bioteknologi lingkungan

36
BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN Bioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, fungi, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa. Bioteknologi merupakan ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam proses produksi barang dan jasa. Penerapan bioteknologi di masa ini juga dapat dijumpai pada pelestarian lingkungan hidup dari polusi. Sebagai contoh, pada penguraian minyak bumi yang tertumpah ke laut oleh bakteri, dan penguraian zat-zat yang bersifat toksik (racun) di sungai atau laut dengan menggunakan bakteri jenis baru. Bioteknologi lingkungan penggunaannya banyak melibatkan mikroorganisme untuk meningkatkan kualitas lingkungan hidup manusia dan alam sekitarnya. Peningkatan kualitas lingkungan tersebut meliputi pencegahan terhadap masuknya berbagai polutan agar lingkungan tidak terpolusi; membersihkan lingkungan yang terkontaminasi oleh polutan; dan membangkitkan serta memberdayakan sumber daya alam yang masih memiliki nilai tambah untuk meningkatkan kesejahteraan hidup manusia. Penggunaan mikroorganisme untuk mengurangi polutan di lingkungan merupakan bioremediasi. Essensi kajian bioteknologi lingkungan sesungguhnya untuk meningkatkan kesejahteraan tarap kehidupan manusia melalui pemberdayaan lingkungan secara teknik. Bioteknologi lingkungan merupakan kajian yang sangat menjanjikan terutama kesejahteraan dalam meningkatkan kehidupan modern yang mengarah kepada kehidupan modern yang lebih baik lagi. Perlakuan teknologi secara mikrobiologi telah dikembangkan sejak awal abad ke-20an, seperti mengaktivasi berbagai kotoran (hewan dan juga manusia) dan pencernaan anaerobik hewan, kotoran-kotoran lain yang berserakan di lingkungan sekitar tempat tinggal. Pada waktu yang sama, teknologi-teknologi baru secara konstan ditujukan untuk memecahkan masalah-masalah yang sedang trend sekarang ini, terutama

Upload: lya-vita-ferdana

Post on 05-Aug-2015

1.861 views

Category:

Documents


15 download

DESCRIPTION

Perkembangan bioteknologi di era sekarang mengalami perkembangan pesat. Semua sektor kehidupan menerapkan bioteknologi untuk menyelesaikan permasalahan yang terjadi. Salah satunya peranan bioteknologi yaitu diterapkan pada lingkungan

TRANSCRIPT

Page 1: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

Bioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk

hidup (bakteri, fungi, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup

(enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa.

Bioteknologi merupakan ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu

dalam proses produksi barang dan jasa.

Penerapan bioteknologi di masa ini juga dapat dijumpai pada pelestarian

lingkungan hidup dari polusi. Sebagai contoh, pada penguraian minyak bumi yang

tertumpah ke laut oleh bakteri, dan penguraian zat-zat yang bersifat toksik (racun) di

sungai atau laut dengan menggunakan bakteri jenis baru.

Bioteknologi lingkungan penggunaannya banyak melibatkan mikroorganisme

untuk meningkatkan kualitas lingkungan hidup manusia dan alam sekitarnya.

Peningkatan kualitas lingkungan tersebut meliputi pencegahan terhadap masuknya

berbagai polutan agar lingkungan tidak terpolusi; membersihkan lingkungan yang

terkontaminasi oleh polutan; dan membangkitkan serta memberdayakan sumber daya

alam yang masih memiliki nilai tambah untuk meningkatkan kesejahteraan hidup

manusia. Penggunaan mikroorganisme untuk mengurangi polutan di lingkungan

merupakan bioremediasi.

Essensi kajian bioteknologi lingkungan sesungguhnya untuk meningkatkan

kesejahteraan tarap kehidupan manusia melalui pemberdayaan lingkungan secara

teknik. Bioteknologi lingkungan merupakan kajian yang sangat menjanjikan terutama

kesejahteraan dalam meningkatkan kehidupan modern yang mengarah kepada

kehidupan modern yang lebih baik lagi. Perlakuan teknologi secara mikrobiologi

telah dikembangkan sejak awal abad ke-20an, seperti mengaktivasi berbagai kotoran

(hewan dan juga manusia) dan pencernaan anaerobik hewan, kotoran-kotoran lain

yang berserakan di lingkungan sekitar tempat tinggal.

Pada waktu yang sama, teknologi-teknologi baru secara konstan ditujukan

untuk memecahkan masalah-masalah yang sedang trend sekarang ini, terutama

Page 2: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

masalah lingkungan hidup, seperti detoksifikasi zat-zat kimia yang berbahaya yang

sudah banyak menyatu ke dalam berbagai tumbuhan dan hewan peliharaan.

Beberapa perangkat penting yang sering digunakan untuk melihat

karakteristik dan proses pengontrolan polutan dalam teknologi lingkungan juga telah

dikembangkan secara bertahap sesuai dengan biaya yang tersedia. Contoh: mengukur

biomassa secara tradisional, seperti zat padat yang mudah menguap, yang tidak

memiliki relevansi berkurang atau hilang, meskipun perangkat ini digunakan khusus

untuk biologi molekuler guna mengeksplor persebaran komunitas mikrobial.

Proses kerja bioteknologi lingkungan sesuai dengan prinsip kerja yang sudah

diaplikasikan pada bidang mikrobiologi dan rekayasa (engineering), akan tetapi

aplikasi prinsip-prinsip ini secara normal membutuhkan beberapa tingkatan

empirisme. Material yang diperlakukan dengan bioteknologi lingkungan adalah

sangat kompleks dan tidak dapat dipisahkan dalam berbagai waktu dan tempat.

Prinsip-prinsip rekayasa mengarah kepada perangkat kuantitatif, sedangkan prinsip-

prinsip mikrobiologi seringkali mengarah kepada observasi. Kuantifikasi merupakan

essensi, jika proses ini handal (reliable) dan hemat biaya (cost-efective).

Kompleksitas dari komunitas mikrobial terlibat dalam bioteknologi

lingkungan. Kompleksitas ini seringkali berada di luar deskripsi kuantitatif, tidak

memiliki nilai observasi kuantitatif dari nilai yang terbaik.

Kajian bioteknologi lingkungan berdasar pada prinsip-prinsip dan aplikasi

biologi, yang berkaitan dengan teknologi. Strategi dalam mengembangkan

bioteknologi lingkungan berbasis kepada konsep-konsep dasar dan perangkat yang

bersifat kuantitatif saja. Yang dimaksud dengan prinsip-prinsip dan aplikasi biologi

disini adalah memberdayakan semua proses mikrobiologikal agar dapat dipahami,

diprediksi, dan merupakan satu kesatuan pemahaman. Setiap aplikasi bioteknologi

lingkungan memiliki ciri-ciri khusus tersendiri yang musti dipahami. Ciri khusus ini

dilakukan secara bertahap.

Ilmu-ilmu pengetahuan yang terlibat kedalam kajian bioteknologi lingkungan,

di antaranya: dasar-dasar taksonomi makhluk hidup, dasar-dasar mikrobiologi

lingkungan, metabolisma, genetika, dan ekologi mikrobial. Di samping itu,

Page 3: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

pengetahuan lain juga terlibat, seperti: stokiometri dan energetika dari reaksi-reaksi

mikrobial. Oleh karena itu, bioteknologi lingkungan merupakan ilmu aplikatif yang

harus ditumbuhkembangkan untuk meningkatkan kesejahteraan taraf kehidupan

manusia ke arah kemakmuran. Bioteknologi lingkungan dibatasi pada yang secara

langsung atau tidak langsung menangani masalah-masalah lingkungan.

BIOREMEDIASI

Bioremediasi merupakan penggunaan mikroorganisme untuk mengurangi

polutan di lingkungan. Saat bioremediasi terjadi, enzim-enzim yang diproduksi oleh

mikroorganisme memodifikasi polutan beracun dengan mengubah struktur kimia

polutan tersebut, sebuah peristiwa yang disebut biotransformasi. Pada banyak kasus,

biotransformasi berujung pada biodegradasi, dimana polutan beracun terdegradasi,

strukturnya menjadi tidak kompleks, dan akhirnya menjadi metabolit yang tidak

berbahaya dan tidak beracun. Sejak tahun 1900an, orang-orang sudah menggunakan

mikroorganisme untuk mengolah air pada saluran air. Saat ini, bioremediasi telah

berkembang pada perawatan limbah buangan yang berbahaya (senyawa-senyawa

kimia yang sulit untuk didegradasi), yang biasanya dihubungkan dengan kegiatan

industry (anonim,2010). Bioremediasi dapat melalui cara seperti berikut :

Biostimulasi : Nutrien dan oksigen, dalam bentuk cair atau gas, ditambahkan ke

dalam air atau tanah yang tercemar untuk memperkuat pertumbuhan dan aktivitas

bakteri remediasi yang telah ada di dalam air atau tanah tersebut.

