Carbon-to-Biomass: Strategi Dekarbonisasi Berbasis Mikroalga untuk Masa Depan Energi Hijau

Author: Bagja Maulana & Cornelius Fernando

Pendahuluan / Latar Belakang

Peningkatan emisi gas rumah kaca, khususnya karbon dioksida (CO₂), menjadi salah satu penyebab utama terjadinya perubahan iklim global. Aktivitas manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil, proses industri, dan produksi energi menyebabkan konsentrasi CO₂ di atmosfer terus meningkat dari tahun ke tahun. Kondisi ini berdampak pada kenaikan suhu bumi, perubahan pola cuaca, peningkatan frekuensi bencana alam, hingga terganggunya keseimbangan ekosistem. Menurut IPCC (2018), apabila emisi karbon terus meningkat, maka suhu global diperkirakan dapat mengalami kenaikan hingga 1,5°C pada beberapa dekade mendatang. Hal tersebut menunjukkan bahwa pengurangan emisi karbon perlu dilakukan secara serius untuk mencegah dampak lingkungan yang lebih besar.

Sektor industri dan energi menjadi penyumbang utama emisi CO₂ global karena masih bergantung pada penggunaan bahan bakar fosil seperti batu bara, minyak bumi, dan gas alam. Oleh sebab itu, berbagai negara mulai menerapkan strategi dekarbonisasi untuk mencapai target Net Zero Emission (NZE), yaitu kondisi ketika jumlah emisi karbon yang dilepaskan seimbang dengan jumlah karbon yang diserap kembali dari atmosfer. Indonesia sendiri menargetkan pencapaian NZE pada tahun 2060 atau lebih cepat melalui pengembangan energi terbarukan dan pengurangan emisi industri (Kementerian ESDM, 2022). Namun, teknologi penangkapan karbon konvensional seperti carbon capture and storage (CCS) masih memiliki keterbatasan berupa biaya operasional yang tinggi, konsumsi energi besar, serta kebutuhan infrastruktur yang kompleks.

Salah satu pendekatan yang mulai dikembangkan dalam konsep Carbon-to-Biomass adalah pemanfaatan mikroalga sebagai agen biologis penyerap karbon. Menurut Wang et al. (2008), mikroalga mampu memfiksasi CO₂ secara efisien karena memiliki aktivitas fotosintesis tinggi dan laju pertumbuhan yang cepat. Selain mampu memanfaatkan gas buang industri sebagai sumber karbon, biomassa mikroalga juga dapat diolah menjadi biofuel, pakan, hingga bioplastik sehingga mendukung pengembangan energi hijau dan ekonomi sirkular.

Tinjauan Literatur

Mikroalga merupakan organisme fotosintetik mikroskopis yang hidup di lingkungan perairan, baik air tawar maupun air laut. Organisme ini mampu mengubah karbon dioksida dan air menjadi biomassa melalui bantuan energi cahaya matahari. Mikroalga banyak dikembangkan dalam bidang lingkungan dan energi karena memiliki laju pertumbuhan tinggi, efisiensi fotosintesis besar, serta tidak memerlukan lahan luas seperti tanaman darat. Penelitian terbaru menjelaskan bahwa mikroalga memiliki produktivitas biomassa tinggi dan dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi terbarukan berkelanjutan (Jha et al., 2024).

Beberapa jenis mikroalga yang umum digunakan dalam penelitian penyerapan karbon antara lain Chlorella vulgaris, Spirulina platensis, dan Nannochloropsis. Chlorella vulgaris dikenal memiliki kemampuan biofiksasi CO₂ yang tinggi dan toleransi baik terhadap konsentrasi karbon besar. Sementara itu, Nannochloropsis banyak dimanfaatkan dalam produksi biodiesel karena kandungan lipidnya tinggi. Lipid merupakan senyawa lemak yang tersusun atas asam lemak dan trigliserida, yang dapat dikonversi menjadi biodiesel melalui proses transesterifikasi (Kumar et al., 2024). Mikroalga juga mampu hidup pada kondisi lingkungan ekstrem dan memiliki efisiensi penyerapan karbon lebih tinggi dibandingkan tanaman darat. Menurut Chen et al. (2023), mikroalga merupakan mikroorganisme metabolik yang sangat potensial dalam proses fiksasi CO₂ industri karena mampu menghasilkan biomassa secara bersamaan.

