7/22/2019 ipi21872

1/6

35

MIKROALGA SEBAGAI SUMBER BIOMASA TERBARUKAN:

TEKNIK KULTIVASI DAN PEMANENAN

Dessy Ariyanti dan Noer Abyor Handayani

Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro

Abstract

For millennia, aquatic environment has been a source of food, minerals, and natural products to fulfill

humans need. In order to resolved problem due to increment of population, the development of

product microalgae based which is one of renewable resource absolutely needed. There are two

important processes in biotechnology of microalgae, microalgae cultivation and harvesting. Common

cultivation methods used in growing microalgae are open raceway pond system and closed

photobioreactor system. While harvesting methods used is flocculation, centrifugation and filtration.

This paper described briefly the methods used in cultivation and harvesting of microalgae.

Keywords:microalgae, cultivation, harvesting

1. PendahuluanSelama bertahun-tahun lingkungan

perairan telah menjadi sumber makanan,mineral dan produk alami untukmemenuhi kebutuhan manusia. Dalamupaya mengatasi masalah yangditimbulkan akibat peningkatan populasidan kebutuhan manusia, pengembanganproduk berbasis sumber alam terbarukanmutlak diperlukan. Salah satunya adalah

pengembangan mikroalga sebagai salahsatu sumber biomasa masa depan. Tabel 1

menunjukkan beberapa jenis produkberbasis mikroalga.

Tabel 1 juga menunjukkan bahwa

mikroalga merupakan sumber biomasayang potensial untuk dikembangkandiantara organisme akuatik lainnya.

Mikroalga tidak hanya memiliki kapasitasuntuk memproduksi produk yang bernilaitinggi tapi juga memiliki kemampuanuntuk berkembang biak hanya denganmenggunakan cahaya matahari, karbon

dioksida dan air laut. Mikroalga memilikistruktur uniselular yang dengan mudahmengkonversi energi matahari menjadienergi kimia.

Secara umum, proses bioteknologi

mikroalga dapat dilihat pada Gambar 1.Proses bioteknologi mikroalga telah

dikembangkan untuk berbagai jenisaplikasi komersial. Sebagai organismefotosintetik, mikroalga memiliki

kandungan klorofil yang dapatdimanfaatkan sebagai bahan makanan atau

kosmetik (Borowitzka, M.A., dkk, 1999).

Tabel 1. Beberapa jenis produk berbasis mikroalga (Spolaore, P., dkk., 2006)Produk Aplikasi

Biomasa Biomasa Makanan sehatFunctional food

Pakan tambahanAquakultur

Remediasi tanah

Pewarna dan antioksidan XantofilLutein-karotenVitamin C dan E

Makanan tambahanPakan tambahanKosmetik

Asam lemak (fatty acid) Arachidonic acid (AA)Eicosapentaenoic acid(EPA)Docosahexaenoic acid(DHA)

- linoleic acid(GLA)Linoleic acid(LA)

Makanan tambahan

Polimer Polisakarida

Pati

Makanan tambahan

Pakan tambahan

7/22/2019 ipi21872

2/6

36

Gambar 1. proses bioteknologi mikroalga

Mikroalga juga dapat dimanfaatkansebagai sumber bahan baku untuk industrifarmasi karena beberapa jenis darimikroalga mengandung antioksidan danantibiotik. Mikroalga memiliki kandunganprotein, vitamin dan polisakarida yangmemungkinkan untuk dimanfaatkansebagai makanan tambahan.

Beberapa jenis mikroalga jugadiketahui mengandung lipid yang dapat

diekstraksi dan diproses lebih lanjut untukmenjadi bahan bakar. Hasil samping dariproses ekstraksi lipid mikroalga dapatdimanfaatkan sebagai bahan bakubiometana, bioethanol dan biohidrogen.Selain produk, mikroalga memilikikontribusi positif terhadap lingkunganterutama penanganan masalah efek gasrumah kaca dan polusi air dari industri.Mikroalga dapat menyerap karbondioksida untuk proses fotosintetisnya danmemproduksi nutrien dengan biaya

produksi rendah. Beberapa jenis mikroalgajuga dapat menyerap nitrogen danmengabsorpsi logam berat serta fosfor.