Bioaugmentasi: Mikroorganisme yang dapat membantu membersihkan

kontaminan tertentu ditambahkan ke dalam air atau tanah yang tercemar. Cara ini

yang paling sering digunakan dalam menghilangkan kontaminasi di suatu tempat.

Namun ada beberapa hambatan yang ditemui ketika cara ini digunakan. Sangat

sulit untuk mengontrol kondisi situs yang tercemar agar mikroorganisme dapat

berkembang dengan optimal. Para ilmuwan belum sepenuhnya mengerti seluruh

mekanisme yang terkait dalam bioremediasi, dan mikroorganisme yang dilepaskan

ke lingkungan yang asing kemungkinan sulit untuk beradaptasi.

Page 4: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

Bioremediasi Intrinsik :Bioremediasi jenis ini terjadi secara alami di dalam air atau

tanah yang tercemar (Yusuf,2008). Beberapa kriteriayang harus dipenuhi untuk

penggunaan tindakan bioremediasi adalah:

a. Organisme yang digunakan harus mempunyai aktivitas metabolisme yang dapat

mendegradasi kontaminan dengan kecepatan memadai sehingga dapat

membuat konsentrasi kontaminan padatingkat/ambang batas aturan yang ada.

b. Kontaminan yang dijadikan sasaran harus bioavailable(tersedia untuk proses

biologi)

c. Tempatdilakukan bioremediasi harus mempunyai kondisi yang kondusif untuk

pertumbuhan mikroba atau tanaman atau untuk aktivitas enzim

d.Biaya bioremediasi harus lebih murah dari biaya pengunaan teknologi lain yang

juga dapat mendetoksifikasi kontaminan (Budianto,2009)

Bioremidiasi dapat dibedakan berdasarkan lokasi, tempat pencemaran dan

bahan pencemar:

Berdasarkan lokasi

Ada dua jenis bioremediasi berdasarkan lokasi, yaitu in-situ (atau on-site) dan

ex-situ (atau off-site). Pembersihan on-site adalah pembersihan di lokasi.

Pembersihan ini lebih murah dan lebih mudah, terdiri dari pembersihan, venting

(injeksi), dan bioremediasi. Sementara bioremediasi ex-situ atau pembersihan off-side

dilakukan dengan cara tanah atau air yang tercemar diambil dan dipindahkan ke

dalam penampungan yang lebih terkontrol, kemudian diberi perlakuan khusus dengan

menggunakan mikroba. Bioremediasi ex-situ dapat berlangsung lebih cepat, mampu

me-remediasi jenis kontaminan yang lebih beragam, dan lebih mudah dikontrol

dibanding dengan bioremediasi in-situ. (Budianto,2009)

Contoh:

Bioremediasi in situ: Sumur Ekstraksi : Untuk mengeluarkan air tanah yang

kemudian ditambah nutrisi dan oksigen dan dimasukkan kembali ke dalam tanah

melalui sumur injeksi.

Page 5: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

Bioremediasi eksitu: melalui Slurry Phase yaitu bejana besar digunakan sebagai “bio-

reactor” yang mengandung tanah, air, nutrisi dan udara untuk membuat mikroba aktif

mendegradasi senyawa pencemar (Irfan,tanpa tahun)

Berdasarkan Jenis Bahan Pencemar

Bioremediasi Senyawa Organik yaitu Proses mengubah senyawa pencemar

organik yang berbahaya menjadi senyawa lain yang lebih aman dengan

memanfaatkan organisme. Melibatkan proses degradasi. Biodegradasi yaitu

pemecahan cemaran organik oleh aktivitas mikroba yang melibatkan serangkaian

Page 6: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

reaksi enzimatik (Irfan,tanpa tahun). Umumnya terjadi karena senyawa tersebut

dimanfaatan sebagai sumber makanan (substrat). Biodegradasi yang lengkap disebut

juga sebagai mineralisasi, dengan produk akhirnya berupa karbondioksida dan air.

Proses ini dipakai dalam pengolahan limbah untuk menjadi CO2 dan air.Ko-

metabolisma (co-metabolism) yaitu kemampuan mikroba dalam mengoksidasi atau

metabolisasi suatu senyawa tetapi energi yang dihasilkan tidak dapat digunakan

sebagai sumber energi untuk pertumbuhan. Contohnya Biodegradasi Fenantren

Menjadi 1-naftalenololeh Bakteri Pseudomonas sp Kalp3b22 (Santosa,2009)

Bioremediasi senyawa Anorganik yaitu pemanfaatan organisme untuk

mengubah, menyerap atau memanfaatkan senyawa anorganik yang mencemari

lingkungan. Proses ini bisa melalui bioleaching yaitu proses ekstraksi dan pemecahan

logam menggunakan bakteri contohnya oksidasi besi dan belerang menggunakan

bakteri Acidithiobacillus Thiobacillus dan thiooxidans Acidithiobacillus dengan

proses FeAsS (s) → Fe 2+ (aq) + As 3+ (aq) + S 6+ (aq) . Selain itu Bioremediasi

senyawa anorganik bisa dilakukan dengan biobsorsi yaitu proses penyerapan logam

pada permukaan sel akibat interaksi anion dan kation (Irfan,tanpa tahun)

Page 7: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

Berdasarkan Tempat Pencemaran

Bioremediasi Tanah, Bioremediasi tanah tercemar logam berat sudah banyak

dilakukan dengan menggunakan mikoriza dan bakteri pereduksi logam berat sehingga

tidak dapat diserap oleh tanaman. Hasil-hasil penelitian menunjukkan bahwa

cendawan memiliki kontribusi yang lebih besar dari bakteri, dan kontribusinya makin

meningkat dengan meningkatnya kadar logam berat (Fleibach, dkk. 1994 dalam

Barchia,2009). Mikoriza dapat melindungi tanaman dari ekses unsur tertentu yang

bersifat racun seperti logam berat (Killham, 1994 dalam Barchia,2009). Mekanisme

perlindungan terhadap logam berat dan unsur beracun yang diberikan mikoriza dapat

melalui efek filtrasi, menonaktifkan secara kimia atau penimbunan unsur tersebut

dalam hipa cendawan. Tanaman yang berkembang dengan baik di lahan limbah

batubara ditemukan adanya ’oil droplets’ dalam vesikel akar-mikoriza. Hal ini

menunjukkan bahwa ada mekanisme filtrasi, sehingga bahan beracun pada limbah

yang diserap mikoriza tidak sampai diserap oleh tanaman inangnya.

Cendawan ektomikoriza dapat meningkatkan toleransi tanaman terhadap

logam beracun dengan mengakumulasi logam-logam dalam hipa ekstramatrik dan

’extrahyphae slime’ (Aggangan, dkk. 1998 dalam Barchia, 2009) sehingga

mengurangi serapannya ke dalam tanaman inang. Pemanfaatan cendawan mikoriza

dalam bioremediasi tanah tercemar, disamping dengan akumulasi bahan tersebut

dalam hipa, juga dapat melalui mekanisme pembentukan komplek logam tersebut

oleh sekresi hipa eksternal (Khairani-Idris, 2008 dalam Barchia 2009). Perlakuan

mikoriza pada tanah yang tercemar oleh polisiklik aromatik hidrokarbon dari limbah

industri berpengaruh terhadap pertumbuhan clover, dimana dengan pemberian

Page 8: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

mikoriza laju penurunan hasil clover karena senyawa aromatik ini dapat ditekan

(Joner dan Leyval, 2001 dalam Barchia,2009).

. Bioremediasi dengan penerapan mikroorganisme untuk mempercepat

transformasi karbon dan penggunaan tanaman yang dapat menimbun karbon dalam

jaringannya telah menampakkan beberapa hasil yang cukup memberikan harapan

dalam penanggulangan pencemaran pestisida ini. Transformasi kimia dari bahan

pencemar pestisida melalui proses bioremediasi ini meliputi beberapa proses, yaitu 1)

detoksikasi, 2) degradasi, 3) konjugasi, pembentukan senyawa kompleks atau reaksi

penambahan, 4) aktivasi, 5) defusi/pemecahan, dan 6) perubahan spektrum toksisitas .

