Kuliah Tamu : Drop-In Chemicals From Biomass

Penulis : Rifqi Hakim Dewanto (Rekayasa Hayati 2016)

Program Studi Rekayasa Hayati terus berupaya untuk memberikan wawasan terhadap mahasiswanya khususnya mengenai topik-topik yang berkaitan dengan Bioindustri. Pada semester ini, upaya tersebut telah dilaksanakan melalui Kuliah Tamu Mata kuliah Kapita Selekta Bioindustri (BE4106) pada 21 Agustus 2018 lalu bertempat di Ruang Seminar, Gedung Labtek 1A, Kampus ITB Jatinangor. Pada kuliah tamu yang bertema “Drop-In Chemicals from Biomass” ini, program studi mengundang pembicara yaitu Prof. dr. Ir. H. J. (Erik) Heeres yang merupakan Professor di Faculty of Science and Engineering, Universitas Groningen, Belanda. Hadir pula pembicara dari salah satu alumni Rekayasa Hayati yaitu Dita Grinanda S.T. yang membagikan pengalaman riset magisternya di Department of Bioengineering, Graduate School of Life Science and Technology, Tokyo Institute of Technology, Jepang. Pada kesempatan ini, Dosen Pengampu Mata Kuliah Kapita Selekta Bioindustri, Dr. M. Yusuf Abduh (Ketua Program Studi Rekayasa Hayati) dan Novi Tri Astutiningsih, S.Si., M.Sc turut mengundang dosen-dosen Rekayasa Hayati lainnya diantaranya Dr. Robert Manurung sebagai Moderator, Dr. Erly Marwani, Prof. Sri Nanan B. Widiyanto, Neil Priharto, S.Si., M.T., Khairul Hadi Burhan, ST., MT., dan Annisa Ratna Nurillah, S.T., M.Sc.

 

Sekilas tentang Metabolic engineering

Seminar drop-in chemicals dibuka oleh Dita Grinanda S.T. Dita menyatakan bahwa Rekayasa Hayati adalah sebuah program studi yang sangat luas, melingkupi berbagai organisme, seperti tumbuhan dan mikroorganisme. Penerapan dari studi yang luas ini Dita rasakan pada saat melaksanakan tugas akhir ketika menyelesaikan gelar sarjananya, Ia mengerjakan proyek mengenai produksi biobutanol dari molase tebu, memanfaatkan mikroorganisme sebagai agen fermentasi. Pada program magisternya di Hirasawa Laboratory, Dita melakukan penelitian mengenai rekayasa metabolisme, yakni sebuah teknologi yang ditujukan untuk memanfaatkan sel-sel mikroba sebagai produsen senyawa yang berguna. Bidang studi ini menginvestigasi lebih jauh tentang peristiwa yang terjadi pada proses metabolisme mikroba pada level sel dan sub sel. Dengan pengetahuan yang dihasilkan dari investigasi ini, dapat diketahui dampak yang terjadi apabila suatu mikroba diberi perlakuan tertentu, sehingga pada akhirnya dapat dihasilkan produksi yang lebih baik.

Terdapat 3 ruang lingkup yang saling berhubungan pada rekayasa metabolisme, yakni penentuan mekanisme, optimasi mekanisme, dan pengendalian pertumbuhan serta metabolisme. Penentuan mekanisme yang dimaksud adalah pengidentifikasian jalur metabolisme senyawa tertentu yang dilakukan oleh suatu mikroba sebagai contoh yaitu penentuan mekanisme fermentasi untuk produksi asam glutamate oleh Corynobactorium glutamicum, yang menjadi salah satu topik riset di laboratorium Dita. Setelah penentuan mekanisme, lingkup selanjutnya adalah optimasi mekanisme tersebut. Beberapa senyawa tentu memiliki nilai jual yang lebih tinggi karena fungsi dan atau jumlahnya yang terbatas.

Berangkat dari hal ini, rekayasa metabolisme berusaha meningkatkan produksi senyawa tertentu pada proses yang dilakukan oleh mikroba, dengan memberikan berbagai perlakuan, agar metabolisme yang terjadi dapat diarahkan ke senyawa yang diinginkan. Setelah mengoptimasi mekanisme, ruang lingkup selanjutnya akan lebih jauh lagi meningkatkan hasil produksi senyawa tertentu, yaitu dengan mengendalikan pertumbuhan dan metabolisme dari suatu mikroba. Hal ini dapat dilakukan dengan cara membuat organisme yang terekayasa secara genetis, misalnya dengan menghapus atau menambah gen tertentu, sehingga pertumbuhannya sesuai dan dapat memproduksi senyawa yang diinginkan.

 

Drop in Chemicals from Biomass

Sesi utama pada acara ini diisi oleh Prof. dr. Ir. H. J. (Erik) Heeres. Di ENTEG (Engineering and Technology Institute Groningen), beliau merupakan Ketua kelompok riset Green Chemical Reaction Engineering yang fokus pada pengembangan teknologi katalatik dengan katalis metal atau asam yang efektif untuk mengonversi biomassa.