Terdapat dua proses yang palingmenentukan dalam proses bioteknologi

mikroalga yaitu kultivasi serta pemanenanmikroalga. Metode yang umum digunakandalam proses kultivasi mikroalga. Metodetersebut adalah sistem open raceway ponddan sistem closed photobioreactor. Sistemopen pond memiliki kelemahan yaitumudah terkena kontaminan sementara

dalam sistemphotobioreactor kontaminan

dan parameter pertumbuhan seperti pH,temperatur dan karbon dioksida dapatdikontrol dengan baik. Walaupundemikian, sistem photobioreactormemerlukan biaya tinggi sehinggapengetahuan dalam pemilihan sistemkultivasi mikroalga sangat diperlukan.

Selain metode kultivasi, metodepemanenan mikroalga juga sangat pentinguntuk mengahasilkan biomasa konsentrasi

tinggi dan proses yang ekonomis. Metodepemanenan mikroalga yang umumdigunakan antara lain: flokulasi, koagulasi,sentrifugasi dan filtrasi. Paper inimenjelaskan lebih lanjut teknik kultivasidan pemanenan mikroalga.

2. Kultivasi MikroalgaSebagian besar mikroalga

menggunakan cahaya dan karbon dioksida(CO2) sebagai sumber energi dan sumberkarbon (organisme photoautotrophic).

Pertumbuhan optimum mikroalgamembutuhkan temperatur air berkisar 15 -30C. Media pertumbuhan juga harusmengandung elemen inorganik yangberfungsi dalam pembentukan sel, sepertinitrogen, phospor, dan besi.

Beberapa penelitian telah dilakukanuntuk mengembangkan teknik, prosedurdan proses produksi mikroalga dalamjumlah besar. Open ponds system danphotobioreactor system merupakan teknikbudidaya mikroalga yang paling sering

digunakan.

7/22/2019 ipi21872

3/6

37

Open Ponds

Open ponds merupakan sistembudidaya mikroalga tertua dan palingsederhana. Sistem tersebut sering

dioperasikan secara kontinyu. Umpansegar (mengandung nutrisi termasuknitrogen, phosphor, dan garam inorganic)ditambahkan di depan paddlewheel dansetelah beredar melalui loop-loopmikroalga tersebut dapat dipanen di

bagian belakang dari paddlewheel.Paddlewheel digunakan untuk prosessirkulasi dan proses pencampuranmikroalga dengan nutrisi. Beberapasumber limbah cair dapat digunakan

sebagai kultur dalam budidaya mikroalga.Pemilihan sumber limbah cair tersebutberdasarkan pemenuhan kebutuhan nutrisidari mikroalga. Mikroalga laut dapatmenggunakan air laut atau air dengantingkat salinitas tinggi sebagai mediakultur.

Biaya operasional sistem openponds lebih rendah dibandingkan dengansistem photobioreactor, namun sistemtersebut memiliki beberapa kelemahan.Open ponds merupakan sistem kolam

terbuka sehingga mengalami evaporasiakut, dan penggunaan karbon dioksida(CO2) menjadi tidak efisien. Produktivitasmikroalga juga dibatasi oleh kontaminasidari alga atau mikroorganisme yang tidak

diinginkan. Gambar 2 menunjukkansistem open ponds dengan

photobioreactor.

(a)

(b)

Gambar 2. (a) Ilustrasi Raceway openpond; (b) Raceway open pond dilapangan

PhotobioreactorPhotobioreactor dikembangkan untukmengatasi permasalahan kontaminasi danevaporasi yang sering terjadi dalam sistemopen pond. Sistem tersebut terbuat darimaterial tembus pandang dan umumnyadiletakkan di lapangan terbuka untukmendapatkan cahaya matahari. Padadasarnya, photobioreactor terdapat dalam2 jenis,plate dan tubular. Photobioreactortubularlebih sesuai digunakan di lapanganterbuka.

Pada dasarnya,, terdapat dua tipephotobioreactor, yaitu tipe flat plate(Gambar 3) dan tipe tubular (Gambar 4).Apabila dibandingkan, tipe tubular lebihcocok untuk aplikasi di luar ruangankarena luasnya permukaan untuk prosesiluminasi. Namun, flat plate

photobioreactor juga sering digunakankarena tipe ini dapat meratakan intensitaspenyinaran sehingga sel yang dihasilkanmemiliki densitas yang lebih tinggi.

Tipe plate-flat photobioreactor lebih

disukai karena: (i) konsumsi energi lebihrendah dan kapasitas transfer massa tinggi;(ii) efesiensi fotosintetis tinggi; dan (iii)tdak terdapat ruang yang tidak terkenacahaya. Desain dari tipe ini juga beragammulai dari tipe gelas hingga PVCtransparan dan tebal.