Detoksikasi yaitu konversi dari molekul yang bersifat toksik menjadi produk yang

tidak bersifat toksik, 2) degradasi, yaitu transformasi dari substrat kompleks menjadi

produk yang lebih sederhana (Barchia,2009)

1. Proses defusi/pemecahan (Flavobacterium)

2. Aktivasi (tanah)

3. Detoksinasi (Arthrobacter, tanah)

4. Reaksi penambahan (Arthrobacter)

5. Degradasi (Pseudomonas, tanah) (Barchia,2009)

Bioremediasi Air, Meningkatnya aktivitas manusia di rumah tangga

menyebabkan semakin besarnya volume limbah yang dihasilkan dari waktu ke waktu.

Page 9: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

Volume limbah rumah tangga meningkat 5 juta m3

pertahun, dengan peningkatan

kandungan rata-rata 50% Konsekuensinya adalah beban badan air yang selama ini

dijadikan tempat pembuangan limbah rumah tangga menjadi semakin berat, termasuk

terganggunya komponen lain seperti saluran air, biota perairan dan sumber air

penduduk. Keadaan tersebut menyebabkan terjadinya pencemaran yang banyak

menimbulkan kerugian bagi manusia dan lingkungan. Dalam kondisi demikian,

diperlukan suatu sistem pengolahan limbah rumah tangga yang selain murah dan

mudah diterapkan, juga dapat memberi hasil yang optimal dalam mengolah dan

mengendalikan limbah rumah tangga sehingga dampaknya terhadap lingkungan dapat

dikurangi (Yusuf,2008)

Bioremediasi air dapat menggunakan bakteri atau tanaman air. Penggunaan

bakteri sering digunakan seperti Bacillus sp untuk bahan pencemar minyak bumi,

Pseudomonas pseudomallei ICBB 1512 untuk menghilangkan senyawa merkuri

beracun yang terlarut dalam air limbah dan Desulfotomaculum orientis ICBB 1204,

Desulfotomaculum sp ICBB 8815 dan ICBB 8818 yang mengubah sulfat dalam air

asam tambang menjadi hidrogen sulfida dan kemudian bereaksi dengan logam berat

setelah reaksi belangsung pH (keasaman) air asam tambang yang mula-mula berkisar

dari 2 - 3 meningkat mendekati netral (6-7). Sementara logam berat yang terdapat air

asam tambang mengendap (Santosa,2009)

Selain itu bisa juga digunakan berbagai tanaman air yang memiliki

kemampuan secara umum untuk menetralisir komponen-komponen tertentu di dalam

perairan. Reed (2005) bahwa proses pengolahan limbah cair dalam kolam yang

menggunakan tanaman air terjadi proses penyaringan dan penyerapan oleh akar dan

batang tanaman air, proses pertukaran dan penyerapan ion, dan tanaman air juga

berperan dalam menstabilkan pengaruh iklim, angin, cahaya matahari dan suhu.

(Yusuf,2008)

Page 10: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN
Page 11: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

Whole-Cell Fluorescent Biosensor untuk Biovailabilitas dan Biodegradasi

Bifenil

Whole-sel biosensors mikroba adalah salah satu alat yang digunakan dalam

molekuler terbaru pemantauan lingkungan. Biosensors tersebut dibangun melalui

sekering gen reporter seperti lux, GFP atau lacZ, ke promotor responsif. Ada banyak

laporan aplikasi biosensors, terutama penggunaannya dalam pengujian toksisitas

polutan dan ketersediaan hayati.

Biosensors menggunakan mikroba untuk pemantauan polutan, dan

menggambarkan aplikasi dari biosensors untuk mendeteksi ketersediaan hayati dan

biodegradasi Polychlorinated Bifenil (PCB). Penilaian risiko lingkungan merupakan

alat penting dalam penanganan lingkungan yang tercemar. Melibatkan penentuan

konsentrasi total polutan menggunakan teknik analisis kimia canggih seperti

Kromatografi Gas-Massa Spektroskopi (GC-MS) atau Kromatografi Cair Kinerja

Tinggi (KCKT) tes. Penggunaan konsentrasi total kemungkinan mendeteksi risiko

karena hanya sebagian kecil dari jumlah total polutan, fraksi bioavailable, benar-

benar akan berdampak pada organisme hidup; ini ketidakmampuan untuk

membedakan antara dua merupakan kelemahan utama dari metode analisis

tradisional.

Kontaminan dengan daya larut air yang buruk (misalnya, PCB, Poli Aromatik

Hidrokarbon [PAH]). Itu kemampuan untuk memantau ketersediaan hayati polutan

yang sangat penting, karena tidak hanya memberikan lebih akurat informasi

Page 12: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

mengenai risiko bahwa terkontaminasi polutan bagi kesehatan manusia, tetapi juga

menentukan efektifitas proses bioremediasi potensial. Saat ini, perhatian telah

diberikan peningkatan untuk uji bioavailabilitas yang lebih baik memprediksi risiko

eksposur nyata. Salah satu alternatif tersebut adalah pemanfaatan biosensors yang

sangat selektif dan sensitif terhadap polutan tertentu.

Whole-cell biosensors mikroba telah menjadi salah satu dimensi terbaru alat

molekuler dalam pemantauan lingkungan. Elemen biosensing dalam pembangunan.

biosensors adalah mikroorganisme, pH dan suhu. Dalam dekade terakhir, aplikasi

terutama terfokus di tiga bidang:

Monitoring kelangsungan hidup dan kemampuan kompetisi bakteri.

Monitoring akar tanaman kolonisasi bakteri pengurai polutan di kompleks

lingkungan sampel.

Pemantauan tingkat polutan lingkungan tertentu.

Dalam beberapa tahun terakhir, salah satu daerah yang paling menarik

menggunakan teknologi biosensor adalah deteksi polutan lingkungan ketersediaan

hayati, bioremediasi, dan toksisitas. Biosensors ini dibangun oleh sebuah sekering-

responsif promotor polutan ke reporter gen protein yang dapat dengan mudah diukur,

dan seperti konstruksi yang dapat ditemukan pada plasmid atau kromosom yang

ditunjukkan oleh Willardson et al. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa toluen

mereka penginderaan, luciferase berdasarkan seluruh-sel biosensor secara akurat

melaporkan toluena konsentrasi yang dalam rentang ± 3% yang diukur dengan

standar GC-MS dan sensitif biosensors sebagai alat khusus untuk mengukur

konsentrasi yang relevan biologis dari polutan. Sebelumnya aplikasi dari

keseluruhan-sel biosensors mikroba untuk studi lingkungan terutama konsentrasi

pada penggunaannya sebagai biomarker untuk menyelidiki kelangsungan hidup dan

kemampuan kompetisi dan untuk mendeteksi ketersediaan hayati atau toksisitas

polutan lingkungan. Layton et al melaporkan biosensor bercahaya strain, Ralstonia

eutropha ENV307 (pUTK60), mendeteksi ketersediaan hayati dari PCB dengan

menyisipkan promotor biphenyl dari gen bioluminescence. Dengan adanya biphenyl,

dihasilkan bioluminescence yang tergantung pada konsentrasi.

Page 13: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

Keuntungan biosensors sebagai berikut:

Biosensors hanya menentukan fraksi bioavailable senyawa, sehingga memberikan

lebih akurat respon pada toksisitas dari sampel. Bioavailabilitas juga penting dalam

bioremediasi. Jika zat bioavailable, berpotensi ramah lingkungan.

Biosensors menyediakan cara murah dan sederhana untuk menentukan

kontaminan.

Karena mereka organisme hidup, mereka memberikan informasi tentang

toksikologi senyawa yang berbeda.

Biosensors yang tak tertandingi dalam mempelajari ekspresi gen dan fisiologi

bakteri dalam kompleks lingkungan.

2. Pengembangan Biosensors untuk Mendeteksi Biodegradasi PCB

PCB terdeteksi di lingkungan untuk pertama kalinya pada tahun 1966 oleh

Jensen, dan telah ditemukan di seluruh dunia termasuk di Kutub Utara dan daerah

Antartika. Produksi PCB dilarang pada tahun 1970 di Amerika Serikat dan di

Republik Ceko pada tahun 1984. Namun, beberapa ratus juta kilogram telah dirilis

ke lingkungan. Wiegel dan Wu mendokumentasikan bahwa sepertiga dari seluruh

AS PCB diproduksi saat ini berada di lingkungan alam.

