Energi
merupakan kebutuhan mutlak yang sangat diperlukan dalam kehidupan manusia.
Berbagai kegiatan manusia ditunjang dengan adanya sumberdaya energi.
Ketersediaan energi akan sangat mempengaruhi kegiatan perekonomian suatu
bangsa. Akan tetapi penggunaan bahan bakar fosil sebagai sumber energi sedang
menghadapi permasalahan yang sebelumnyatidak dibayangkan, yaitu menipisnya
cadangan bahan bakar fosil dan meningkatnya suhu bumi akibat emisi CO2
serta terjadinya pencemaran udara.
Menipisnya
cadangan bahan bakar fosil di Indonesia dapat dilihat dari produksi minyak yang
rendah dibandingkan dengan konsumsi jauh
lebih tinggi. Data SKK Migas memperlihatkan bahwa produksi minyak dalam negeri
terus mengalami penurunan sejak tahun 2000. Menipisnya cadangan minyak dan
bahan bakar fosil lainnya menuntut dilakukannya eksplorasi energi alternatif
sebagai pengganti bahan bakar fosil. Ada dua kriteria yang harus dipenuhi oleh
sumber energi baru, yaitu haruslah bersifat terbarukan dan juga ramah
lingkungan.
Energi
yang bersifat terbarukan ialah energi yang dapat terus diproduksi tanpa jangka
waktu dan jumlahnya tidak terbatas. Sementara ramah lingkungan berarti tidak
menyebabkan emisi gas rumah kaca, polusi udara, pencemaran perairan dan juga
tidak bersifat toksik. Biohidrogen merupakan salah satu solusi energi baru,
terbarukan dan juga ramah lingkungan.
Kata
atau pengertian biohidrogen mengacu pada hidrogen yang dihasilkan oleh makhluk
hidup, seperti yang kita ketahui bahwa hidrogen merupakan salah satu bahan
bakar digunakan pada roket. Makhluk hidup misalnya tumbuhan menghasilkan
hidrogen secara alami melalui tahapan fotolisis air dengan bantuan sinar
matahari. Adapun reaksinya dapat digamabarkan sebagai berikut:
Akan tetapi,
biohidrogen yang dihasilkan oleh tanaman tidak dapat dipanen. Pemanenan
biohidrogen biasanya dilakukan pada alga uniseluler, cyanobacteria,
dan mikroorganisme fermentasi.
Beberapa
literatur menyebutkan bahwa bahan bakar hidrogen mampu menghasilkan energi
sebesar 122 kJ/g, sekitar 2 kali lipat lebih besar dibandingkan bahan bakar
hidrokarbon. Hidrogen mempunyai karakteristik tidak berbau, berwarna, berasa,
dan juga tidak beracun serta menghasilkan air sebagai produk tunggal pada saat
proses pembakaran. Umumnya biohidrogen diproduksi dengan menggunakan alga dan cyanobacteria, dimana kedua
mikroorganisme tersebut sangat mudah untuk dikultivasi selain itu biohidrogen
yang dihasilkan juga lebih banyak karena dilakukan dengan bantuan cahaya
matahari melalui reaksi fotolisis air.
Akan
tetapi, penggunaan alga sebagai penghasil biohidrogen harus melalui berbagai
tahapan lebih lanjut, yaitu perlunya dilakukan rekayasa metabolik untuk
meningkatkan produktivitas hidrogennya. hal tersebut bisa dilakukan dengan
mempelajari proses terbentuknya biohidrogen terlebih dahulu. Berikut adalah
gambar yang menjaelaskan proses terbentuknya biohidrogen pada jalur
fotosintesis dan glikolisis
Berdasarkan gambar
tersebut diketahui bahwa produksi biohidrogen sangat dipengaruhi oleh enzim
hidrogenase, dimana enzim tersebut mempunyai peranan membentuk 2H+
menjadi H2.
Klon gen hidrogenase ke vektor overekspresi
dapat meningkatkan produksi enzim hidrogenase didalam sel alga sehingga sebagai
akibatnya banyak ion H+ yang dikonversi menjadi H2.
