Benarkah rumput laut bisa jadi solusi penerbangan bebas emisi pada masa depan?

  • Pascal Kwesiga
  • BBC Future
Sains
Keterangan gambar,

Rumput laut kelp raksasa tumbuh dengan kecepatan hampir 60 sentimeter setiap hari dan dapat dipanen tanpa membunuh tanaman induknya.

Di perairan dangkal tepi laut, rumput laut kelp raksasa tumbuh dalam kelompok padat. Sama seperti hutan di darat, bilah alga yang tebal ini menyediakan makanan dan tempat berlindung bagi ribuan hewan dan tumbuhan.

Struktur seperti akar menambatkan setiap helainya ke bebatuan di dasar laut. Gas yang terperangkap di bilahnya membuat kelp bisa berdiri secara vertikal di dalam air, bisa mencapai hingga 30 meter. Di dekat permukaan, kelp raksasa membentuk kanopi lebat yang bergerak mengikuti arus dan ombak.

Ini bukan tempat yang akan dituju oleh orang yang mencari masa depan penerbangan. Tapi hutan bawah laut yang tenang ini ternyata menyimpan solusi bagi masalah emisi karbon yang signifikan dari industri penerbangan.

Baca juga:

Penerbangan menghasilkan 2,4% emisi gas rumah kaca global. Dan karena dunia bertujuan untuk membatasi pemanasan global hingga 1,5 celsius dengan memotong emisi karbon hingga 'nol bersih' atau 'net zero' pada pertengahan abad ini, alternatif bahan bakar fosil untuk menggerakkan pesawat terbang perlu dicari.

Prototipe kecil pesawat listrik dan bahkan beberapa pesawat bertenaga surya telah menjadi harapan, tapi kecil kemungkinan bisa menjadi tumpuan industri penerbangan untuk mengangkut penumpang dan kargo di seluruh dunia.

Setidaknya dalam jangka pendek, pesawat perlu didukung oleh bahan bakar jet yang tidak menambah karbon ke atmosfer. Di sinilah peran rumput laut kelp raksasa.

Di habitat aslinya pada kedalaman sekitar 15 meter, kelp menyerap sinar matahari dan menghisap karbon dioksida dari atmosfer melalui proses fotosintesis.

Kelp raksasa tumbuh dengan kecepatan hampir 60 sentimeter setiap hari, menjadikannya salah satu jenis rumput laut yang tumbuh paling cepat di dunia. Dan jika dipindahkan ke kedalaman 80 meter yang lebih kaya nutrisi, tumbuhnya bahkan bisa lebih cepat.

Sumber gambar, Getty Images/Portland Press Herald

Keterangan gambar,

Untaian kelp dipanen di Saco Bay, AS.

Lewati Podcast dan lanjutkan membaca
Podcast
Investigasi: Skandal Adopsi

Investigasi untuk menyibak tabir adopsi ilegal dari Indonesia ke Belanda di masa lalu

Episode

Akhir dari Podcast

Pertumbuhan cepat inilah yang memungkinkan rumput laut kelp mengunci sejumlah besar karbon di dalam garis dan daunnya.

Saat rumput laut diterpa ombak, beberapa terlepas dari tempatnya dan hanyut ke laut dalam.

Saat kantung berisi gas yang membuatnya tetap mengapung pecah, rumput laut tenggelam ke dasar laut tempat karbon terkunci. Diperkirakan bahwa makroalga seperti rumput laut dan lamun dapat menghilangkan 61-268 juta ton karbon dari atmosfer setiap tahun.

Tapi rumput laut juga bisa dipanen dan diubah menjadi biofuel, meskipun saat dibakar masih akan melepaskan gas rumah kaca ke atmosfer. Namun karena bahan bakar itu dibuat dengan karbon yang diambil dari udara oleh ganggang, proses itu seharusnya tidak memberikan kontribusi emisi tambahan.

Tidak hanya itu, hutan kelp raksasa mendukung kehidupan laut lainnya yang juga membantu menghilangkan karbon tambahan dari atmosfer. Beberapa analisis memperkirakan, penggunaan makroalga untuk biofuel bahkan bisa memunculkan karbon negatif secara keseluruhan dalam kondisi yang tepat, meskipun prakteknya masih harus diuji secara menyeluruh.