Salah satu ancaman utama bagi kesehatan masyarakat dari PCB adalah bahwa

mereka menumpuk di dalam makanan. Misalnya, konsumsi ikan yang terkontaminasi

adalah rute utama bioakumulasi PCB di manusia. Kemampuan bioakumulasi PCB di

salmon telah meningkat ke tingkat yang lebih tinggi banyak daripada makanan

lainnya. Metode tradisional yang diterapkan dalam remediasi kontaminasi PCB

termasuk insinerasi, vitrifikasi, solidifikasi / stabilisasi, ekstraksi pelarut, desorpsi

termal dan tanah. Dalam dekade terakhir, yang ditengahi degradasi mikroba telah

dianggap sebagai salah satu utama proses dalam penanggulangan pencemaran PCB

dari lingkungan yang terkontaminasi. Mikroorganisme yang tumbuh itu biphenyl

sebagai sumber karbon tunggal pertama kali diisolasi.

Pada 1973, Ahmed dan Focht melaporkan bahwa Achromobacter

menurunkan beberapa bakteri yang diklorinasi PCB. Sejak itu, banyak penelitian

menurunkan bakteri strain-PCB yang diisolasi dari PCB. Hampir semua isolat

Page 14: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

mampu mendegradasi hanya dua bi-diklorinasi. PCB dan beberapa bakteri yang telah

ditemukan dengan kemampuan untuk mendegradasi lebih tinggi diklorinasi.

Mikroorganisme ini Gram-negatif dan Gram-positif termasuk Pseudomonas,

Burkholderia, Achromobacter, Comamonas, Ralstonia, Acinetobacter, Rhodococcus

dan Bacillus. PCB dipecah oleh biphenyl "jalur atas katabolik" atau BPH yang

melibatkan empat enzim: biphenyl 2,3-dioxygenase (BphA), cis-2 ,3-dihydro-2, 3 -

dihydroxybiphenyl dehidrogenase (dehidrogenase dihydrodiol, BphB),-

dihydroxybiphenyl 1,2 2,3 - dioxygenase (BphC) dan 2-hydroxy-6-phenylhexa-2-

dienoate hydrolase ,4 (HOPDA Hydrolase, BphD). Jalur atas biphenyl memecah

molekul tersebut menjadi asam benzoat biphenyl dan 2-hydroxy-panca-2, -Dienoic

asam seperti yang ditunjukkan pada asam alifatik dimetabolisme melalui asetil-KoA

melalui siklus asam tricarboxylic akhirnya mengarah ke CO2.

SKRINING TOKISITAS

1. Pengertian Toksikologi

Toksikologi adalah ilmu yang menetapkan batas aman dari bahan kimia

(Casarett and Doulls, 1995). Selain itu toksikologi juga mempelajari

jejas/kerusakan/cedera pada organisme (hewan, tumbuhan, manusia) yang

diakibatkan oleh suatu materi substansi/energi, mempelajari racun, tidak saja efeknya,

tetapi juga mekanisme terjadinya efek tersebut pada organisme dan mempelajari kerja

kimia yang merugikan terhadap organisme. Banyak sekali peran toksikologi dalam

kehidupan sehari-hari tetapi bila dikaitkan dengan lingkungan dikenal istilah

toksikologi lingkungan dan ekotoksikologi.

Dua kata toksikologi lingkungan dengan ekotoksikologi yang hampir sama maknanya

ini sering sekali menjadi perdebatan.

Toksikologi lingkungan adalah ilmu yang mempelajari racun kimia dan fisik

yang dihasilkan dari suatu kegiatan dan menimbulkan pencemaran lingkungan

(Cassaret, 2000) dan Ekotoksikologi adalah ilmu yang mempelajari racun kimia dan

fisik pada mahluk hidup, khususnya populasi dan komunitas termasuk ekosistem,

Page 15: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

termasuk jalan masuknya agen dan interaksi dengan lingkungan (Butler, 1978).

Dengan demikian ekotoksikologi merupakan bagian dari toksikologi lingkungan.

Kebutuhan akan toksikologi lingkungan meningkat ditinjau dari :

Proses Modernisasi yang akan menaikan konsumsi sehingga produksi juga

harus meningkat, dengan demikian industrialisasi dan penggunaan energi

akan meningkat yang tentunya akan meningkatkan resiko toksikologis.

Proses industrialisasi akan memanfaatkan bahan baku kimia, fisika, biologi

yang akan menghasilkan buangan dalam bentuk gas, cair, dan padat yang

meningkat. Buangan ini tentunya akan menimbulkan perubahan kualitas

lingkungan yang mengakibatkan resiko pencemaran, sehingga resiko

toksikologi juga akan meningkat.

Tujuan Toksikologi Lingkungan adalah :

Mencari substansi yang aman, yang berarti dapat mempelajari mekanisme

racun terhadap organisme.

Mencegah terjadinya efek yang tidak dikehendaki terhadap organisme dan

lingkungan yang berarti harus dapat mengidentifikasi secara kuantitatif racun

yang ada di dalam organisme, udara, air. tanah.

Membuat kriteria dasar untuk standarisasi

Dapat memperbaiki cara pengobatan keracunan/ membuat antidotum

Bila zat toksik ini masuk ke dalam tubuh, dan menimbulkan efek, maka hal

ini yang dikatakan sebagai keracunan atau dengan kata lain adalah keadaan tidak

normal akibat efek racun karena kecelakaan, bunuh diri, tindak kriminal, jabatan.

Efek keracunan yang terjadi dapat bersifat akut, sub-akut, khronis, delayed. Hal ini

ditentukan oleh waktu, lokasi organ (lokal/sistemik). Kemampuan racun untuk

menimbulkan kerusakan apabila masuk kedalam tubuh dan lokasi organ yang rentan

disebut toksisitas.

Page 16: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

Toksisitas dapat ditentukan dari beberapa faktor yaitu :

Spesies (jenis mahluk hidup: hewan, manusia, tumbuhan)

Portal of entry , cara masuknya zat racun tersebut: kulit, pernafasan dan

mulut.

Bentuk/ sifat kimia – fisik dll.

Di dalam lingkungan dikenal zat xenobiotik yaitu zat yang asing bagi tubuh,

dapat diperoleh dari luar tubuh (eksogen) maupun dari dalam tubuh (endogen).

Xenobiotik yang dari luar tubuh dapat dihasilkan dari suatu kegiatan atau aktivitas

manusia dan masuk ke dalam lingkungan. Bila organisme terpajan oleh zat xenobiotik

maka zat ini akan masuk ke dalam organisme dan dapat menimbulkan efek biologis.

Zat toksik atau racun dapat diklasifikasikan atas dasar : sumber, jenis, wujud,

sifat kimia/ fisik, terbentuk dan efek kesehatan.

Sumber :

a. Alamiah

b. Buatan

c. Domestik, industrial, komersial

Atas Dasar Jenis :

a. Wujud : padat, gas, cair

b. Sifat kimia/fisik : korosif, radioaktif, evaporatif, explosif, reaktif

c. Terbentuknya : primer, sekunder, tersier

d. Efek kesehatan :

• Fibrosis : Pertumbuhan jaringan ikat dalam jumlah yang berlebihan (

silikosis, cobaltosis, baritosis, asbestosis, bagasosis dll)

• Granuloma : Benjolan akibat proses peradangan menahun (berilicosis)

• Demam : Meningkatnya temperatur tubuh (Mn,Zn,Sn, As, Cd)

• Asphyxia : keadaan dimana darah & jaringan keurangan O2

• Alergi : Reaksi berlebih terhadap materi tertentu (debu organik &

anorganik)

• Kanker : Pertumbuhan sel yang tidak terkendali ( benzidin& garam-garam,

Cr)

Page 17: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

• Mutasi : Perubahan susunan & jumlah gen (radioaktif)

• Teratogen: Cacat (redioaktif, helium)

• Sistemik : Racun yang menyerang hambpir ke seluruh organ tubuh

(Pb,Hg,Cd,F,Va,Ti,Tel)

• Ekonomik : racun yang dibuat dan diperlukan untuk pembangunan (

pestisida, insektisida)

e. Hidup/ biotis dan tidak hidup/ abiotis

f. Kerusakan organ

2. Analisis/ Uji Toksisitas

Dalam Peraturan Pemerintah No. 85 tahun 1999 pasal 6 disebutkan bahwa

limbah B-3 dapat diidentifikasi menurut sumber atau uji karakterisasi atau uji

toksisitas. Uji toksisitas adalah untuk menentukan sifat akut atau khronik limbah.

