mengenal sedikit tentang sistem biogas dan safety-nya

Teknologi saat ini telah memungkinkan berbagai pemanfaatan mikroba untuk berbagai jenis kepentingan manusia, misalnya mikroba untuk fermentasi bahan pangan, atau bahkan mikroba untuk pengobatan. Terkait bidang energy, mikroorganisme seperti mikro-algae dan bakteri juga memainkan peranan yang sangat krusial dalam pengembangan energy terbarukan. Sumber energy terbarukan seperti bio-ethanol biogas adalah salah satu contoh yang sangat tepat dalam penggunaan mikroba tidak hanya untuk mengatasi krisis energy berdasarkan keterbatasan energy berbahan bakar fosil, tapi juga membantu pemeliharaan lingkungan seperti mencegah terjadinya emisi gas rumah kaca dari proses pengolahan limbah biomassa. Seperti yang diketahui bahwa limbah lignocellulose dari proses pertanian, industry, kehutanan menyimpan potensi yang sangat potensi untuk dikembangkan sebagai bahan mentah untuk konversi karbon organic menjadi bahan bakar ramah lingkungan berupa bahan bakar terbarukan generasi 2 berbahan baku lignosellulosa.

Meskipun biogas dikategorikan ke dalam rumpun bioenergy bersama dengan biofuel dan bioethanol, pada dasarnya terdapat perbedaan dalam karakteristik antara biogas dengan bentuk bioenergy yang lainnya.  Perbedaan fasa tidak membuat biogas dikategorikan sebagai golongan khusus, karena pada dasarnya menurut berbagai definisi bioenergy, biogas memenuhi sebagian besar karakteristik bioenergy, termasuk halnya dengan definisi yang menyebutkan bahwa bioenergy adaalah energy yang berasal dari organisme yang menyimpan energy surya (efek fotosintesis). Hal ini karena biogas yang berasal dari biomassa mapun limbah baik limbah kotoran hewan maupun limbah cair organic, pada dasarnya merupakan olahan dari biomassa tumbuhan organic. Contohnya, kotoran hewan memamah biak yang makanan utamanya adalah berasal dari tumbuhan atau limbah cair tahu yang bahan dasarnya adalah kedelai, atau limbah cair dan sampah padat domestic juga jika ditelusuri adalah bahan dasarnya berasal dari biomassa. Biogas pada dasarnya hamper serupa dengan gas alam yang harus memiliki perlakuan khusus ketika berada pada jumlah cukup berlebihan.

Proses produksi biogas melewati serangkaian reaksi bio-kimia yang sangat kompleks yang merupakan kinerja dari beberapa konsorsia bakteri secara sinergis. Proses biogas meliputi tahap hydrolysis yang berfungsi untuk mengubah senyawa kompleks menjadi senyawa berupa monomer-monomer atau senyawa yang lebih sederhana dari senyawa induknya, tahap transisi (asetogenesis dan asidogenesis) yang berfungsi mengubah produk dari tahap hidrolisis menjadi substrate proses metanogenesis yaitu hydrogen, karbon dioksida, dan asam asetat-asam propionate.

Tahap hidrolisis dilaksanakan oleh bakteri yang mampu mengubah senyawa kompleks dari karbohidrat, protein, dan lemak menjadi masing-masing senyawa monomernya. Bakteri pengurai karbohidrat yang berupa senyawa sellulosa dari biomassa atau limbah biomassa (crop residue, forest residue, etc) harus memiliki kemampuan degradasi lebih terkait dengan sifat rekalsitransi biomassa yang sejauh ini dianggap sebagai tahap paling sulit dalam proses bio-konversi. Dalam proses produksi biogas, tahap ini merupakan tahap penentu laju reaksi (rate determining step).Bakteri yang terlibat terdiri dari genus Cellulomonas untuk mendegradasi selulosa menjadi monomer gula sederhana, namun juga ada Bacteroides succinogenes, Butyrivibrio fibrisolvens, Ruminococcus flavefaciens dan Ruminococcus albus, juga beberapa dari genus Clostridium. Sementara itu, tahap transisi biasanya melibatkan bakteri sejenis Acetobacterium woodii dan Clostridium aceticum.