Mikroalga menyerap karbon melalui proses fotosintesis, yaitu proses biologis yang mengubah karbon dioksida dan air menjadi glukosa serta oksigen dengan bantuan cahaya matahari. Reaksi umum fotosintesis dapat dituliskan sebagai berikut:

Dalam proses tersebut, CO₂ dari atmosfer maupun gas buang industri akan diubah menjadi biomassa mikroalga yang kaya protein, lipid, dan karbohidrat. Mekanisme ini dikenal sebagai biofiksasi karbon, yaitu proses pengikatan karbon secara biologis ke dalam jaringan organisme hidup. Penelitian terbaru menjelaskan bahwa mikroalga memiliki kemampuan penyerapan karbon tinggi akibat aktivitas fotosintesis yang cepat serta efisiensi konversi biomassa yang besar (Liu et al., 2024).

Biomassa mikroalga hasil proses biofiksasi karbon dapat dimanfaatkan dalam berbagai sektor industri sehingga mendukung konsep circular economy. Salah satu pemanfaatan utama mikroalga adalah sebagai bahan baku biofuel seperti biodiesel, bioetanol, dan biogas karena kandungan lipidnya yang tinggi. Penelitian Wang et al. 2024 menunjukkan bahwa biofuel berbasis mikroalga memiliki potensi besar dalam mendukung transisi energi bersih dan mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil.

Selain sebagai sumber energi, biomassa mikroalga juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku bioplastik ramah lingkungan untuk mengurangi penggunaan plastik berbasis petroleum. Dalam bidang peternakan dan farmasi, mikroalga dimanfaatkan sebagai sumber protein, pigmen alami, antioksidan, serta senyawa bioaktif bernilai ekonomi tinggi. Penelitian terbaru juga menjelaskan bahwa mikroalga dapat digunakan dalam teknologi remediasi polutan dan produksi biochar untuk mendukung sistem industri berkelanjutan (Liu et al., 2024).

Potensi Mikroalga dalam Dekarbonisasi

Mikroalga merupakan organisme fotosintetik bersel tunggal yang mampu mengkonversi CO₂ secara langsung menjadi biomassa organik melalui proses fotosintesis. Kemampuan ini menjadikan mikroalga kandidat unggul dalam strategi mitigasi emisi industri, terutama dalam pemanfaatan gas buang (flue gas) sebagai sumber CO₂ murah sekaligus bernilai tinggi secara ekologis.

Gambar 1. CO2 and O2 concentration (mol.%) at PBR inlet and outlet (Wilson et al., 2016)

Industri berat seperti Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) menghasilkan konsentrasi CO₂ pada gas buangnya berkisar antara 10–15% volume. Studi dari Viswanaathan et al. (2022) dan Lam et al. (2012) menunjukkan bahwa mikroalga seperti Chlorella vulgaris dan Scenedesmus obliquus mampu tumbuh secara optimal pada konsentrasi CO₂ tinggi ini, dengan laju penyerapan mencapai 1,0–1,8 g CO₂/L/hari dalam kondisi terkontrol.

Gambar 2. Microalgae cultivation systems. (a) Open cultivation systems, (b) flat plate photobioreactor, © column photobioreactor, (d) tubular photobioreactor (Wang et al., 2024)

Photobioreactor (PBR) merupakan sistem reaktor tertutup yang dirancang untuk mengoptimalkan paparan cahaya, suhu, pH, dan distribusi CO₂ pada kultur mikroalga. Dibandingkan kolam terbuka (open raceway pond), PBR menawarkan produktivitas biomassa 3–5 kali lebih tinggi, risiko kontaminasi rendah, serta kemampuan integrasi langsung dengan pipa gas buang industri (Brennan & Owende, 2010). Meski biaya awal PBR lebih tinggi, efisiensi penyerapan CO₂ yang signifikan menjadikannya pilihan strategis untuk skala industri.