Pada dasarnya pengujian toksisitas bertujuan untuk menilai efek racun terhadap

organisme, menganalisis secara obyektif resiko yang dihadapi akibat adanya racun di

lingkungan. Toksisitas akut terjadi pada dosis tinggi, waktu pemaparan pendek

dengan efek parah dan mendadak, dimana organ absorpsi dan ekskresi yang terkena.

Sedangkan toksisitas khronis terjadi pada dosis tidak tinggi pemaparan menahun,

gejala tidak mendadak atau gradual, intensitas efek dapat parah/ tidak. Jenis uji yang

digunakan tergantung pada penggunaan zat kimia dan manusia yang terpapar. Ada

beberapa tingkatan dalam uji toksisitas.

Tingkat 1 Uji pemaparan akut :

• Menggambar kurva dosis dan respon untuk kematian dan kemungkinan cacat tubuh

• Uji iritasi mata dan kulit

• Membuat saringan pertama untuk mutagenik aktivitas

Tingkat 2. Uji pemaparan sub khronis

• Menggambar kurva dosis dan respon (pajanan 90 hari) dalam 2 spesies, sebaiknya

uji ini menggunakan rute pajanan pada manusia

• Uji toksisitas pada organ, catat kematian, penurunan berat badan, hematologi, dan

Page 18: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

kimia klinis, membuat sayatan dari jaringan secara mikroskopis.

• Menyiapkan saringan kedua untuk aktifitas mutagenik

• Uji reproduktif dan cacat lahir (teratologi)

• Uji pharmakokinetik dari hewan uji : absorbsi, distribusi, metabolisme dan eliminasi

dari zat dalam tubuh

• Melakukan uji perilaku

• Uji sinergisme, potensiasi, dan antagonisme

Tingkat 3 Uji pajanan khronis

• Melakukan uji mutagenicity pada hewan mamalia

• Melakukan uji karsinogenisisi pada hewan pengerat

• Menguji farmakokinetik pada manusia

• Melakukan uji coba klinis pada manusia

• Bandingkan dengan data epidemiologi dari pajanan akut dan kronis

Uji toksisitas dapat dilakukan secara kualitatif maupun kuantitatif.

A. Uji Toksisitas Kualitatif

Uji toksisitas kuantitatif misalnya dilihat dari segi organ yang terkena racun,

misalnya hati, ginjal, sistem saraf dll. Uji toksisitas kuantitatif dapat juga dilihat dari

gejala yang timbul mekanisme racun terhadap organ mulai pada tingkat selluler, ke

tingkat jaringan, dan sampai pada tingkat organ, serta menimbulkan gejala – gejala

fibrosis, granuloma, karsinogenik, teratogenik dll. Dan banyak lagi zat kimia dalam

bentuk logam dan non logam yang juga dapat menyebabkan efek seperti disebut di

atas.

B. Uji/Analisis Toksisitas Kuantitatif

Uji toksisitas secara kuantitatif dapat ditinjau dari lamanya waktu, yang dapat

diklasifikasikan menjadi toksisitas akut, sub-akut, khronis. Toksisitas akut adalah

efek total yang didapat pada dosis tunggal/multipel dalam 24 jam pemaparan.

Toksisitas akut sifatnya mendadak, waktu singkat, biasanya reversibel. Toksisitas

khronis sifatnya permanen, lama, konstan, kontinu, irreversibel

Uji toksisitas atas dasar dosis dan waktu berarti spesifik toksisitas akut/

khronis. Dosis adalah jumlah racun yang masuk ke dalam tubuh, besar, kecilnya

Page 19: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

menentukan efek. Sedangkan efek dosis ini merupakan fungsi dari usia, jenis

kelamin, berat badan, portal of entry, frekuensi, interval waktu, kecepatan eksresi,

kombinasi dengan zat lain. Terdapat beberapa istilah mengenai dosis yaitu yang

umum digunakan adalah Lethal Dosis (LD) : yaitu dosis yang mematikan X % hewan

uji dengan satuan berat/berat badan. Dikenal LD10, LD50, LD100, Min LD dan

Dosis Therapheutik yaitu dosis yang tepat untuk pengobatan. atau dapat juga dilihat

dari konsentrasi LC10, LC5O, LC100.

Di dalam PP 18 tahun 1999 dikatakan bahwa limbah yang termasuk limbah

B3 adalah limbah lain yang apabila diuji dengan metoda toksikologi memiliki LD50

di bawah nilai ambang batas yang telah ditetapkan yaitu 15 g/kg berat badan.

Sedangkan dalam PP No 85 tahun 1999 dikatakan bahwa bila nilai LD50 secara oral

lebih besar dari 50 mg/kg berat badan, maka terhadap limbah yang mengandung salah

satu zat pencemar pada lampiran III PP tersebut harus dilakukan evaluasi sifat

khronis, yaitu mutagenisitas, karsinogenisitas, teratogenisitas.

Uji toksisitas biasanya dilakukan dengan menggunakan hewan uji seperti

mencit, tikus, kelinci, monyet, anjing dan lain-lain. Pemilihan hewan uji tergantung

pada jenis toksikannya dan ketersediaan dana. Setelah diperoleh hasil uji toksisitas,

untuk dapat diketahui efeknya terhadap manusia, maka perlu dilakukan extrapolasi.

3. Analisis Efek Bahaya dalam Ekotoksikologi

Di dalam ekotoksikologi komponen yang penting adalah integrasi antara

laboratorium dengan penelitian lapangan (Kenndall and Akerman, 1992). Pendekatan

eksperimental digunakan dalam analisis bahan berbahaya yang berpotensi

menimbulkan efek dapat dikembangkan pada beberapa tingkat yang berbeda

kompleksitasnya, tergantung pada target dari studi suatu organisasi misalnya satu

spesies, populasi, komunitas atau ekosistem. Hal ini tergantung pada tipenya seperti

panjang dan pendeknya waktu kematian, khronis atau respon pada sub-khronis,

kerusakan reproduktif. Sehingga diperlukan kesepakatan diantara kenyataan ekologi

dan kesederhanaan dalam prosedur serta interpretasi hasil.

Page 20: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

4. Jenis-jenis Uji Ekotoksikologi

Dalam uji ekotoksikologi terdapat lima jenis uji yang ditentukan berkaitan

dengan keperluan yang berbeda. Biasanya digunakan pada ikan (Alabaster and Lioyd,

1982), tetapi hal ini akan lebih mudah diterapkan pada tipe organisme, air dan

terestrial. Kelima jenis uji tersebut adalah sebagai berikut :

a. Skrining toksisitas dari zat kimia, secara teoritis, semua bahan kimia dapat

ditemukan di dalam lingkungan akuatik sebagai hasil dari pembuangan, atau

sebagai tempat akhir yang berasal dari air, tanah dan udara. Jenis uji ini juga

digunakan untuk menentukan kemampuan toksisitas dari suatu kelompok zat

kimia atau produk yang mungkin ditemukan selama perjalanan masuk ke sungai

atau danau, sehingga penggunaan bahan berbahaya daoat du unvestigasi. Uji ini

sudah menjadi standar.

b. Pemantauan toksisitas dari sumber limbah atau tempat pembuangan akhir,

umumnya standar kualitas untuk efluen/ keluaran dipecahkan dengan analisis

kimia. Walaupun kandungan efluen tercampur dan kompleks, yang sangat

berbahaya bagi perikanan dan sukar untuk dianalisis, uji toksisitas pada ikan

digunakan untuk mengestimasi risiko dan uji sederhana digunakan untuk

pemantauan dari efluen. Uji ini disebut sebagai uji pemantauan efluen dan

dinyatakan dalam penampilan yang sama untuk badan air penerima.

c. Pemantauan toksisitas untuk pengajuan peraturan, standar kualitas untuk efluen

yang diuraikan di atas perlu dilegalkan, penetapan batas, membuat prosedur

standar adalah penting untuk menetapkan bukti pada bagian hukum. Dengan

membandingkan dengan standar toksisitas ikan.

d. Analisis sensitivitas dari lingkungan alamiah, telah diterangkan di atas bahwa

sungai dapat terkontaminasi oleh berbagai sumber yang membawa bahaya bagi

pengguna air di bagian hilir.

e. Uji kriteria kualitas air, banyak sekali pencemaran lingkungan yang terjadi pada

lingkungan air sebagai tempat akhir pembuangan baik industri maupun rumah

tangga.Beberapa zat kimia akan berada dalam ekosistem dalam waktu yang cukup

Page 21: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

lama, mungkin juga permanen, sehingga perlu dilakukan analisis bahaya,

formulasi kriteria kualitas air dan standar kualitas air.