Tahap metanogenesis adalah tahap paling akhir yang merupakan inti konversi dari biomassa. Pada prosespengolahan limbah cair organic tanpa karakteristik rekalsitransi, tahap inilah yang menjadi tahap penentu. Bakteri dari genus Methanosarcina dan Methanothrix yang paling umum ditemukan dalam konversi akhir menjadi methane, namun ada juga jenis spesies dari genus lainnya misalnya Methanobacterium formicium, Methanobrevibacter arboriphilus.

Bakteri-bakteri tersebut bekerja secara sinergis dalam satu system terintegrasi yang kompleks dalam mengkonversi limbah biomassa menjadi methane yang penggunaannya sebagai pengganti bahan bakar yang berasal dari fosil, termasuk untuk bahan bakar untuk kehidupan sehari-hari, pembangkit listrik, dan juga transportasi. Kompleksitas yang ada pada system produksi biogas sampai sekarang masih berada dalam proses penelitian karena performansi dari setiap bakteri ketika diisolasi dari konsorsianya menunjukan pola metabolism yang berbeda. Selain itu, meskipun teknologi produksi biogas telah diketahui dan bahkan diimplementasikan sejak lama, namun peningkatan efisiensi proses dan juga utilisasi biomassa seperti limbah lignoselulosa masih menjadi perhatian. Oleh karena itu observasi lanjut masih terus dilakukan.

Dalam kajian keamanan teknologi biogas yang dilakukan di industry, fasilitas pengolahan limbah, juga dalam tahap riset, aspek keamanan produksi biogas bisa ditinjau dari produk yang dihasilkan (biogas dan co-product), juga proses dan bahan baku termasuk keamanan penggunaan bakteri di dalam system. Benar bahwa terdapat posibilitas kandungan pathogen dalam proses biogas apalagi ketika bahan baku biomassa yang diumpankan adalah dari limbah rumah tangga dan domestic. Namun dalam kasus pengolahan limbah biomassa lignosellulosa, kemungkinan itu bisa direduksi. Hanya saja dalam proses operasi biogas, ada system safety yang harus dilaksanakan oleh operator, misalnya penggunaan sarung tangan dan perangkat keamanan lainnya. Oleh karena itulah perlu adanya safety training yang komprehensif terkait dengan operasi biogas. Namun jika ditinjau secara proses, kompleksitas proses anaerobic sebenarnya memungkinkan tersaringnya sebagian besar bakteri yang tidak diinginkan, meskipun tidak berarti menghilangkan kontaminant sama sekali.

System control untuk menyeleksi bakteri yang hidup di dalam system secara mekanistis belum banyak dilakukan terkait fakta kompleksitas sintropi konsorsium bakteri yang terlibat dalam produksi biogas, hanya saja control operasi anaerobic yang bisa dilakukan adalah berupa pengaturan temperature dan kehadiran oksigen dalam system. Misalnya bakteri pathogen Salmonella thyposa yang hidup pada temperature 22 hingga 37⁰C, sehingga setting system biogas ke dalam proses mesophilic dipastikan dapat membunuh bakteri jenis ini.

Kontak antara manusia dengan proses yang berjalan hanya berlangsung ketika maintenance dilakukan. Hanya saja perhatian toksisitas lebih banyak ditujukan pada slurry yang merupakan side-product dari proses produksi biogas dan biasanya digunakan sebagai pupuk. Untuk aplikasi industry biasanya terdapat mekanisme control yang cukup ketat, hanya saja jika meninjau aplikasi biogas untuk skala menengah dan rumah tangga, control toksisitas dan bio-safety secara komprehensif belum dapat diimplementasikan.