Corinne Scown, wakil direktur divisi analisis energi dan dampak lingkungan di Lawrence Berkeley National Laboratory di Amerika Serikat, mengatakan, perubahan yang diperlukan untuk mengakomodasi bahan bakar bio-jet di bandara dan di pesawat sangat minim dibandingkan dengan yang dibutuhkan untuk penerbangan dengan listrik.

"Salah satu keuntungan besar adalah ini (bahan bakar bio dari kelp) dapat menggunakan semua infrastruktur pemurnian yang ada dari industri petrokimia," kata Brian Wilcox, salah satu pendiri dan pimpinan insinyur di perusahaan Marine BioEnergy yang berbasis di California. Dia juga bekerja dengan para ilmuwan untuk mengembangkan biofuel berbasis kelp.

"Dalam banyak kasus, hasilnya terlihat seperti minyak mentah dan melalui proses yang sama."

Masalah bagi industri penerbangan, bagaimanapun, adalah bagaimana mendapatkan bahan bakar berkualitas tinggi dalam jumlah yang cukup, sesuai yang dibutuhkan pesawatnya.

Sumber gambar, Diane Kim

Keterangan gambar,

Untaian kelp bisa diturunkan ke dalam air untuk memanfaatkan nutrisi lebih jauh ke bawah dan dinaikkan untuk mendapat sinar matahari di dekat permukaan.

Para peneliti di Institut Wrigley untuk Studi Lingkungan di Pulau Santa Catalina bekerja sama dengan Marine BioEnergy sedang mengembangkan apa yang mereka harapkan bisa menjadi solusi pertanian kelp skala besar yang dapat digunakan untuk biofuel.

Idenya didasarkan pada serangkaian eksperimen mereka, bagian dari program penelitian yang didanai Departemen Energi AS yang menyerukan sumber energi baru dari ganggang.

Kim dan timnya mengumpulkan dua rangkaian kelp dari habitat bawah lautnya di lepas pantai Pulau Santa Catalina, California. Empat puluh helai rumput laut dilekatkan pada tali panjang pada kedalaman 10 meter di dekat habitat asli kelp.

Sebanyak 40 untaian kelp lainnya dipasang pada tiang yang dapat bergerak ke berbagai kedalaman seperti lift. Selama 100 hari pertama, untaian ini direndam pada kedalaman 80 meter pada malam hari. Pada siang hari kelp diangkat ke dekat permukaan laut untuk menyerap sinar matahari.

Setelah percobaan, siklus ini menghasilkan hampir empat kali lipat biomassa, lebih banyak daripada yang disimpan di kedalaman yang lebih dangkal dan lebih dekat ke habitat aslinya.

Selain itu, ganggang dengan siklus buatan itu tumbuh jauh lebih cepat, 5% per hari dibandingkan 3,5% di habitat alami.

Penyebabnya, meskipun rumput laut membutuhkan sinar matahari untuk tumbuh, ganggang juga membutuhkan nutrisi, yang jumlahnya lebih berlimpah di tempat yang jauh dari permukaan dan cahaya.

"Setiap nutrisi yang mengapung di permukaan air diserap oleh fitoplankton dengan cukup cepat," kata Diane Kim, ahli ekologi kelautan di University of Southern California, salah satu peneliti dalam studi tersebut. "Permukaan laut sangat terbatas nutrisinya."

Kim dan rekan-rekannya percaya bahwa rotasi kedalaman ini adalah pilihan yang menjanjikan untuk pembuatan biofuel karena memungkinkan kelp memanfaatkan sinar matahari ketika lebih dekat ke permukaan dan nutrisi yang lebih tinggi di kedalaman.

Metode ini memudahkan rumput laut dibudidayakan untuk biofuel, yang akan menarik karena tidak bersaing dengan produksi pangan, tidak seperti sumber lain seperti jagung, kacang kedelai dan minyak sawit.

Wilcox, yang telah bekerja dengan Kim, mengklaim hanya perlu 0,5% lautan di Bumi untuk budidaya rumput laut agar bioenergi berbasis rumput laut dapat menggantikan bahan bakar cair untuk semua kendaraan jarak jauh dan pesawat di seluruh dunia.