Uji toksisitas dimaksudkan untuk memaparkan adanya efek toksik dan atau

menilai batas keamanan dalam kaitannya dengan penggunaan suatu senyawa.

Pengukuran toksisitas dapat ditentukan secara kuantitatif yang menyatakan tingkat

keamanan dan tingkat berbahaya zat tersebut (Cassaret dan Doull’s, 1975).

Petunjuk toksisitas yang dapat digunakan untuk evaluasi toksikologi adalah

dengan menggunakan kematian sebagai bentuk untuk memperkirakan dosis lethal

yang mungkin terjadi pada manusia (Cassaret dan Doull’s, 1975).

Brine Shrimp Lethality Test (BSLT) merupakan salah satu metode skrining

untuk menentukan ketoksikan suatu ekstrak ataupun senyawa. Kematian Artemia

salina Leach digunakan sebagai parameter untuk menunjukkan adanya kandungan zat

aktif tanaman yang bersifat sitotoksik. Apabila harga LC50 _ 1000 μg/mL ekstrak

tersebut dapat dikatakan toksik. Bila kematian sebagai responnya, maka dosis

penimbul kematian pada 50% populasi dengan spesies yang sama dalam waktu

spesifik dan kondisi percobaan sesuai diistilahkan sebagai median lethal dose atau

LD50. Obat yang diberikan sebagai konsentrasi diistilahkan sebagai Median Lethal

Concetration atau LC50 (Cassaret dan Doull’s, 1975).

Metode ini digunakan dalam usaha mengisolasi senyawa toksik dari ekstrak.

Pertama kali metode ini dipergunakan untuk menent ukan keberadaan residu

insektisida seperti DDT, parathion, dieldrin dan menentukan potensi senyawa

anestetik. Metode ini kemudian berkembang sebagai salah satu metode dalam

mengisolasi senyawa aktif yang terdapat dalam suatu ekstrak tanaman.

Keuntungan dari metode BSLT adalah peka, cepat, sederhana dan dapat

diulang tanpa terjadi penyimpangan (Wahyuono dkk, 1995).

Page 22: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN
Page 23: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

KONVERSI LIMBAH MENJADI ENERGI

Sampah merupakan sisa dari aktivitas manusia yang kian hari masalahnya

makin kompleks. Dapat diamati di berbagai sudut kota terdapat onggokan sampah

yang tidak terangkut dan menimbulkan masalah bagi lingkungan. Persoalan yang

muncul umumnya berasal dari adanya pembuangan sampah yang dilakukan secara

sembarangan yang berdampak pada kurangnya estetika lingkungan bahkan pada

kasus tertentu dapat menimbulkan dampak yang lebih luas seperti banjir dan

munculnya bibit penyakit. Persoalan ini sebenarnya muncul karena terbatasnya

kapasitas pelayanan yang dimiliki pemerintah daerah atau pemerintah kota setempat

dalam hal pengelolaan sampah, sementara laju produksi sampah terus meningkat

secara eksponensial (Adam, 1998).

Untuk mengatasi permasalahan yang timbul, ada banyak hal yang dapat kita

lakukan untuk meminimalisir dampak negatif tersebut, diantaranya adalah melakukan

konversi bagi limbah-limbah tersebut sehingga menjadi suatu produk yang

bermanfaat dan bernilai jual tinggi serta ramah lingkungan. Salah satu contohnya

Page 24: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

adalah untuk sampah organik dapat diolah menjadi briket bioarang dan kompos,

sementara sampah anorganik seperti kertas dapat dikonversi menjadi kertas daur

ulang yang dapat di kreasikan kedalam bentuk kerajinan tangan.

Pada dasarnya briket bioarang adalah salah satu inovasi energi alternatif

sebagai pengganti arang konvensional yang berasal dari kayu. Pada dasarnya briket

bioarang adalah salah satu inovasi energi alternatif sebagai pengganti arang

konvensional yang berasal dari kayu.. Keuntungan yang diperoleh dari briket

bioarang ini antara lain adalah :

1. Dapat menghasilkan panas pembakaran yang tinggi

2. Asap yang dihasilkan lebih sedikit daripada arang konvensional, sehingga

meminimalisir pencemaran udara

3. Bentuknya lebih seragam dan menarik, karena dicetak dengan menggunakan alat

cetak sederhana

4. Pembuatan bahan baku tidak menimbulkan masalah dan dapat mengurangi

pencemaran lingkungan

5. Pada kondisi tertentu dapat menggantikan fungsi minyak tanah dan kayu bakar

sebagai sumber energi bahan bakar untuk keperluan rumah tangga

6. Lebih murah bila dibandingkan dengan minyak tanah atau arang kayu.

7. Masa bakar jauh lebih lama daripada arang biasa

Selain briket bioarang, sampah organik juga dapat dikonversi menjadi

kompos. Dalam hal ini bahan yang digunakan adalah daun dan sampah organik lain.

Banyak metode yang dapat diterapkan dalam pembuatan kompos ini. Beberapa yang

dapat dijadikan referensi adalah biosun, keranjang takakura dan sebagainya. Koversi

kompos ini sangat bermanfaat . dari sini kita dapat memanfaatkan kembali berbagai

macam limbah yang semula dianggap tidak berguna menjadi suatu produk yang dapat

dimanfaatkan kembali berupa pupuk sehingga sampah organik yang ada tidak

mencemari dan merusak lingkungan.

Sementara itu, sampah-sampah kertas yang dikonversi menjadi kertas daur

ulang dan dikreasikan dalam berbagai jenis kerajinan tangan dapat memberikan nilai

ekonomis yang tinggi. Hasil dari kerajinan ini dapat dijual dengan harga tinggi dan

Page 25: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

memberikan nilai tambah dan keindahaan estetika. Dengan kata lain kita telah

mengubah hal yang tidak berguna menjadi hal yang sangat bernilai. Selain itu

manfaat dalam mendaur ulang kertas ini antara lain:

1. Memanfaatkan sampah kertas, kardus, bungkus sabun, bungkus pasta gigi menjadi

produk yang lebih berguna dan bernilai jual tinggi.

2. Mengurangi penumpukan bahan-bahan yang tidak digunakan dan mengurangi

pencemaran.

Biogas di Indonesia

Beberapa tahun terakhir ini energi merupakan persoalan yang krusial didunia.

Peningkatan permintaan energi yang disebabkan oleh pertumbuhan populasi

penduduk dan menipisnya sumber cadangan minyak dunia serta permasalahan emisi

dari bahan bakar fosil memberikan tekanan kepada setiap negara untuk segera

memproduksi dan menggunakan energi terbaru. Selain itu, peningkatan harga minyak

dunia hingga mencapai 100 U$ per barel juga menjadi alasan yang serius yang

menimpa banyak negara di dunia terutama Indonesia.

Lonjakan harga minyak dunia akan memberikan dampak yang besar bagi

pembangunan bangsa Indonesia. Konsumsi BBM yang mencapai 1,3 juta/barel tidak

seimbang dengan produksinya yang nilainya sekitar 1 juta/barel sehingga terdapat

defisit yang harus dipenuhi melalui impor. Menurut data ESDM (2006) cadangan

minyak Indonesia hanya tersisa sekitar 9 milliar barel. Apabila terus dikonsumsi

tanpa ditemukannya cadangan minyak baru, diperkirakan cadangan minyak ini akan

habis dalam dua dekade mendatang.

Untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak pemerintah

telah menerbitkan Peraturan presiden republik Indonesia nomor 5 tahun 2006 tentang

kebijakan energi nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai

pengganti bahan bakar minyak. Kebijakan tersebut menekankan pada sumber daya

yang dapat diperbaharui sebagai altenatif pengganti bahan bakar minyak.

Salah satu sumber energi alternatif adalah biogas. Gas ini berasal dari

berbagai macam limbah organik seperti sampah biomassa, kotoran manusia, kotoran

Page 26: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

hewan dapat dimanfaatkan menjadi energi melalui proses anaerobik digestion. Proses

ini merupakan peluang besar untuk menghasilkan energi alternatif sehingga akan

mengurangi dampak penggunaan bahan bakar fosil.