Penelitian mengenai vektor overekspresi pertama kali dilakukan oleh Napoli et al (1990) yaitu dengan melakukan
rekayasa pada tanaman petunia. Berdasarkan penelitian tersebut, kloning gen Chalcone synthase (chs) meningkatkan
terbentuknya pigmen antosianin, dimana enzim tersebut berperan dalam
mensintesis chalcone yang merupakan prekursor antosianin (Prymrose &
Twyman, 2006).
Meningkatnya
ekspresi gen chs pada tanaman petunia disebabkan oleh adanya strong promoter berupa promoter CaMV (Cauliflower Mosaic Virus) pada vektor
overekspresi. Keberadaan promoter tersebut mengakibatkan suatu gen bersifat
konstitutif atau diekspresikan secara terus-menerus. Tahapan selanjutnya
setelah klon gen hidrogenase ke vektor overekspresi adalah dengan melakukan
transformasi.
Transformasi
vektor rekombinan kedalam sel alga dapat dengan mentransformasikan vektor
rekombinan kedalam sel Agrobacterium
tumefaciens terlebih dahulu, barulah transformasi kedalam sel alga. Hal ini
dikarenakan alga mempunyai karakteristik tumbuhan sehingga dapat diinfeksi oleh
Agrobacterium tumefaciens. Selain
melalui Agrobacterium tumefaciens transformasi
vektor rekombinan juga dapat langsung dilakukan dengan teknik elektroporasi
apabila alga yang digunakan dari golongan cyanobacteria.
Seleksi
mutlak dilakukan untuk mengetahui dan memisahkan alga yang tidak memiliki
vektor rekombinan dikarenakan proses transformasi bisa saja tidak berhasil
100%, sehingga tidak semua alga memiliki gen kloning. Umumnya seleksi yang
digunakan adalah dengan menambahkan antibiotik kedalam media, koloni yang dapat
hidup adalah koloni yang memiliki vektor rekombinan. Proses ini dimungkinkan
karena sebuah vektor biasanya dilengkapi dengan selectable marker yang dapat digunakan menseleksi individu dengan
vektor rekombinan. Selain tahapan tersebut juga perlu dilakukan seleksi lebih
lanjut untuk memverifikasi keberadaan insert
pada vektor dan orientasi insert (sense
atau antisense) terhadap promoter.
Kultivasi
alga hasil rekayasa metabolik dapat dilakukan dengan menggunakan media berupa
limbah contohnya adalah limbah tahu. Penggunaan limbah cair industri tahu sebagai
tambahan pada media kultivasi alga bertujuan untuk meningkatkan pertumbuhannya.
Limbah cair tahu sangat kaya akan sisa-sisa protein yang sangat penting untuk
pertumbuhan alga sebagai sumber nitrogen dan karbon. Kultivasi alga dilakukan
dengan menggunakan photobiological
reactor yang permukaan wadah kulturnya transparan karena terbuat dari kaca.
Permukaan transparan akan mempermudah masuknya cahaya yang sangat penting dan
digunakan oleh alga untuk reaksi fotolisis air. Selain itu penggunaan photobiological reactor juga bertujuan
untuk mempermudah proses pemanenan biohidrogen (H2).
Agar
layak diaplikasikan dalam skala besar, produktivitas biohidrogen oleh alga
harus ditingkatkan. Produktivitas biohidrogen dapat ditingkatkan melalui proses
rekayasa metabolik dengan mengklon gen hidrogenase ke vektor overekspresi.
Kultivasi alga dapat dilakukan dengan menambahkan limbah cair tahu sebagai
sumber nutrisi bagi pertumbuhan alga. Rekayasa dan penambahan limbah cair tahu
kedalam media kultivasi merupakan langkah yang bisa dilakukan untuk memproduksi
biohidrogen dalam skala besar. Kedua hal tersebut dapat meningkatkan
efiktivitas dan efisiensi produksi biohidrogen, selain itu juga mampu
menurunkan biaya operasional karena penggunaan limbah cair tahu sebagai sumber
nutrisi alga.
Rujukan Pustaka:
Beer, L.L., E.C. Boyd.,
J.W. Peters., & M.C. Posewitz. 2009. Engineering algae for Biohydrogen and
Biofuel Production. Biotechnology. 20: 264-271.
Primrose, S.B & R.M.
Twyman. 2006. Principles of Gene
Manipulation an Genomics. Victoria: Blackwell Publishing.