Pada tahun 2013, diperkirakan 4% dari lahan pertanian global digunakan untuk menanam biofuel, angka yang kemungkinan akan meningkat sejak saat itu seiring dengan meningkatnya permintaan.

"Lautan dua kali lebih besar dari daratan," kata Wilcox.

"Kelp mudah diproses menjadi bahan bakar netral karbon karena tidak memiliki lignin dan sedikit selulosa. Kelp dapat dipanen setiap 90 hari tanpa membunuhnya," ujarnya.

Beberapa metode untuk mengubah rumput laut menjadi biofuel telah dieksplorasi, termasuk proses yang disebut pencairan hidrotermal. Proses ini melibatkan ekstraksi minyak biocrude dengan memecah biomassa kaya karbohidrat padat menjadi komponen cair dalam air bertekanan panas.

Setelah diekstraksi, bio-crude dapat diproses menggunakan teknologi kilang dan dimasukkan pada saluran distribusi tradisional.

Memproduksi biofuel dengan kepadatan energi yang cukup untuk menggantikan bahan bakar fosil adalah tantangan selama ini. Bahan bakar jet standar memiliki kepadatan energi sekitar 43 MJ/kilogram dan industri penerbangan sudah mampu mengembangkan bahan bakar biojet dengan tingkat kinerja yang sama.

Namun biaya bahan bakar nabati masih menjadi kendala utama sehingga industri membutuhkan cara untuk memproduksi bahan baku biomassa dengan murah dan itu berarti produksi dalam skala besar.

Kim percaya bahwa jika kelp dapat ditanam di pertanian samudera skala besar, kelp bisa menjadi sumber bahan bakar yang murah. Dia mengatakan, bonusnya adalah kelp tidak perlu pupuk atau pestisida.

"Alasan siklus kedalaman penting adalah karena kita jadi bisa menumbuhkan jutaan ton kelp dengan pertanian di laut terbuka dengan kapal selam drone tanpa awak," kata Cindy Wilcox, salah satu pendiri dan presiden Marine BioEnergy.

Beberapa bagian dari industri penerbangan sudah melihat nilai potensial dari biofuel berbasis alga. Airbus mendemonstrasikan bahwa mereka dapat menerbangkan pesawat menggunakan biofuel alga pada tahun 2010 dan sekarang bekerja sama dengan para peneliti untuk menemukan cara baru untuk mengembangkannya.

Sumber gambar, Getty Images

Keterangan gambar,

NASA termasuk di antara mereka yang menguji kelayakan biofuel untuk digunakan pada mesin jet besar.

Thomas Brück, seorang profesor bioteknologi sintetik di AlgaeTec Center di Technische Universität München, Jerman, sedang mencoba menumbuhkan alga yang tumbuh subur di lingkungan garam tinggi untuk biofuel.

Dia dan timnya, yang berkolaborasi dengan Airbus dalam proyek tersebut, mengidentifikasi mikroalga yang disebut Picochlorum renovo yang tumbuh sangat cepat dalam berbagai kondisi garam dan suhu. Tetapi Brück percaya bahwa toleransi tanaman itu terhadap kondisi garam tinggi mungkin bisa meningkat dengan bantuan rekayasa genetika.

Jika bisa, alga akan dapat tumbuh di lingkungan yang terlalu tidak ramah untuk produksi pangan atau jenis pertanian lainnya. Brück dan timnya menjalankan pusat demonstrasi di mana mereka membudidayakan alga, dan mereka yakin potensinya bisa besar.

"Kami dapat menyediakan antara 40-50% bahan bakar penerbangan dalam tujuh tahun jika kami mulai hari ini," kata Brück.

Namun, tidak seperti kelp, pendekatan ini akan membutuhkan kilang dan sistem distribusi baru. Pembiayaan tetap menjadi rintangan utama untuk konsep tersebut.

Agar berhasil, Brück mengatakan pemerintah, misalnya di Eropa, perlu berinvestasi dalam teknologi budidaya alga dan membangun setidaknya satu kilang untuk mewujudkan konsep tersebut. Menurutnya, itu akan membuat bisnis terlihat kurang berisiko dan menarik sektor swasta - yang akan menjadi kunci keberhasilannya.