Biogas merupakan sebuah proses produksi gas bio dari material organik

dengan bantuan bakteri. Proses degradasi material organik ini tanpa melibatkan

oksigen disebut anaerobik digestion Gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50 % )

berupa metana. material organik yang terkumpul pada digester (reaktor) akan

diuraiakan menjadi dua tahap dengan bantuan dua jenis bakteri. Tahap pertama

material orgranik akan didegradasi menjadi asam asam lemah dengan bantuan bakteri

pembentuk asam. Bakteri ini akan menguraikan sampah pada tingkat hidrolisis dan

asidifikasi. Hidrolisis yaitu penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai

panjang seperti lemak, protein, karbohidrat menjadi senyawa yang sederhana.

Sedangkan asifidifikasi yaitu pembentukan asam dari senyawa sederhana.

Setelah material organik berubah menjadi asam-asam, maka tahap kedua dari

proses anaerobik digestion adalah pembentukan gas metana dengan bantuan bakteri

pembentuk metana seperti methanococus, methanosarcina, methano bacterium.

Perkembangan proses Anaerobik digestion telah berhasil pada banyak

aplikasi. Proses ini memiliki kemampuan untuk mengolah sampah/limbah yang

keberadaanya melimpah dan tidak bermanfaat menjadi produk yang lebih bernilai.

Aplikasi anaerobik digestion telah berhasil pada pengolahan limbah industri, limbah

pertanian limbah peternakan dan municipal solid waste (MSW).

Sejarah penemuan proses anaerobik digestion untuk menghasilkan biogas

tersebar di benua Eropa. Penemuan ilmuwan Volta terhadap gas yang dikeluarkan di

rawa-rawa terjadi pada tahun 1770, beberapa dekade kemudian, Avogadro

mengidentifikasikan tentang gas metana. Setelah tahun 1875 dipastikan bahwa biogas

merupakan produk dari proses anaerobik digestion. Tahun 1884 Pasteour melakukan

penelitian tentang biogas menggunakan kotoran hewan. Era penelitian Pasteour

menjadi landasan untuk penelitian biogas hingga saat ini.

Biogas sebagian besar mengandung gas metana (CH4) dan karbon dioksida

(CO2), dan beberapa kandungan yang jumlahnya kecil diantaranya hydrogen sulfida

Page 27: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

(H2S) dan ammonia (NH3) serta hydrogen dan (H2), nitrogen yang kandungannya

sangat kecil.

Energi yang terkandung dalam biogas tergantung dari konsentrasi metana

(CH4). Semakin tinggi kandungan metana maka semakin besar kandungan energi

(nilai kalor) pada biogas, dan sebaliknya semakin kecil kandungan metana semakin

kecil nilai kalor.

Kualitas biogas dapat ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa

parameter yaitu : Menghilangkan hidrogen sulphur, kandungan air dan karbon

dioksida (CO2). Hidrogen sulphur mengandung racun dan zat yang menyebabkan

korosi, bila biogas mengandung senyawa ini maka akan menyebabkan gas yang

berbahaya sehingga konsentrasi yang di ijinkan maksimal 5 ppm. Bila gas dibakar

maka hidrogen sulphur akan lebih berbahaya karena akan membentuk senyawa baru

bersama-sama oksigen, yaitu sulphur dioksida /sulphur trioksida (SO2/SO3). senyawa

ini lebih beracun. Pada saat yang sama akan membentuk Sulphur acid (H2SO3) suatu

senyawa yang lebih korosif. Parameter yang kedua adalah menghilangkan kandungan

karbon dioksida yang memiliki tujuan untuk meningkatkan kualitas, sehingga gas

dapat digunakan untuk bahan bakar kendaraan. Kandungan air dalam biogas akan

menurunkan titik penyalaan biogas serta dapat menimbukan korosif. berikut adalah

skema singkat pembuatan biogas dari kotoran sapi ataupun manusia.

Page 28: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

Konversi limbah melalui proses anaerobik digestion dengan menghasilkan biogas

memiliki beberapa keuntungan, yaitu :

Biogas merupakan energi tanpa menggunakan material yang masih memiliki

manfaat termasuk biomassa sehingga biogas tidak merusak keseimbangan

karbondioksida yang diakibatkan oleh penggundulan hutan (deforestation)

dan perusakan tanah.

Energi biogas dapat berfungsi sebagai energi pengganti bahan bakar fosil

sehingga akan menurunkan gas rumah kaca di atmosfer dan emisi lainnya.

Metana merupakan salah satu gas rumah kaca yang keberadaannya

duatmosfer akan meningkatkan temperatur, dengan menggunakan biogas

sebagai bahan bakar maka akan mengurangi gas metana di udara.

Limbah berupa sampah kotoran hewan dan manusia merupakan material yang

tidak bermanfaaat, bahkan bisa menngakibatkan racun yang sangat berbahaya.

Aplikasi anaerobik digestion akan meminimalkan efek tersebut dan

meningkatkan nilai manfaat dari limbah.

Page 29: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

Selain keuntungan energy yang didapat dari proses anaerobik digestion

dengan menghasilkan gas bio, produk samping seperti sludge. Meterial ini

diperoleh dari sisa proses anaerobik digestion yang berupa padat dan cair.

Masing-masing dapat digunakan sebagai pupuk berupa pupuk cair dan pupuk

padat.

Gas Sebagai Energi Alternatif.

Sejak tiga tahun terakhir pemerintah telah mengkampanyekan pengurangan

subsidi Bahan Bakar Minyak (BBM). Tujuannya adalah memberikan pemahaman

terhadap publik tentang alasan yang benar dibalik kenaikan harga BBM. Kampanye

itu dilakukan seiring dengan keputusan pemerintah mengurangi subsidi BBM.

Pesan utama dari kebijakan tersebut, selain mengurangi subsidi BBM juga

mencari sumber energi alternatif selain BBM untuk kebutuhan energi, meskipun

Indonesia merupakan negara penghasil minyak di dunia (anggota OPEC). Menipisnya

cadangan minyak dan pesatnya kebutuhan energi dalam negeri, harus diikuti oleh

upaya efesiensi, konversi dan penggunaan energi alternatif. Energi alternatif yang

dimaksud alah gas alam. Suatu sumber energi yang lebih murah, ramah lingkungan,

aman bagi lingkungan, serta memiliki efektifitas dan efisiensi yang tinggi.

Gambar Berbagai Proses Konversi dan Pemanfaatan Limbah Menjadi Barang

Berguna

Alat yang digunakan untuk

Proses konversi limbah

Page 30: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

Salah satu alat yang digunakan

untuk konversi limbah menjadi

energy, pada alat tersebut

terluliskan “Today’s

Waste..Tomorrow Energy”

Page 31: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

Bagan diatas menjelaskan pemanfaatan limbah peternakan yang dikelola

dan dimanfaatkan menjadi pupuk tanaman.

Page 32: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

Bio Energi

Kenaikan harga bahan bakar minyak dan menipisnya cadangan sumber

minyak bumi di Indonesia menjadi penghambat dalam beberapa aspek. Atas dasar

masalah tersebut, maka diperlukan upaya untuk mencari sumber-sumber energi

alternatif. Salah satu potensi energi alternatif adalah limbah biomasa yang dihasilkan

dari aktivitas produksi pertanian yang jumlahnya sangat besar.

Biomasa bersifat mudah didapatkan, ramah lingkungan dan terbarukan.

Potensi limbah biomassa terbesar adalah dari limbah kayu hutan, kemudian diikuti

oleh limbah padi, jagung, ubi kayu, kelapa, kelapa sawit dan tebu. Dengan

mempertimbangkan potensi limbah pertanian dan penggunaannya di pedesaan,

penelitian-penelitian energi terbarukan dalam hal pengelolaan konservasi energi dan

penggunaan secara efisien adalah penting untuk dilakukan.

Jagung (Zea mays) merupakan tanaman pangan yang penting di

Indonesia. Sehingga limbah batang dan daun jagung kering juga melimpah dan

merupakan sumber masalah pencemaran lingkungan. Oleh karena itu, untuk

meminimalisir dampak pencemaran lingkungan oleh limbah jagung, pengembangan

sumber energi dari limbah ini sangat penting dilakukan. Selain murah dan dapat

diperbaharui, pemanfaatan limbah jagung tidak menimbulkan polusi bahkan dapat

menguranginya. Potensi pemanfaatan dan pengembangan sumber energi terbarukan

tersebut diantaranya adalah sebagai berikut:

1. Bahan bakar padat.

Sifat tongkol jagung memiliki kandungan karbon yang tinggi. Dalam bentuk

arang (char), efisiensi penggunaan energi tongkol jagung dapat ditingkatkan. Proses

pembentukan arang (carbonization) menggunakan prinsip dasar proses pirolisa

cepat/karbonasi cepat, dimana terjadi proses pembakaran pada suhu berkisar 150-

600oC dengan udara yang sangat terbatas.