Gambar 3. Pasar Global Mikroalga (https://market.us/report/global-microalgae-market/#overview)

Selain memiliki potensi teknis dalam penyerapan karbon, pengembangan mikroalga juga menunjukkan prospek ekonomi yang sangat menjanjikan secara global. Laporan pasar terbaru menunjukkan bahwa nilai pasar mikroalga dunia diproyeksikan meningkat dari USD 794,2 juta pada tahun 2024 menjadi sekitar USD 1,73 miliar pada tahun 2034 dengan laju pertumbuhan tahunan (CAGR) sebesar 8,1%. Pertumbuhan ini didorong oleh meningkatnya kebutuhan terhadap produk rendah karbon, biofuel, pangan fungsional, pakan berkelanjutan, serta bahan baku ramah lingkungan untuk industri kesehatan dan kosmetik. Selain itu, agenda global dekarbonisasi dan transisi menuju ekonomi sirkular turut memperkuat posisi mikroalga sebagai komoditas strategis masa depan, tidak hanya dalam sektor energi tetapi juga dalam pengembangan industri hijau berbasis biomassa.

Kajian Analisis Strength, Weakness, Opportunities, and Threats (SWOT)

Berdasarkan analisis strategis, teknologi dekarbonisasi berbasis mikroalga memiliki berbagai kekuatan yang menjadikannya unggul sebagai solusi ramah lingkungan di masa depan. Mikroalga diketahui memiliki kemampuan penyerapan CO₂ biologis yang tinggi, bahkan mampu mencapai 1,0–1,8 g CO₂/L/hari dalam kondisi optimal. Selain berfungsi sebagai penyerap karbon, mikroalga juga menghasilkan biomassa bernilai ekonomi seperti biofuel, spirulina, astaxanthin, hingga pupuk organik. Keunggulan lainnya adalah kemampuan mikroalga memanfaatkan limbah cair industri sebagai sumber nutrien, sehingga mendukung konsep ekonomi sirkular dan mengurangi kebutuhan lahan subur karena kultivasi dapat dilakukan di laut, kolam buatan, maupun area limbah industri.

Namun demikian, pengembangan teknologi ini masih menghadapi sejumlah kelemahan. Investasi awal untuk pembangunan sistem photobioreactor (PBR) relatif tinggi dan teknologi kultivasi mikroalga dalam skala industri masih belum sepenuhnya terstandarisasi. Selain itu, mikroalga sangat sensitif terhadap perubahan kondisi lingkungan seperti suhu, pH, dan intensitas cahaya, sehingga memerlukan sistem kontrol yang baik. Proses harvesting biomassa juga masih menjadi tantangan utama karena membutuhkan energi dan biaya operasional yang cukup besar. Di sisi lain, pengembangan teknologi ini membutuhkan tenaga ahli multidisiplin yang masih terbatas jumlahnya.

Terlepas dari tantangan tersebut, peluang pengembangan mikroalga di masa depan sangat besar. Meningkatnya tren green industry dan penerapan Environmental, Social, and Governance (ESG) mendorong industri untuk mencari teknologi rendah emisi yang lebih berkelanjutan. Dukungan pemerintah terhadap target Net Zero Emission (NZE) 2060 juga membuka peluang implementasi teknologi mikroalga secara lebih luas. Selain itu, kebijakan carbon tax dan carbon credit dapat menjadi insentif ekonomi yang menarik bagi industri untuk mengadopsi sistem carbon capture berbasis biologis. Potensi integrasi dengan konsep biorefinery dan terbukanya kolaborasi riset internasional semakin memperbesar peluang pengembangan teknologi ini di Indonesia.

Meskipun prospeknya menjanjikan, terdapat beberapa ancaman yang perlu diperhatikan. Teknologi mikroalga harus bersaing dengan metode Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS) berbasis kimia yang saat ini lebih matang secara industri. Fluktuasi harga energi juga dapat memengaruhi biaya produksi biomassa dan operasional sistem kultivasi. Selain itu, regulasi lingkungan yang belum konsisten dapat menghambat implementasi teknologi baru dalam sektor industri. Risiko kegagalan scale-up dari laboratorium menuju skala industri serta ketergantungan terhadap kondisi iklim dan intensitas cahaya matahari juga menjadi faktor yang perlu dipertimbangkan dalam pengembangan jangka panjang teknologi dekarbonisasi berbasis mikroalga.

Kesimpulan

Mikroalga telah membuktikan dirinya sebagai kandidat unggul dalam strategi dekarbonisasi biologis yang tidak hanya mampu menyerap CO₂ secara efisien dari gas buang industri, tetapi sekaligus menghasilkan biomassa dengan nilai ekonomi tinggi, mulai dari biofuel, pigmen, pakan, hingga pupuk organik. Keunggulan ini menjadikan pendekatan carbon-to-biomass jauh lebih unggul secara ekonomi dan ekologis dibandingkan metode carbon capture konvensional.