Presentasi dibuka dengan penjelasan mengenai bidang studi beliau yaitu pengembangan produk baru dengan teknik katalitik yang lebih efisien. Fokus beliau pada konversi biomassa disebabkan oleh properti biomassa yang unik, dapat berupa limbah yang dipandang sebagai masalah, namun memiliki potensi yang tinggi dan ramah lingkungan jika dikonversi dengan metoda tertentu. Konversi biomassa tersebut merupakan bentuk valorisasi, peningkatan nilai dengan mengubah biomassa menjadi produk tertentu. Profesor Erik menjelaskan bahwa valorisasi perlu dilakukan mengingat menipisnya sumber energi berbahan dasar fosil dan terus meningkatnya gas rumah kaca diatmosfir, yang berujung pada terjadinya perubahan iklim. Selain itu, dengan valorisasi, ekonomi yang berbasis hayati (Biobased Economy) akan lebih mudah dilakukan sehingga masyarakat tak lagi selalu bergantung pada energi dan material mentah yang berbahan dasar fosil.

Tidak dapat dipungkiri, industri berbahan dasar fosil merupakan industri yang sudah sangat maju dan terintegrasi dalam berbagai aspek di kehidupan masyrakat. Maka dari itu, untuk mengembangkan industri yang dapat menggantikan industri masif ini kita perlu bercermin dan belajar dari apa yang sudah ada. Salah satu hal yang dapat dipelajari dan diterapkan di valorisasi biomassa adalah konsep kilang minyak, yang hampir dari seluruh produk sampingan hasil pengolahan minyak dari bahan mentah hingga bahan dengan titik didih paling tinggi dapat dimanfaatkan menjadi bahan baku untuk produk turunan lainnya. Dengan menerapkan konsep ini, Professor Erik melakukan hal yang serupa untuk valorisasi biomassa, sehingga tidak ada biomassa yang berakhir sebagai limbah.

Konsep biorefinery yang dilakukan oleh Professor Erik adalah dengan memanfaatkan biomassa menjadi bahan kimia yang dapat digunakan untuk produk turunan lainnya. Hal ini dipilih dari 3 kategori bahan kimia yang dapat dihasilkan dari konversi biomassa, yaitu sebagai bahan bakar dan energi, material dan bahan baku kimia, serta obat-obatan dan kosmetik. Secara nilai ekonomis, obat-obatan dan kosmetik memiliki nilai paling tinggi karena fungsi dan jumlah yang terbatas, kemudian dilanjutkan oleh material dan bahan kimia, lalu bahan bakar dan energi. Tidak akan cukup biomassa jika harus memenuhi seluruh kebutuhan dari tiga kategori ini, maka dari itu Professor Erik memutuskan untuk fokus dalam mengonversi biomassa menjadi material dan bahan kimia lainnya.

Proses konversi ini memanfaatkan molecular breakdown, yaitu memecah biomassa menjadi senyawa-senyawa dengan berat molekuler yang lebih ringan. Terdapat dua jenis pendekatan untuk melakukan hal ini, yaitu Low T Platform, seperti fermentasi, hidrolisis, dan separasi fraksi, dam high T platform, seperti pembakaran, pirolisis, dan gasifikasi. Dengan kombinasi dari dua pendekatan ini, dapat dihasilkan senyawa-senyawa kimia yang baru. Beberapa senyawa kimia yang dihasilkan memang benar-benar baru dan unik (novel) sehingga hanya dapat dihasilkan dari proses konversi biomassa, namun banyak pula yang dapat dihasilkan dari proses refinery (pengilangan) minyak. Senyawa-senyawa ini sudah mempunyai pasar yang jelas serta produk turunan yang beragam pula. Produksi senyawa dari konversi biomassa tentulah sebuah alternatif yang lebih ramah lingkungan dan berpotensi untuk mengintersepsi produksi senyawa dari proses pengilangan minyak. Karena hal ini, senyawa yang dihasilkan diberi istilah drop-in chemicals. Selain sudah mempunya pasar yang jelas, drop-in chemicals mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan produksi novel chemicals yaitu sistem pemanfaatan yang sudah ajeg sehingga mudah dikonversi untuk menjadi bahan lainnya. Tiga senyawa yang termasuk drop-in chemicals benzena, toluena, dan xylene (BTX). BTX merupakan senyawa yang sangat banyak dimanfaatkan diberbagai bidang, misalnya dalam pembuatan plastik, karet, epoksi, nilon, dan detergen. Salah satu contoh konversi bioassay yang dapat menghasilkan BTX adalah pemanfaatan black liquor, atau limbah dari industri kertas yang berupa hemiselulosa dan lignin.

Profesor Erik menutup sesi pemaparan dengan menyampaikan prospek dari produksi BTX ini, dan apa saja yang dapat dilakukan di masa depan. Menurut Profesor Erik, produksi BTX sebagai bentuk valorisasi biomassa adalah sebuah proses yang intens sumber daya, misalnya menggunakan katalis, yang juga tidak murah. Maka dari itu, perlu dilakukan studi yang lebih lanjut dalam produksi ini, seperti meninjau penggunaan-penggunaan katalis yang berbeda dalam proses produksi (dengan metal misalnya) dan melihat stabilitas berbagai katalis. Selain itu, dapat pula dicari sumber bahan baku lain yang dapat dimanfaatkan, misalnya kombinasi plastik dan biomassa. Dapat pula diciptakan biopoiymer sebagai produk hasil konversi biomassa. Di masa depan, perlu juga dilakukan scaling up dari teknologi yang sudah dikembangkan untuk produksi BTX ini. Proses scaling-up bukanlah sebuah proses yang mudah dan singkat, perlu sekitar 10-15 tahun untuk menjalani proses produksi pilot hingga skala yang lebih besar. Hal-hal ini merupakan to-do list yang perlu menjadi prioritas dalam riset mengenai konversi biomassa.

Berita Terkait

IndonesiaEnglish