PENGGUNAAN BIOTEKNOLOGI UNTUK MEMPRODUKSI SUMBER ENERGI BERSIH BERBASIS HIDROGEN
Administrator | Penelitian Sains dan Teknologi
Pada zaman modern saat ini penggunaan sumber energi didominasi oleh penggunaan minyak bumi atau batu bara. Namun sumber energi ini terkenal tidak terbarui dan juga menghasilkan polusi yang dapat mencemari udara dan mengakibatkan perubahan iklim. Sudah banyak sumber energi terbarukan yang mulai dikembangkan yang dapat menghasilkan energi lebih dengan polusi yang sedikit. Salah satunya adalah sumber energi Hidrogen. Hidrogen merupakan unsur kimia teringan dan memiliki sifat mudah terbakar. Hidrogen dalam bentuk gas dapat digunakan sebagai sumber energi dengan cara dibakar sehingga hasil pembakarannya dapat digunakan untuk menjalankan generator.
Pembakaran hidrogen tidak menghasilkan polusi berupa emisi karbon, namun reaksi pembakaran hidrogen dan oksigen hanya menghasilkan air dalam bentuk gas sebagai hasil pembakaran. Hidrogen juga berlimpah di muka bumi ini, hidrogen juga merupakan sumber energi yang terbarui. Hidrogen dapat diproduksi dari bahan bakar fosil, biomassa, dan air baik dengan proses kimia maupun biologi. Secara kimia hidrogen dapat diproduksi melalui proses termokimia dan elektrokimia. Namun metode kimia memiliki kelemahan yaitu biaya yang mahal, kurang efisien, serta menghasilkan polusi baik itu polusi udara maupun cairan. Secara biologi hidrogen dapat diproduksi dengan fotosintesis dan fermentasi. Metode biologi juga dikenal sebagai bioteknologi karena melibatkan makhluk hidup berupa mikroorganisme untuk proses pembuatannya.
Mikroorganisme yang mampu menghasilkan gas hidrogen yaitu genus Clostridium seperti Clostridium butyricum, C. acetobutylicum, C. saccharoper butylacetonicum, C. pasteurianum. Selain mikroorganisme Clostridium terdapat mikroorganisme lain yang juga dapat menghasilkan gas hidrogen yaitu genus Enterobacter. Perbedaan keduanya yaitu genus Clostridium bersifat obligatif anaerob atau mikroorganisme ini akan mati pada keadaan udara normal. Sedangkan Enterobacter bersifat fakultatif anaerob atau mikroorganisme ini dapat hidup di keadaan udara normal atau juga dapat hidup dengan melakukan fermentasi saja. Selain itu Enterobacter juga merupakan bakteri yang berbahaya bagi kesehatan manusia.
Kedua mikroorganisme ini bekerja dalam proses fermentasi gelap. Fermentasi gelap merupakan proses yang terjadi di bawah kondisi anaerobik atau kondisi dimana tidak adanya oksigen, mikroorganisme yang melakukan fermentasi gelap mampu mengubah gula sederhana menjadi hidrogen. Proses fermentasi pembentukan gas hidrogen memerlukan waktu sekitar 30 hari. Namun waktu untuk memproduksi gas hidrogen tidak selalu menentu atau pasti. Pada kasus fermentasi gelap oleh mikroorganisme Clostridium semakin lama waktu fermentasi maka gula yang dikonsumsi oleh mikroorganisme semakin banyak sehingga produksi gas hidrogen akan semakin tinggi. Contohnya dalam 96 jam mikroorganisme Clostridium dapat menghasilkan hidrogen sebanyak 2,45 mol H2/mol gula reduksi. Namun ini kembali lagi ke kandungan gula sederhana pada lingkungan atau wadah tempat mikroorganisme hidup. Bioteknologi ini kebanyakan menggunakan limbah sisa makhluk hidup contohnya kotoran sapi, karena memiliki kandungan Selulosa, Hemiselulosa, dan Lignin yang merupakan senawa karbohidrat yang mengandung gula yang dapat digunakan sebagai media fermentasi mikroorganisme Clostridium.
