Biodiesel Berbasis Alga – Bahan Bakar Masa Depan

Definisi

Biodesel berbasis alga (algae) adalah bahan bakar untuk mesin diesel yang mengandung gugus alkyl ester rantai panjang dan bahan bakunya berasal dari beragam spesies alga.

Potensi

Alga merupakan tumbuhan uniseluler (bersel satu) ataupun multiseluler (bersel banyak) yang memiliki kecepatan tumbuh sangat tinggi. Sebagai tumbuhan, alga mengkonsumsi CO₂ dalam proses fotosintesisnya. Sehingga pembakaran biodiesel berbasis alga minimal tidak menambah jumlah CO₂ total di atmosfer.

Alga juga memiliki keunggulan sebagai bahan baku biodiesel dibanding tumbuhan darat lainnya. Alga dapat tumbuh hampir di seluruh perairan manapun di belahan dunia, baik air tawar maupun air asin bahkan air yang tercemar limbah industri (dengan perlakuan tertentu).

sumber: US DoE; Christi, 2007; diolah kembali Panji Tri Atmojo, 2010

Menurut data Departemen Energi Amerika Serikat (DoE), Alga dapat memproduksi bahan bakar hingga 100 kali lebih banyak dibandingkan kedelai ataupun bahan baku lain dalam luas lahan yang sama. Namun, menggunakan teknologi yang ada saat ini, biaya untuk pembuatan 1 Liter biodiesel berbasis alga berkisar US$ 2.1 sedangkan pembuatan biodiesel berbahan baku kedelai hanya sekitar US$ 1 per Liter.

Riset yang dilakukan saat ini masih banyak berfokus pada pengembangan bahan baku mikroalga (bersel satu), walaupun beberapa riset juga telah melihat potensi pengembangan makroalga. Keuntungan dari penggunaan makroalga diantaranya kemudahan dalam pemisahan alga dan air saat panen sehingga menurunkan biaya dan energi yang dibutuhkan.

Bahan Baku

Aquatic Species Programme yang dilaksanakan oleh pemerintah Amerika Serikat dari tahun 1978 hingga 1996, merekomendasikan 4 grup spesies alga yang memiliki potensi sebagai bahan baku produktif biodiesel. Grup tersebut antara lain:

1. Diatoms
2. Green Algae
3. Blue-Green Algae
4. Golden Algae

Berikut disajikan data komposisi kimiawi dari beragam spesies alga, dalam bentuk persentase dari berat kering alga.

sumber: Becker, 1994

Budi Daya

Budi daya alga dapat dilakukan secara intensif maupun ekstensif. Hal yang patut dicermati adalah alga tumbuh hanya pada permukaan air hingga kedalaman tertentu, karena mereka membutuhkan sinar matahari untuk proses fotosintesis.

Beberapa teknik budi daya yang digunakan antara lain:

1. Kolam Terbuka (Open Pond)
2. Bio-reaktor (Closed-Tank Bio-reactor)
3. Pertumbuhan Vertikal (Vertical Growth/close loop production)

sumber: panji tri atmojo, 2010

Beberapa eksperimen yang dilakukan dalam program Aquatic Species antara lain

1. Hawaii Experiments (1980 – 1987)
2. California Experiments (1981 – 1986)
3. Israeli Experiments (1984 –1986)
4. Roswell, NM Facility (akhir 1980)

Eksperimen tersebut menghasilkan rata-rata 15-25 g/m²/hari dalam rentang bulan bulan produktif, dengan nilai rata-rata harian berkisar 10 g/m²/hari . Program tersebut juga menyarankan untuk membudidayakan alga sebagai penyerap emisi CO₂ dari pembangkit berbahan bakar batu bara (coal), sehingga dapat memberikan hasil ganda berupa pengurangan emisi total CO₂ dan menghasilkan bahan bakar.

