Dark/Light Mode

Bi-Techvolution: Sintesis Biohidrogen Berbasis Limbah Cair Industri Tahu

Senin, 8 April 2024 14:21 WIB
Limbah cair industri tahu (Sumber: esgnow.republika.co.id)
Limbah cair industri tahu (Sumber: esgnow.republika.co.id)

World Research Institute (WRI) mencatat, lebih dari setengah dari emisi gas rumah kaca global disumbang oleh sepuluh negara, termasuk Indonesia. Data dari dataindonesia.id menunjukkan bahwa emisi gas rumah kaca Indonesia mencapai 259,1 juta ton CO2 pada 2019-2021, dengan prediksi peningkatan menjadi 334,6 juta ton CO2 pada 2030. Dari jumlah tersebut, sektor energi menjadi penyumbang terbesar dengan jumlah 638.808 Gg CO2e atau setara 2 persen emisi dunia. Hal ini tentunya bukanlah kabar baik dan sangat bertentangan dengan komitmen Indonesia untuk menahan laju temperatur global di bawah 2⁰C. Selain itu, ketahanan energi juga menjadi topik yang perlu dipertimbangkan melihat situasi krisis energi global yang kian parah karena ketersediaan bahan bakar fosil yang masih menjadi sumber energi utama yang kian menipis.

Dalam konteks ini, tentu terdapat berbagai harapan untuk mengembangkan sumber energi terbarukan yang rendah emisi dan berkelanjutan dalam ketersediaan bahan baku. Adapun salah satu energi terbarukan tersebut adalah biohidrogen yang merupakan gas yang diproduksi secara biologis dan  ramah lingkungan dikarenakan produk yang dihasilkan hanyalah uap air dan energi panas sehingga tidak menimbulkan efek rumah kaca. Limbah cair industri, terutama dari industri tahu, menjadi potensial sebagai bahan baku biohidrogen karena kandungan senyawa organiknya yang tinggi. Setiap industri tahu dapat menghasilkan limbah cair sekitar 20 liter per kilogram kedelai yang digunakan, dengan jumlah industri tahu di Indonesia mencapai sekitar 160.000 industri yang sedikitnya dapat menghasilkan sekitar 256.000.000 L limbah cair tahu per hari secara nasional.

Oleh karena itu, suatu inovasi diperlukan untuk mengolah limbah cair tahu tersebut menjadi sumber energi alternatif terbarukan. Inovasi berupa Bi-Techvolution (Biohydrogen Electricity Hyvolution) penulis ajukan sebagai inovasi untuk memproduksi biohidrogen dari limbah cair industri tahu menggunakan metode hyvolution. Inovasi ini bertujuan mendukung pencapaian Sustainable Development Goals (SDGs), terutama dalam poin ke-3, 6, 7, 11, 12, dan 13, serta mewujudkan visi Indonesia Emas 2045 dengan fokus pada penguasaan IPTEK untuk komitmen lingkungan hidup, ketahanan energi, dan pembangunan rendah emisi karbon guna menekan laju perubahan iklim.

Bi-Techvolution adalah sistem untuk memproduksi biohidrogen dari limbah cair industri tahu yang kemudian digunakan sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik (fuel cell). Proses kerja Bi-Techvolution melibatkan fermentasi substrat limbah cair industri tahu menjadi biohidrogen dengan bantuan bakteri Clostridium Butiricum melalui metode hyvolution dalam reaktor fermentasi. Diagram alir, diagram alir proses (PFD), dan model plant 3D Bi-Techvolution dapat dilihat pada Gambar 1, Gambar 2, dan Gambar 3. Gambar 1. Diagram Alir Bi-Techvolution (Sumber: Penulis) 

Gambar 2. Diagram Alir Proses (PFD) Bi-Techvolution (Sumber: Penulis) 

Keterangan:

Breaktor            : Tempat terjadi reaksi fermentasi model CSTR

C1, C2, C3, C4 : Kompressor Gas

Filter 1              : Filter pada pre-treatment untuk menyaring padatan

Filter 2              : Filter CO2

Filter 3              : Filter H2S

Filter 4              : Filter CH4

GNRTR             : Generator Pembangkit Listrik

Hreaktor            : Tempat penambahan encer H2SO4 dan terjadinya reaksi hidrolisis

Baca juga : Apolin: Kebijakan Gas Murah Berikan Nilai Tambah Bagi Indonesia

H2STRG           : Penyimpanan Biohidrogen (H2)

LCT                   : Limbah Cair Tahu (Bahan Baku)

 Gambar 3. Model Plant 3D Proses Bi-Techvolution (Sumber: Penulis) 

Proses sintesis biohidrogen melalui Bi-Techvolution dimulai dengan proses pre-treatment limbah cair industri tahu untuk menghilangkan padatan. Substrat kemudian dimasukkan ke dalam reaktor dengan penambahan asam sulfat encer untuk menurunkan pH menjadi sekitar 5.5-6.0 untuk mendukung proses sakarifikasi. Sakarifikasi dilakukan dengan menghidrolisis senyawa organik untuk menghasilkan glukosa selama 60 menit pada suhu 60oC dengan penambahan enzim alfa amilase sebanyak 5,56 mL dengan aktivitas glukoamilase 195,3 U/mL. Setelah itu, substrat dimasukkan ke dalam bioreaktor untuk reaksi hidrolisis dan fermentasi dengan bakteri Clostridium Butiricum sebanyak 5 persen (b/v) dari volume substrat yang digunakan.

