliki kandungan energi hampir menyamai premium, yaitu sebesar 29 MegaJoule/liter dengan bilangan oktan 96. Nilai ini jauh di atas bioetanol yang hanya memiliki kandungan energi sebesar 22 MJ/liter. Banyak keuntungan lain biobutanol bila dibandingkan dengan bioetanol. Pertama, biobutanol memiliki beberapa karakteristik fisika dan kimia lebih mirip ke bensin. Selain itu, biobutanol juga tidak larut dalam air seperti bioetanol sehingga tidak mudah menyebabkan korosi. Kedua, biobutanol dapat dicampur dengan bensin dalam kadar bervariasi, hal yang sama tidak mungkin dilakukan terhadap bioetanol. Campuran bioetanol bensin memiliki kadar bioethanol maksimum 10 %. Lebih daripada itu harus ada modifikasi khusus pada mesin kendaraan bermotor. Ketiga, akibat kandungan energi yang tidak jauh berbeda dengan bensin, maka bensin campuran biobutanol lebih ekonomis daripada bensin campuran bioetanol. Keempat, secara lingkungan biobutanol lebih aman daripada bioetanol karena jika tumpah tidak mudah mencemari air tanah akibat sifatnya yang menolak air.

Di Indonesia, beberapa industri biofuel sudah mulai beroperasi diantaranya pabrik biodiesel di Jawa Tengah dan Jawa Timur. Secara global dalam lima tahun ke depan produksi bioetanol diprediksi mencapai 27 milyar gallon per tahun, sedangkan biodiesel sebesar 4 milyar gallon per tahun. Semula bioetanol maupun biobutanol banyak diproduksi dari bahan baku dengan kandungan glukosa tinggi seperti gula, pati gandum, minyak sayur, minyak kelapa maupun minyak jarak menggunakan teknologi konvensional. Akan tetapi saat ini dengan semakin meningkatnya populasi penduduk dunia yang menyebabkan peningkatan kebutuhan pangan. Maka bioetanol maupun biobutanol banyak dibuat dari limbah biomassa tanaman yang tidak dimanfaatkan untuk konsumsi pangan manusia dan hewan. Limbah biomassa yang digunakan sebagai bahan baku produksi bioetanol dan biobutanol banyak mengandung selulosa sehingga disebut cellulosic biofuel. Beberapa bahan yang dapat dimanfaatkan menjadi cellulosic biofuel diantaranya adalah limbah biomassa jerami padi, batang maupun tangkai dari gandum, jagung, kayu.

Jerami padi merupakan limbah pertanian terbesar di Indonesia. Menurut data BPS tahun 2006, luas sawah di Indonesia adalah 11,9 juta ha. Produksi per hektar sawah bisa mencapai 12-15 ton bahan kering setiap kali panen, tergantung lokasi dan varietas tanaman. Di sejumlah besar daerah jerami masih dianggap sampah bahkan akhirnya dibakar karena tak bermanfaat. Padahal, produk sampingan dari usaha pertanian padi tersebut sebenarnya memiliki potensi besar sebagai bahan dasar biofuel, bahan bakar ramah lingkungan. Tidak hanya akan memberikan nilai tambah, pemanfaatan jerami juga mencegah pelepasan karbon ke atmosfer saat terbakar. Siklus karbon ke atmosfer dapat diperpanjang dengan mengubahnya menjadi biofuel berupa biobutanol dan bioetanol.

Produksi bioetanol maupun biobutanol dari limbah jerami padi maupun bahan cellulosic biofuel lainnya dilakukan melalui 4 tahapan, yaitu: (1) perlakuan awal (pretreatment), (2) hidrolisis jerami padi maupun bahan cellulosic biofuel secara enzimatis dengan enzim selulase maupun xilanase, (3) fermentasi dengan ragi/ yeast (Saccharomyces cereviceae), dan (4) pemurnian bioetanol hasil fermentasi ragi.