Selain fermentasi gelap terdapat metode lain yang merupakan kebalikan dari gelap, dan memerlukan cahaya agar dapat berlangsung. Yaitu metode fotosintesis. Mikroorganisme yang dapat digunakan adalah Chlorella sp. Chlorella sp. merupakan spesies mikroalga. Mikroalga adalah tumbuhan mikroskopis bersel tunggal yang hidup di lingkungan perairan, tumbuh dan berkembang dengan memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber energi dan nutrien anorganik seperti CO2, komponen nitrogen terlarut dan fosfat. Kemampuan fitoplankton (mikroalga) untuk berfotosintesis, seperti tumbuhan darat lainnya, dapat dimanfaatkan seoptimal mungkin untuk menyerap CO2. Selain potensinya yang besar sebagai umber bahan baku energi baru dan terbarukan, mikroalga juga dapat berperan dalam menurunkan emisi gas CO2 di atmosfer. Sejauh ini, mikroalga dimanfaatkan sebagai pakan larva ikan pada kegiatan budidaya. Semakin berkembangnya penelitian untuk mencari sumber energi alternatif, mikroalga memiliki prospek yang sangat baik sebagai penghasil energi. Alga dipilih karena memiliki kemampuan tumbuh dengan cepat serta tidak memerlukan area yang luas untuk kegiatan produksi. Proses fotosintesis yang terjadi pada alga dimulai dengan air dan karbon dioksida bereaksi dengan bantuan sinar matahari dan menghasilkan glukosa serta oksigen. Kemudian glukosa ini bereaksi dengan karbon dioksida dan air dibantu sinar matahari menghasilkan hidrogen dan karbon dioksida. Contohnya wadah bervolume 800cc berisi mikroalga dalam fase stasioner dengan bantuan tegangan listrik 12V dapat menghasilkan 58,13 ml gas hidrogen.
Proses ini akan terus terjadi selama mikroalga ini berada dalam fase stasioner atau fase dimana pertumbuhan alga stabil dengan kematian alga tersebut. Namun karena tekanan gas hidrogen yang dihasilkan rendah maka diperlukan energi tambahan berupa tegangan listrik. Dimana tegangan berfungsi membantu memberi tekanan agar gas hidrogen dapat mengalir ke tempat penyimpanan lain. Namun jika dibandingkan elektrolisis penggunaan tegangan listrik tambahan ini cenderung lebih kecil sehingga tidak terlalu memakan banyak energi listrik.
Selain dapat menghasilkan gas hidrogen ternyata mikroalga Chlorella sp. juga dapat menghasilkan energi listrik melalui efek bernama efek fotovoltaik. Efek fotovoltaik adalah suatu efek yang dapat mengubah secara langsung cahaya matahari menjadi suatu energi listrik. Proses fotosintesis dari tumbuhan hijau akan menghasilkan oksigen, air, dan elektron. Terjadinya proses fotosintesis dipengaruhi oleh keberadaan panjang gelombang yang dipancarkan oleh sinar matahari, energi ini akan diserap oleh klorofil dan akan menghasilkan makanan untuk tumbuhan tersebut. Elektron yang dihasilkan dapat diekstrak dengan perangkat biofotovoltaik. Perangkat biofotovoltaik berfungsi untuk menangkap muatan elektron hasil dari fotosintesis tersebut. Sehingga muatan tersebut dapat digunakan sebagai energi listrik.
Dari berbagai metode biologis di atas keduanya memiliki kekurangan dan kelebihan masing-masing. Namun dalam skala yang lebih besar keduanya dapat menjadi sumber penghasil hidrogen yang jauh lebih ramah lingkungan dibandingkan metode kimia. Penggunaan bioteknologi ini juga sudah digunakan di beberapa daerah kebanyakan di pedesaan maupun di peternakan dimana banyak limbah hasil hewan baik tumbuhan tersisa yang dapat dijadikan media fermentasi oleh mikroorganisme tersebut. Metode biologis untuk sekarang masih jarang digunakan karena masih belum banyak penggunaan hidrogen sebagai sumber energi dibandingkan penggunaan batu bara maupun minyak bumi. Meskipun begitu metode biologis ini merupakan cara paling ramah lingkungan serta paling rendah dalam biaya. Di masa depan nanti jika terjadinya kelangkaan batu bara dan minyak bumi, hidrogen merupakan sumber energi alternatif yang dapat diperbaharui dan juga lebih ramah lingkungan mengingat perubahan iklim dan penumpukan polusi di atmosfer mulai memburuk.
By: Dave Christian-XII IPA