7/22/2019 ipi21872

4/6

38

Gambar 3. Instalasiflat photobioreactor

Photobioreactor memiliki rasio luaspermukaan dan volume yang besar.

Produktivitas mikroalga menggunakanphotobioreactor dapat mencapai 13 kalilipat total produksi dengan menggunakansistem open raceway pond.

Gambar 4. Instalasi tubularphotobioreactor

Perbandingan antara penggunaansistem open pond dengan sistem

photobioreactor dapat dilihat padaTabel 2.

Tabel 2. Perbandingan antara penggunaansistem open pond dengan sistem

photobioreactor. (Harun, R., dkk., 2010)

Faktor Open pond PhotobioreactorRuang yangdibutuhkan

Tinggi Rendah

Kehilangan air Sangat tinggi Rendah

Kehilangan

CO2

Tinggi Rendah

KonsentrasiO2

Rendah Tinggi, terjadibuild up

Temperatur Bervariasi Membutuhkan

pendinginPembersihan Tidak perlu Perlu

Kontaminasi Tinggi Tidak adaKualitas

biomasa

Bervariasi Tergantung

produksi

Evaporasi Tinggi Tidak adaBiayapemanenan

Tinggi Lebih rendah

Kebutuhanenergi (W)

4000 1800

3. Pemanenan mikroalgaTeknik yang banyak diaplikasikan

untuk proses pemanenan mikroalga adalahflokulasi, sentrifugasi, dan filtrasi. Prosesflokulasi dapat digunakan sebagai tahapawal untuk mempermudah prosesselanjutnya. Mikroalga memiliki muatan

negatif, sehingga untuk membentuk flokdibutuhkan flokulan kationik sepertiAl2(SO4)3, FeCl3, dan Fe2(SO4)3. Filtrasiadalah metode pemanenan yang terbuktipaling kompetitif dibandingkan dengan

teknik pemanenan yang lain. Jenis filtrasiyang dapat digunakan adalah dead end

filtration, mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, filtrasibertekanan, dan filtrasi aliran tangensial.

Kinerja teknik pemanenan secarakuantitatif dapat dievaluasi menggunakanbeberapa parameter antara lain: lajupemisahan air, kandungan padatan padalumpur mikroalga, dan yield dari proses.

SentrifugasiSentrifugasi merupakan proses

pemisahan yang menggunakan gayasentrifugal sebagai driving force untukmemisahkan padatan dan cairan. Prosespemisahan ini didasarkan pada ukuranpartikel dan perbedaan densitas darikomponen yang akan dipisahkan.

7/22/2019 ipi21872

5/6

39

Penelitian Chen, C.Y., dkk pada tahun2011 menunjukkan bahwa proses

sentrifugasi dengan kecepatan tinggisecara efektif dapat memisahkan

mikroalga dari cairan medianya. Teslaboratorium pada 500-1000 gr hasilkultivasi mikroalga dalam pond

menunjukkan 80-90% mikroalga dapatdipisahkan dalam waktu 2-5 menit.

Walaupun proses sentrifugasi efektifdigunakan secara teknis, proses ini jugamemiliki kelemahan terutama pada

investasi alat yang tinggi dan biayaoperasional yang tinggi.

Flokulasi

Flokulasi adalah proses dimana partikelzat terlarut dalam larutan membentukagregat yang disebut flok. Proses flokulasiterjadi saat partikel zat terlarut salingbertumbukan dan menempel satu samalain. Bahan kimia yang biasa disebutflokulan ditambahkan ke dalam sistemuntuk membantu proses flokulasi.

Sel mikroalga umumnya berukuran 5-

50m. Sel mikroalga dapat membentuk

suspensi cukup stabil dengan bahan kimia

yang memiliki muatan negatif padapermukaannya.Terdapat dua tipe flokulan yang

digunakan yaitu: flokulan inorganik danflokulan polimer organik/ polielektrolit.

Tabel 3 menunjukkan beberapa jenisflokulan dengan dosis dan pH optimumyang dibutuhkan untuk proses flokulasi

mikroalga.

