LingkariNews – Setiap tahun industri bioetanol dan biodiesel menghasilkan limbah dalam jumlah besar. Pabrik gula tebu di Brasil, misalnya, menghasilkan miliaran liter vinasse, residu cair yang bersifat asam dan kaya nutrisi. Sementara itu, industri biodiesel menghasilkan gliserol kasar sebagai produk samping dari proses transesterifikasi.
Sebuah tinjauan yang diterbitkan dalam Biotechnology for Biofuels dan Bioproducts menunjukkan bahwa limbah tersebut dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk menghasilkan produk bernilai melalui bakteri dari genus Clostridium.
Tinjauan yang dipimpin Rafael de Moraes Altafini dan Valeria Reginatto dari University of São Paulo bersama Mónica Coca dari University of Valladolid itu memetakan kemampuan Clostridium dalam mengubah sisa produksi bietanol dan biodiesel menjadi hidrogen, butanol, asam butirat, dan 1,3-propanadiol.
Clostridium Alihkan Limbah Jadi Berbagai Produk
Salah satu keunggulan Clostridium sebagai biokatalis adalah kemampuannya memanfaatkan berbagai sumber karbon, mulai dari senyawa C1 seperti karbon dioksida hingga gula C6 seperti glukosa.
Dalam produksi bioetanol, bahan yang dapat dimanfaatkan meliputi gula C5 dan C6 dari ampas serta jerami tebu, selain vinasse. Sementara pada industri biodiesel, bahan utamanya adalah gliserol kasar.
Melalui fermentasi, Clostridium dapat mengalihkan karbon dari limbah tersebut menjadi berbagai produk. Prosesnya berlangsung melalui fase asidogenik dan solventogenik. Pada fase pertama, sel menghasilkan asam seperti asam asetat dan asam butirat serta hidrogen. Pada fase berikutnya, asam kembali diasimilasi dan direduksi menjadi pelarut, terutama n-butanol.
Gliserol Kasar Jadi 1,3-Propanadinol
Gliserol kasar dapat difermentasi melalui dua jalur. Salah satunya menghasilkan hidrogen dan butanol, sedangkan jalur lainnya menghasilkan 1,3-propanadiol. Senyawa ini digunakan sebagai monomer untuk poltrimetilena tereftalat (PTT), poliester bernilai tinggi yang digunakan dalam karpet dan tekstil.
Di antara spesies yang diteliti, Clostridium butyricum menunjukkan produktivitas paling tinggi untuk menghasilkan 1,3-propanadiol dari gliserol kasar. Produktivitas mencapai 44,16 milimol per liter per jam ketika gliserol diberi perlakuan awal menggunakan karbon aktif. Tanpa perlakuan awal, produktivitasnya mencapai 20,4–36,8 milimol per liter per jam.
Tantangan Produksi Hidrogen
Produksi hidrogen dari gula lignoselulosa masih menghadapi sejumlah kendala. Salah satunya adalah tekanan parsial hidrogen dalam reaktor yang membatasi pembentukan hidrogen lebih lanjut.
Elektron juga dapat dialihkan untuk menghasilkan etanol, laktat, dan butirat. Selain itu, proses perlakuan awal lignoselulosa dapat menghasilkan senyawa penghambat seperti 5-hidroksimetilfurfural serta senyawa furan dan fenolik yang menganggu fermentasi.
Tinjauan tersebut membahas sejumlah strategi untuk mengatasinya, termasuk penggunaan besi nol-valen dan evolusi laboratorium adaptif.
Potensi Biorefinery Terintegrasi
Kemampuan menarik lainnya adalah mixotrophy, yaitu kemampuan beberapa spesies Clostridium yang memanfaatkan karbon organik dan anroganik secara bersamaan. Melalui jalur Wood-Ljungdahl, bakteri dapat mengikat karbon dioksida sambil memfermentasi gula.
Kemampuan ini membuka peluang integrasi dengan industri bioetanol dan biodiesel yang menghasilkan aliran karbon dioksida. Dalam fasilitas terintegrasi, gula C5 dan C6, asam organik dalam vinasse, gliserol, serta CO2secara teoritis dapat dimanfaatkan dalam satu platform mikroba.
Namun, penerapannya dalam skala industri masih menghadapi tantangan. Seluruh data produktivitas dalam tinjauan berasal dari eksperimen skala laboratorium dan belum ada penilaian teknoekonomi terhadap biorefinery terintegrasi berbasis Clostridium.
Karena itu, pengembangan rekayasa metabolisme, desain bioreaktor, optimasi proses, analisis teknoekonomi, dan penilaian daur hidup masih diperlukan sebelum penerapan industri dapat dilakukan.
Jika berhasil dikembangkan, limbah bioetanol dan biodiesel dapat menjadi bahan baku untuk menghasilkan hidrogen, n-butanol, asam butirat, dan 1,3-propanadiol. Bakteri Clostridium yang telah lama dikenal dalam fermentasi industri berpotensi kembali dimanfaatkan untuk mengolah limbah industri biofuel menjadi produk bernilai.
(NY)
Sumber
https://bioengineer.org/gut-bacteria-turn-sugarcane-waste-into-fuel-gold-in-biorefinery-breakthrough/