Namun demikian, tantangan teknis dan ekonomi yang masih ada, terutama biaya kultivasi, skalabilitas, dan efisiensi pemanenan, menunjukkan bahwa pengembangan lebih lanjut melalui investasi riset yang serius dan kemitraan industri-akademik sangat diperlukan. Dengan dukungan kebijakan yang tepat, khususnya dalam konteks komitmen Net Zero Emission Indonesia 2060, mikroalga dapat menjadi tulang punggung transisi menuju industri berkelanjutan dan ekonomi sirkular yang benar-benar hijau.

Daftar Pustaka

Brennan, L., & Owende, P. (2010). Biofuels from microalgae — A review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and co-products. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(2), 557–577. https://doi.org/10.1016/j.rser.2009.10.009

Chen, H., Jiang, Y., Zhu, K., Yang, J., Fu, Y., dan Wang, S. 2023. “A Review on Industrial CO₂ Capture through Microalgae Regulated by Phytohormones and Cultivation Processes.” Energies, 16(2): 897. https://doi.org/10.3390/en16020897

Faried, M., Samer, M., Abdelsalam, E., Yousef, R., Attia, Y., dan Ali, A. 2017. “Biodiesel Production from Microalgae: Processes, Technologies and Recent Advancements.” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 79: 893–913. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.199

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). 2018. Global Warming of 1.5°C: An IPCC Special Report on the Impacts of Global Warming of 1.5°C Above Pre-Industrial Levels and Related Global Greenhouse Gas Emission Pathways. Geneva: IPCC.

Jha, S., Singh, R., Pandey, B.K., Tiwari, A.K., Shukla, S., Dikshit, A., dan Bhardwaj, A.K. 2024. “Recent Aspects of Algal Biomass for Sustainable Fuel Production: A Review.” Discover Sustainability, 5: 300. https://doi.org/10.1007/s43621-024-00472-3

Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia. 2022. Roadmap Net Zero Emission Indonesia 2060. Jakarta: Kementerian ESDM Republik Indonesia.

Koyande, A.K.; Chew, K.W.; Rambabu, K.; Tao, Y.; Chu, D.T.; Show, P.L., (2019). Microalgae: A potential alternative to health supplementation for humans. Food Sci. Hum. Wellness. 8(1): 16–24 (9 pages).

Kumar, M., et al. 2024. “Biodiesel Production from Microalgae: A Comprehensive Review on Influential Factors, Transesterification Processes, and Challenges.” Fuel, 364: 131547. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2024.131547

Lam, M. K., Lee, K. T., & Mohamed, A. R. (2012). Current status and challenges on microalgae-based carbon capture. International Journal of Greenhouse Gas Control, 10, 456–469. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2012.07.010

Liu, J., Li, J., Qian, J., Wang, B., Xu, R., Chen, P., dan Zhou, J. 2023. “Recent Advances in CO₂ Fixation by Microalgae and Its Potential Contribution to Carbon Neutrality.” Chemosphere, 319: 137987. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.137987

Viswanaathan, S., Perumal, P. K., & Sundaram, S. (2022). Integrated Approach for Carbon Sequestration and Wastewater Treatment Using Algal–Bacterial Consortia: Opportunities and Challenges. Sustainability. 14. 1075. 10.3390/su14031075.

Wang, B., Li, Y., Wu, N., dan Lan, C.Q. (2008). CO₂ Bio-Mitigation Using Microalgae.” Applied Microbiology and Biotechnology, 79(5): 707–718. https://doi.org/10.1007/s00253-008-1518-y

Wang, M., Ye, X., Bi, H., Shen, Z. (2024). Microalgae biofuels: illuminating the path to a sustainable future amidst challenges and opportunities. Biotechnol Biofuels 17, 10. https://doi.org/10.1186/s13068-024-02461-0

Wilson, M.H., Mohler, D.T., Groppo, J.G. et al. (2016) Capture and recycle of industrial CO2 emissions using microalgae. Appl Petrochem Res 6, 279–293. https://doi.org/10.1007/s13203-016-0162-1