Tabel 3. Beberapa jenis flokulan dengandosis dan pH optimum yang dibutuhkan

untuk proses flokulasi mikroalga(Uduman, N., dkk, 2010)

FlokulanDosis optimal

(mg/L)pH optimal

Inorganik

AlumFeri sulfatKapur

80-25070-90

500-700

5,3-5,63,0-9,0

10,5-11,5Polimerik

Purifloc

Zetag 51Dow 21MDow C-31

Khitosan

35

10101-5

100

3,5

>94,0-7,02,0-4,0

8,4

Flokulan yang dinilai paling efektifdigunakan untuk proses pemanenammikroalga adalah aluminium sulfat serta

beberapa jenis polimer kationik.

FiltrasiMetode pemisahan ini melibatkan

media yang permeabel untuk melewatkancairan sekaligus menahan padatansehingga kedua komponen ini terpisah.Proses filtrasi memerlukan pressure drop

untuk mendorong cairan melewati mediafilter. Pressure drop yang umumdigunakan adalah gravitasi, vakum,tekanan atau sentrifugal.

Menurut penelitian yang dilakukanGrima dkk (2003), proses filtrasi yangpaling efektif diaplikasikan untuk prosespemanenan mikroalga dengan ukuran selyang besar adalah filtrasi bertekanan ataufiltrasi vakum. Namun proses filtrasi tidakcocok untuk operasi pemanenan mikroalgayang memiliki ukuran sel yang kecilseperti spesiesDunaliella.

Gambar 5 menunjukkan skematiksistem filtrasi aliran tangensial. Kultur

mikroalga dan retentat hasil proses filtrasidipompakan ke modul filter. Filtratdialirkan ke proses selanjutnya, sedangkan

retentat dikembalikan lagi ke tangkiumpan sehingga lama kelamaan mikroalgadalam tangki akan semakin terkonsentrasi.

Gambar 5. Skematik sistem filtrasi aliran

tangensial

4. KesimpulanMetode kultivasi dan metode

pemanenan merupakan faktor yang paling

penting dalam menghasilkan biomasamikroalga dengan kuntitas dan kualitastinggi serta ekonomis. Terdapat dua

7/22/2019 ipi21872

6/6

40

metode yang umum digunakan dalamproses kultivasi mikroalga. Metode

tersebut adalah sistem open raceway ponddan sistem closed photobioreactor.

Sementara, metode pemanenan mikroalgayang umum digunakan antara lain:flokulasi, sentrifugasi dan filtrasi.

Keseluruhan metode baik kultivasimaupun pemanenan mikroalga memiliki

kelebihan dan kelemahan masing-masing.Dalam pemilihan metode yang terbaik,diperlukan pengetahuan tentang

karakteristik mikroalga yang akandihasilkan serta analisa penggabungan

metode-metode yang ada

Daftar Pustaka

Borowitzka, M.A., (1999), Commercialproduction of microalgae: ponds,

tanks, tubes and fermenters., Journalof Biotechnology, 70, 313321

Chisti, J., (2007), Biodiesel frommicroalgae.,Biotechnology Advances,25, 294306

Chen, Y.C., Yeh, K.L., Aisyah, R., Lee,D.J., Chang, J.S., 2011, Cultivation,photobioreactor design and harvesting

of microalgae for biodieselproduction: A critical review.,

Bioresource Technology, 102, 71-81Grima, E.M., Belarbi, F.G.A., Medina,

A.R., Chisti, Y., 2003, Recovery ofmicroalgal biomass and metabolites :process options and economics.,

Biotechnol. Adv., 20, 491-515

Harun, R., Singh, M., Forde, G.M.,Danquah, M.K., (2010), Bioprocessengineering of microalgae to producea variety of consumer products,

Renewable and Sustainable EnergyReviews, 14, hal. 10371047.

John, R.P., Anisha, G.S., Nampoothiri,K.M., Pandey, A., (2011), Micro andmacroalgal biomass: A renewablesource for bioethanol, BioresourceTechnology, 102, hal. 186193.

Lee, J.Y., Yoo, C., Ahn, C.Y., Oh, H.M.,(2010), Comparison of severalmethods for effective lipid extraction

from microalgae., BioresourceTechnology, 101, 575-577

Spolaore, P., Cassan, C.J., Duran, E.,Isambert, A., (2006), CommercialApplications of Microalgae., Journal

of Bioscience and Bioengineering.,101, 8796

Uduman, N., Qi, Y., Danquah, K., (2010),Dewatering of microalgal cultures: Amajor bottolneck to algae-based

fuels., Journal of Renewable Energy2, 012701: 1-15

Wen, Z., Johnson, M.B., ( 2009),

Microalgae as a Feedstock for BiofuelProduction., Virginia Cooperative

Extension Pub 442-886.