Proses fermentasi gelap berlangsung pada suhu 37oC, dengan kecepatan pengadukan 100 rpm, selama minimal 3 hari, menghasilkan gas hidrogen (H2) sebanyak 61% serta zat pengotor seperti gas CH4, H2S, dan CO2. Gas hasil fermentasi kemudian disaring menggunakan filter CO2, filter H2S, dan filter CH4 untuk memurnikan biohidrogen. Biohidrogen yang dimurnikan kemudian dimampatkan menggunakan kompresor dan disimpan dalam H2 Storage dengan kemampuan menahan tekanan hingga 2 bar. Gas biohidrogen kemudian dialirkan ke fuel cell untuk dikonversikan menjadi energi listrik. Dalam meninjau kelayakan implementasi Bi-Techvolution, beberapa analisis dilakukan untuk mendukung inovasi tersebut yang sebagai berikut.

1. Analisis Matematis Produksi Biohidrogen Bi-Techvolution

Berdasarkan penelitian oleh Jenol, produksi biohidrogen menggunakan mikroorganisme Clostridium Butiricum dari limbah tahu dapat mencapai 35,15 – 38,796 mL H2/jam per 10 g senyawa organik/L substrat. Dengan asumsi produktivitas maksimal adalah 7 gram/100 mL pelarut, dan menggunakan 100 L substrat, maka produksi biohidrogen teoritis dalam Bi-Techvolution adalah sebagai berikut:

  • Jumlah senyawa organik yang dapat dikonversi menjadi biohidrogen: 3020 g.
  • Asumsi konversi sebesar 98%, produksi biohidrogen sekitar 35,15 L H2/jam.

Maka energi listrik yang dihasilkan setiap tahun oleh Bi-Techvolution dengan efisiensi fuel cell 60% adalah 184.748,4 kWh.

2. Analisis Simulasi Desain dan Material

Simulasi tekanan dan suhu pada bioreaktor dan gas storage Bi-Techvolution menggunakan software Solidworks dengan material alloy steel. Dari hasil simulasi, diperoleh nilai safety factor masing-masing 17,7 untuk reaktor dan 22,6 untuk gas storage, menunjukkan bahwa desain tersebut aman. Detail desain dan hasil simulasi dapat dilihat pada Gambar 4 dan Gambar 5.

Gambar 4. Model Bioreaktor (A) dan Gas Storage (B) (Sumber: Penulis)Gambar 5. Simulasi Material Bioreaktor (A) dan Simulasi Material H2 Storage (B) (Sumber: Penulis)

3.  Analisis Ekonomi Bi-Techvolution

Teknologi Bi-Techvolution memiliki capital expenditure (CAPEX) sebesar Rp547.703.000 dan operational expenditure (OPEX) sebesar Rp46.500.000. Berdasarkan produksi hidrogen, dengan asumsi harga jual listrik Rp1.444,70/kWh, Break Even Point (BEP) diperkirakan dalam waktu 2 tahun 2 bulan. Selain itu, perhitungan Benefit-Cost Ratio (BCR) pada Tabel 1 selama 10 tahun menunjukkan nilai rata-rata BCR sebesar 4.26, menunjukkan bahwa manfaat teknologi Bi-Techvolution jauh lebih besar dari biayanya, sehingga layak secara ekonomi untuk diimplementasikan.

Tabel 1. Perhitungan BCR Bi-Techvolution (Sumber: Penulis)

Tahun

Baca juga : Menko Airlangga: Pemerintah Terus Upayakan Nilai Tambah Dan Industri Hilir Sawit

Benefit

Cost

BCR

0

-Rp327.296.987

Rp594.203.000

-0.55

1

Rp220.406.013

Rp46.500.000

4.74

2

Rp220.406.013

Rp46.500.000

Baca juga : Mercure Convention Center Ancol Tawarkan Paket Berbuka Sambil Lihat Sanset

4.74

....

.

.

.

.

10

Rp220.406.013

Rp46.500.000

4.74

Rata-rata BCR

4.26


Dari gagasan serta beberapa analisis Bi-Techvolution yang telah dilakukan penulis, Bi-Techvolution sangat potensial untuk diimplementasikan. Hal ini dikarenakan Bi-Techvolution mampu memproduksi biohidrogen sebagai sumber energi alternatif terbarukan yang relatif lebih tinggi dan ramah lingkungan serta teknologi yang digagas dapat dipastikan layak dan aman. Dengan demikian, Bi-Techvolution mampu menjawab tantangan dan mendukung pencapaian Sustainable Development Goals (SDGs) pada poin ke-3, 6, 7, 11, 12, dan 13. Selain itu, inovasi ini juga dapat mewujudkan visi Indonesia Emas 2045 serta menjawab tantangan-tantangan yang terdapat dalam pilar visi tersebut dan mempertahankan ketahanan energi nasional di tengah krisis energi global serta mengatasi permasalahan lingkungan akibat limbah cair industri tahu. Harapannya, Bi-Techvolution dapat menjadi rujukan pemerintah maupun investor dalam mengembangkan teknologi energi nasional agar visi yang dituju mampu benar-benar terwujud.

Qodri Yudit Angesta
Qodri Yudit Angesta
Science, Engineering and Technology Enthusiast

Update berita dan artikel RM.ID menarik lainnya di Google News

Dapatkan juga update berita pilihan dan breaking news setiap hari dari RM.id. Mari bergabung di Grup Telegram "Rakyat Merdeka News Update", caranya klik link https://t.me/officialrakyatmerdeka kemudian join. Anda harus install aplikasi Telegram terlebih dulu di ponsel.