"Kita berbicara tentang kilang di kisaran 200-300 juta euro(sekitar Rp3,2 sampai Rp4,8 miliar)," kata Brück.

"Untuk membudidayakan alga di 100-200 hektare, perlu angka yang sama (biaya kilang). Tidak ada investor yang akan melakukannya jika ada sedikit saja keraguan tentang pengembalian investasi," ujarnya.

Sementara itu jauh dari bahan bakar berbasis alga, para peneliti di University College of London (UCL) sedang mengerjakan sebuah konsep untuk mengubah limbah rumah tangga dan kota menjadi bahan bakar penerbangan yang berkelanjutan.

Massimiliano Materazzi, insinyur kimia di UCL yang memimpin tim mengatakan jika semuanya berjalan sesuai rencana, pabrik percontohan dapat siap pada tahun 2023 dan bahan bakar penerbangan berkelanjutan yang terbuat dari limbah dapat mulai digunakan pada tahun 2025.

"Inggris mengirimkan 15 juta ton sampah ke tempat pembuangan sampah setiap tahun. Ini dapat memenuhi 40-50% bahan bakar penerbangan," kata Materazzi.

Sementara itu, pabrik bahan bakar jet pertama di Inggris bisa mulai memproduksi bahan bakar pada tahun 2025. Pabrik Sierra Biofuels di AS mungkin juga mulai memproduksi bahan bakar penerbangan berkelanjutan tahun depan, menurut Materazzi.

Meskipun fokus utama saat ini adalah memproduksi bahan bakar jet yang serupa dengan yang digunakan sekarang, opsi lain adalah menggunakan limbah untuk menghasilkan hidrogen.

Materazzi percaya ini bisa dilakukan dengan memproduksi biogas dari limbah dan kemudian menggunakannya untuk menghasilkan hidrogen.

Rute lain yang lebih langsung sedang dieksplorasi oleh peneliti lain, untuk mendapatkan hidrogen dari limbah melalui fermentasi gelap, jalur biologis yang melibatkan penggunaan mikroorganisme untuk memecah limbah menjadi biohidrogen.

Sumber gambar, ZeroAvia

Keterangan gambar,

Pengujian HyFlyer I, pesawat enam tempat duduk bertenaga hidrogen, berhasil. Penggantinya direncanakan untuk menampung hingga 20 penumpang.

Airbus sedang mengembangkan tiga pesawat komersial bertenaga hidrogen, yang diharapkan akan beroperasi pada 2035. Mereka sedang menilai kebutuhan infrastruktur untuk bandara listrik dan berbasis hidrogen - kunci ambisi dekarbonisasi kedirgantaraan.

Sudah ada beberapa uji terbang pesawat listrik kecil yang mampu membawa beberapa penumpang. Tetapi saat ini pesawat hidrogen dan listrik tampaknya tidak mungkin mampu membawa penumpang dalam jumlah besar, seperti yang dibutuhkan oleh maskapai komersial besar, dan tidak dapat mencakup penerbangan jarak jauh, kata Scown.

Baterai yang berat dan kapasitasnya yang terbatas membuat pesawat listrik mungkin tetap terbatas pada penerbangan jarak pendek dengan pesawat kecil.

Masalah lain dihadapi bahan bakar hidrogen cair dan teknologi sel bahan bakar hidrogen. Menyimpan hidrogen pada suhu atau tekanan tinggi seperti yang diperlukan akan membawa tantangan keamanan dan teknis tambahan pada pesawat.

Hidrogen juga memiliki kepadatan energi yang lebih rendah berdasarkan volume dibandingkan dengan bahan bakar jet bahan bakar fosil, yang berarti pesawat perlu membawa lebih banyak bahan bakar.

Tetapi para peneliti di Lawrence Berkeley National Laboratory dan NASA Ames Research Center sedang meneliti bahan baterai, kimia, dan fisika untuk mencapai karakteristik yang dibutuhkan untuk penerbangan bertenaga baterai tingkat lanjut.

Pada akhirnya, Scown mengatakan, semua teknologi ini akan diperlukan jika kita ingin terus terbang tanpa menambah krisis perubahan iklim. Tetapi skala tantangannya masih sangat besar.

---

Anda dapat membaca versi asli tulisan ini dalam bahasa Inggris diBBC Future.