Proses Produksi

Proses produksi biodiesel berbasis alga tidak banyak berbeda dengan proses produksi biodiesel berbahan baku lain. Proses yang cukup berbeda adalah panen (harvesting) dan pretreatment.

sumber: panji tri atmojo, 2010

Karena habitat hidup alga adalah perairan, maka dibutuhkan proses untuk memisahkan alga dari air. Proses yang digunakan antara lain:

1. Microscreen
2. Centrifugation
3. Flocculation
4. Froth Flotation

Setelah alga terpisah dari air, maka dibutuhkan proses lanjutan berupa pengeringan (drying) untuk menurunkan kadar air dari alga. Setelah diperoleh alga kering maka proses selanjutnya adalah ekstraksi minyak melalui beberapa pilihan proses:

1. Oil Press
2. Hexane Solvent Method
3. CO₂ Supercritical Fluid Method

Oil Press merupakan proses yang paling murah untuk dilakukan, hanya membutuhkan sedikit biaya investasi untuk peralatan. Namun efektifitas dari ekstraksi minyak hanya berkisar 75%. Sedangkan metode Hexane Solvent dan Supercritical Fluid memberikan efektifitas ekstraksi 95% dan 100%, namun sayangnya biaya dan energi yang dibutuhkan juga relatif lebih besar. Perbandingan relatif dari metode ekstraksi minyak disajikan dalam tabel berikut:

sumber: panji tri atmojo, 2010

Penggunaan

Dalam survey yang dilaksanakan oleh Algal Biomass Organization para pelaku industri optimis produksi bahan bakar alga akan berfokus pada biodiesel, jet fuel (bahan bakar jet), dan bioetanol. Keikutsertaan korporasi raksasa dalam menyokong penelitian bahan bakar berbasis alga juga memberikan dampak positif terhadap masa depan bahan bakar alga.

Chevron salah satu perusahaan energi yang berbasis di California Amerika Serikat juga turut serta dalam mendorong penelitian mengenai bahan bakar berbasis alga. Kerjasama antara Chevron dan NREL berfokus pada pencarian strain algae yang dapat secara ekonomis dikembangkan menjadi bahan bakar jet ataupun transportasi lain.

Pada 7 Januari 2009 lampau, Continental Airlines, salah satu maskapai yang berbasis di Amerika Serikat, telah berhasil melaksanakan penerbangan uji coba pertama di dunia yang menggunakan bahan bakar biofuel. Pesawat yang digunakan adalah Boeing 737-800 diterbangkan di atas Teluk Mexico (Gulf Of Mexico) pada ketinggian 11.6 km. Bahan bakar yang digunakan terdiri atas campuran alga, jarak dan  bahan bakar jet standar dengan komposisi 50 – 50 (B50). Minyak Alga tersebut diproduksi oleh Sapphire Energy, sedangkan minyak jarak diproduksi oleh Terasol Energy. Uji coba tersebut memakan waktu selama 90 menit dan dilaporkan berjalan lancar. Uji coba ini merupakan bentuk kerjasama antara Continental Airlines, Boeing dan Honeywell UOP yang menyediakan proses pembuatan bahan bakar jet berbasis alga.

Analisis Energi

Berdasarkan studi terbaru yang dilakukan di Colorado State University, produksi biodiesel dari mikroalga memberikan net energy balance 1.075, yang berarti dibutuhkan sekitar 0.98 unit energi untuk menghasillkan 1 unit energi. Pada studi ini digunakan mikroalga dari spesies Nannochloropsis dan di budi-daya kan menggunakan Photobioreactor.

sumber: panji tri atmojo, 2010

Net energy balance yang mendekati 1 menunjukkan proses produksi biodiesel berbasis mikroalga belum cukup efisien. Jika dibandingkan dengan net energy balance dari biodiesel kedelai yang mencapai 3.2, maka biodiesel berbasis alga masih membutuhkan perbaikan secara berkelanjutan.

Kesimpulan

Referensi

1. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es102052y
2. http://www.nrel.gov/news/press/2007/535.html
3. http://www.algalbiomass.org/resource-center/references/industry-statistics/executive-summary/
4. http://www.nrel.gov/docs/legosti/fy98/24190.pdf
5. http://www1.eere.energy.gov/biomass/pdfs/algalbiofuels.pdf
6. http://www.ba-lab.com/pdf/BALStatoil.pdf
7. http://www.boeing.com/aboutus/environment/environmental_report_09/alternative-energy-solutions.html
8. http://www.uop.com/pr/releases/boeing%20supplier%20of%20the%20year%20-%20final.pdf