Konsep Desa Mandiri Energi
Jul 8, 2013
Membangun Kedaulatan Energi melalui Pengembangan Energi Alternatif
Jul 10, 2013

Apa itu Biohidrogen?

bio-H2Hidrogen merupakan sumber energi yang bersih dan efisien. Gas tersebut memiliki kandungan energi tertinggi (143Gjton-1) per unitnya dan merupakan bahan bakar yang tidak terikat secara kimia dengan karbon (Purwanto, 2005).

Dengan demikian, pembakaran hidrogen tidak akan menimbulkan efek rumah kaca, penipisan lapisan ozon, atau hujan asam. Hal tersebut karena proses pembakarannya di udara hanya akan menghasilkan uap air dan energi panas (Nath dan Das, 2004).

Hidrogen merupakan sumber energi alternatif yang dapat diproduksi dari sumber energi terbarukan, seperti biomassa dan dikenal dengan istilah biohidrogen. Selain sumber penghasilnya melimpah, biohidrogen juga bersifat ramah lingkungan.

Produksi biohidrogen dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu perubahan secara fotobiologis dan melalui teknik fermentasi (Sirait, 2007). Teknik fotobiologis hanya dapat dilakukan pada siang hari ketika ada cahaya matahari. Hal ini dikarenakan mikroba fotosintetik menggunakan cahaya matahari sebagai sumber energinya.

Sementara itu, teknik fermentasi dapat berlangsung siang maupun malam hari (dalam keadaan gelap). Hal ini tergantung pada tipe mikroba yang digunakan dalam fermentasi. Sebagian besar bakteri aerob dan anaerob memproduksi biohidrogen dengan pendekatan fotosintesis dan fermentasi (fotofermentasi) (Rahman et al., 1997).

Beberapa keunggulan biohidrogen di antaranya adalah produksi dapat dilakukan pada suhu dan tekanan normal sehingga biaya produksi dapat lebih rendah dibandingkan secara fisik dan kimia (Nakashimada,  2004). Selain itu, hal tersebut sekaligus dapat memanfaatkan limbah dan sampah organik sebagai substrat fermentasi (Liu dan Shen, 2004).

Proses Produksi Biohidrogen dengan Cara Fotofermentasi

Gas hidrogen yang diproduksi oleh bakteri fotosintetik dihasilkan melalui proses fotofermentasi. Fotosistem pada bakteri fotosintetik hanya melibatkan satu fotosistem (PS1). Fotosistem terjadi di dalam membran intraseluler. Fotosistem pada bakteri ini tidak cukup kuat untuk memecah air. Pada kondisi anaerob, bakteri fotosintetik dapat dengan baik menggunakan asam organik sederhana seperti asam asetat sebagai donor elektron (Sirait, 2007).

Elektron dari senyawa organik akan dipompakan oleh sejumlah besar pembawa elektron. Selama transport elektron, proton dipompakan melewati membran sehingga terjadi gradien proton. Gradien proton yang terjadi digunakan oleh enzim ATP sintase untuk menghasilkan ATP. Energi ATP yang terbentuk dapat digunakan untuk transport lebih jauh elektron ke elektron akseptor feridoksin.

Jika molekul nitrogen tidak ada, maka enzim nitrogenase dapat mereduksi proton menjadi gas hidrogen dibantu energi dalam bentuk ATP dan elektron yang diperoleh dari feridoksin (Chen et al., 2005). Fotosistem bakteri tidak menghasilkan oksigen sehingga tidak menghambat kerja enzim nitrogenase, lagipula enzim nitrogenase sensitif terhadap oksigen (Akkerman, 2002). 

Mikroorganisme Penghasil Biohidrogen

Bakteri dan mikroalga sering digunakan untuk memproduksi biohidrogen. Mikroorganisme fotosintetik seperti bakteri fotosintetik dan sianobakteria dapat menguraikan air menjadi hidrogen oksigen dengan bantuan cahaya matahari (Sirait, 2007). Keuntungan organisme tersebut adalah tidak menggunakan senyawa organik sebagai substrat tetapi menggunakan sinar matahari. Sayangnya, produksi biohidrogen cenderung lambat, sistem reaksinya membutuhkan energi yang besar, dan pemisahan gas hidrogen dan oksigen membutuhkan penanganan yang khusus. 

Bakteri anaerob tidak menggunakan air sebagai senyawa penghasil biohidrogen namun menggunakan senyawa organik. Keuntungannya adalah reaksi pembentukan hidrogen yang cepat dan tidak memerlukan energi matahari. Kelemahannya, penguraian senyawa organik akan menghasilkan asam-asam organik. Asam organik itu menjadi permasalahan baru bila tujuan produksi ingin menanggulangi limbah.

Bakteri fotosintetik membutuhkan senyawa organik untuk memproduksi hidrogen dan energi cahaya untuk membantu reaksi energi yang terlibat dalam produksi hidrogen. Keuntungan bakteri tersebut dibandingkan sianobakteria adalah energi yang dibutuhkan lebih kecil. Senyawa organik yang dapat digunakan sebagai substrat adalah asam lemak, gula, tepung, dan selulosa (Sirait, 2007). Bakteri fotosintetik selalu melibatkan senywa organik, fotosistem I, feridoksin, dan enzim nitrogenase dalam produksi biohidrogen. 

Terdapat berbagai macam mikroorganisme yang dapat menghasilkan biohidrogen (Miyake, 1998) baik yang fotosintetik maupun non fotosintetik. Bakteri yang termasuk fotosintetik adalah Rhodopseudomonas, Rhodobacter, Anabaena, Chlamydomonas, Chromatrium, dan Thiocapsa. Sedangkan bakteri yang termasuk non fotosintetik adalah Klebsiella, Clostridium, Enterobacter, Azotobacter, Metanobacteria, dan Eschercia coli.

Daftar Referensi:

Akkerman I. 2002. Photobiologycal Hydrogen Production Photochemical Efficiency and Bioreactor Design. J Hydrogen Energy 27:1195-1208.

Nath K dan Das D. 2004. Improvement of Fermentative Hydrogen Production: Various Approuch. Appl Microbiol Biotechnool 65:520-529. 

Nakashimada Y. 2004. High Rate Production of Hydrogen from Various Substrat and Wastes. Adv Biochem. Engin. Biotechnol 90:63-67.

RahmanMA, Furutani Y, Nakashimada Y, Kakizono T, Nishio N. 1997. Enhace Hydrogen Production in Altered Mixed Acid Fermentatuion of Glucose by Enterobacter aerogenes. Journal Ferm Bioeng 83:358-363.

Sirait LR. 2007. Produksi Gas Hidrogen dari LImbah Cair Tahu dengan Bakteri Fotosintetik Rhodobium marinum. Tesis. UI. Depok. 

Riska Ayu Purnamasari
Riska Ayu Purnamasari

Graduate Student at University of Tsukuba, Japan.

1 Comment

  1. ada gambar diagramnya ga untuk proses tersebut ??

Leave a Reply