2. Ethanol dan 2,3 butanadiol.

Biomasa mengandung selulosa dan hemiselulosa. Produk akhir dari hidrolisa

selulosa adalah glukosa. Glukosa dikenal sebagai gula dengan 6 gugus karbon (dapat

difermentasi), sedangkan bagian hemiselulosa adalah D-xylosa adalah gula dengan 5

Page 33: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

gugus karbon. D-xylosa adalah jumlah gula nomor dua terbanyak di alam dan bahan

potensial untuk makanan dan bahan bakar. Gula hemiselulosa (D-xylosa) dapat

diperoleh dengan produktivitas 80-90% dari xylan dengan asam atau hidrolisa

enzimatik. Penggunaan D-xylose pada produksi komersial dari zat-zat kimia bernilai

ekonomis tinggi seperti ethanol, asam asetat, 2,3-butanadiol, aseton, isopropanol dan

n-butanol dengan menggunakan mikroorganisme. Ethanol dan 2,3 butanadiol

merupakan bahan bakar alkohol yang berasal dari proses fermentasi gula atau molase.

Ethanol mempunyai nilai energi 122 MJ/kg, sedangkan 2,3-butanediol nilai energinya

114 MJ/kg.

Proses produksi ethanol secara ringkas

Riset dalam rangka mempelajari peranan mikroorganisme pada gula pentose

masih dalam taraf pengembangan. Peneliti dari universitas Purdue-AS telah

mengembangkan ragi dengan modifikasi genetika, dimana diharapkan dapat

memfermentasikan selulosa menjadi etanol secara efisien. Ragi hasil rekayasa

genetika paling tidak mampu menghasilkan lebih dari 30% etanol dari sejumlah

bahan tanaman. Tujuannya adalah membuat etanol dengan harga yang kompetitif

dengan bensin.

Penggunaan ethanol sebagai bahan bakar baik sebagai campuran bahan bakar

bensin dan solar atau sebagai pengganti bensin telah dilakukan di beberapa negara.

Substrat (molase)

Ethanol (alkohol)

Khamir (ragi) atau

Zygomonas mobilis

Limbah mengandung

selulosa / tepung

Karbohidrat (gula) pretreatment

Page 34: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

Sebagai contoh dalam rangka kebijakan penggunaan bahan bakar yang ramah

lingkungan, Australia telah mengeluarkan kebijakan pencampuran ethanol pada

bensin untuk konsumsi kendaraan bermotor pada rasio 1:14. Sumber ethanol di

Australia dihasilkan dari limbah industri penghasil gula, pati dan gluten. Penggunaan

ethanol sebagai bahan bakar pengganti bensin dan solar sebagai program nasional

pernah berhasil dilakukan oleh Brazil pada tahun 70-an yang sumber utamanya

berasal dari limbah pengolahan tebu.

Kajian produksi bahan bakar alkohol ini perlu terus dilakukan, mengingat

secara ekonomi ongkos produksi untuk konsumsi masal pada saat ini masih cukup

tinggi sehingga belum mampu bersaing dengan bahan bakar fosil. Kelebihan dari

bahan bakar hasil proses menggunakan mikroorganisme adalah rendahnya kandungan

sulfur sehingga cukup mengurangi tingkat pencemaran.

Pemanfaatan limbah jagung dan pengembangan produk samping

Jagung memiliki banyak kegunaan, diantaranya yaitu: daun sebagai hijauan

pakan ruminansia, biji jagung sebagai sumber energi ternak unggas, sedangkan

limbah jagung lainnya seperti kulit jagung, bonggol jagung dan dedak jagung dapat

dimanfaatkan sebagai pakan ternak. Pemanfaatan tongkol jagung untuk pakan ternak

melalui proses fermentasi dengan cara mencampur tongkol jagung dengan bakteri

trikoderma dan gula pasir.

Sebuah perusahaan di Iowa, AS berhasil memanfaatkan tongkol jagung

sebagai berbagai produk yang ramah lingkungan. Tongkol memiliki sifat-sifat seperti

salah satu bagiannya keras dan sebagian bersifat menyerap (absorbent), juga sifatsifat

yang merupakan gabungan beberapa sifat, seperti: tidak terjadi reaksi kimia bila

dicampur dengan zat kimia lain (inert), dapat terurai secara alami dan ringan sehingga

tongkol jagung berupakan bahan ideal campuran pakan, bahan campuran insektisida

dan pupuk. Serta dapat digunakan sebagai alas hewan peliharaan karena alami, bersih

dan dapat mengurangi bau tidak sedap.

Macam-macam gula dalam residu tongkol jagung (% berat kering) adalah

xylose: 65, arabinose: 10 dan glukose: 25. Beberapa ragi seperti Candida polymorpha

Page 35: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

dan Pichia miso secara aerob dapat merubah D-xylose mejadi xylitol sebagai produk

utamanya dengan efisiensi konversi mencapai 90%. Penemuan ini membanggakan

karena xylitol adalah suatu gula alkohol yang merupakan pemanis alami yang

terdapat dalam jumlah kecil pada berbagai varietas buah-buahan dan sayuran. Xylitol

tidak membentuk asam dan digunakan sebagai gula substitusi bagi penderita diabetes.

Xylitol sering dipakai sebagai bahan permen karet dan pasta gigi.

Dengan adanya teknologi yang mampu memanfaatkan limbah organik atau

bahan-bahan yang semula dianggap sampah memberikan peranan yang sangat

penting bagi kehidupan. Dampak dari pencemaran yang diakibatkan oleh limbah atau

sampah tersebut dapat berkurang bahkan memberikan suatu produk yang berguna

sebagai alternatif pengganti sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui dan

berguna dalam meningkatkan kesejahteraan hidup manusia.

Page 36: BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

DAFTAR RUJUKAN

Barchia,Muhhamad.2009.Bioremediasi,(online),( http://faizbarchia.blogspot.com/,

Diakses tanggal 28 Maret 2010)

Yusuf,Guntur.2008. Bioremediasi Limbah Rumah Tangga Dengan Sistem Simulasi

Tanaman Air. Jurnal Bumi Lestari, Vol. 8 No. 2, Agustus 2008. hal. 136-144

Anonim.2010.Bioremediasi, (online), (http://www.wikipedia.org, Diakses tanggal 28

Maret 2010)

Budianto,2009. Perbaikan Lahan Terkontaminasi Minyak Bumi Secara

Bioremediasi,(online),( http://www.iec.co.id/artikel/perbaikan-lahan-terkontaminasi-

minyak-bumi-secara-bioremediasi, Diakses tanggal 28 Maret 2010)

Irfan.Tanpa Tahun.Bioremediasi Senyawa Pencemar,(online),

(faperta.ugm.ac.id/newbie/mikro/irfan_dp/.../BioremSenyPolutan.ppt, Diakses

tanggal 28 Maret 2010)

Santosa,Dwi.2009. Teknologi Bioremediasi Pulihkan Lingkungan Tercemar, (online),

(http://jurnal.ipb.ac.id/, Diakses tanggal 28 Maret 2010)

Widodo, Teguh Wikan, A. Asari, Ana N.dan Elita, R. 2009. Bio Energi Berbasis

Jagung dan Pemanfaatan Limbahnya (online) ( http://www.rudyct.com/PPS702-

ipb/02201/wm_nalley.htm. Diakses tanggal 25 Maret 2010)

Martomijdijo, Russami. 2009. Bioteknologi Lingkungan (online)

(http://bioteknews.blogspot.com/ . Diakses tanggal 25 Maret 2010)

Anonim. 2010. Bioteknologi (online) (http://www.bioteknologi.com/wiki/. Diakses

tanggal 25 Maret 2010)

Xuemei Liu, Kieran J. Germaine, David Ryan and David N. Dowling. 2010. Whole-

Cell Fluorescent Biosensors for Bioavailability and Biodegradation of

Polychlorinated Biphenyl. (online) (http://www.biotek.lipi.go.id/diakses 25 maret

2010).