2.4 Sistem Kultivasi Massal
Secara umum sistem kultivasi massal biomassa mikroalga dapat dibagi menjadi dua, yaitu open pond kolam terbukasistem terbuka dan fotobioreaktor
tertutup sistem tertutup Janssen et al., 2003; Wen dan Johnson, 2009; Sudhakar dan Premalatha, 2012; Harun et al., 2010; Ojamae, 2011; Quinn, 2011; dan Luo,
2005. Masing-masing sistem memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri. Penjabaran mengenai masing-masing sistem dapat dilihat pada subbab 2.4.1 dan
2.4.2 berikut ini.
2.4.1 Fotobioreaktor
Photobioreaktor PBR atau Fotobioreaktor merupakan salah satu alat yang digunakan dalam kultivasi skala massal pada sistem outdoor atau luar
ruangan selain sistem kolam terbuka Kawaroe et al., 2010. Fotobioreaktor merupakan salah satu alat dimana energi cahaya dikonversikan ke dalam energi
biokimia Das, 2011. Ada beberapa faktor yang yang mempengaruhi performa dari fotobioreaktor Das, 2011, yaitu penetrasi cahaya, perbandingan antara luas
permukaan terhadap volume, kontrol temperatur, daya tembus pandang dan daya tahan dari bahan, dan pertukaran gas. Fotobioreaktor merupakan sistem kultivasi
skala massal sistem tertutup, yang mana pada sistem tertutup menurut Das 2011 memberikan produksi biomassa sebanyak tiga kali lipat bila dibandingkan dengan
sistem terbuka. Fotobioreaktor menurut Li et al. 2008, Pulz 2001, dan Richmond
2004 memiliki beberapa kelebihan, yaitu memiliki densitas mikroalga yang lebih tinggi, memiliki produktivitas yang lebih tinggi, mencegah kontaminasi, dan
menangkap sinar cahaya matahari dan mendifusikannya ke dalam medium secara langsung.
Fotobioreaktor juga memiliki beberapa kekurangan, yaitu selain biaya operasionalnya tinggi Harun et al., 2010; Li et al., 2008; Pulz, 2001; dan
Richmond, 2004, fotobioreaktor juga sulit untuk dilakukan scale-up karena faktor cahaya, ketersediaan dan efisiensi. Cahaya matahari yang menyinari bagian
permukaan reaktor, intensitasnya akan berkurang secara eksponensial dari daerah yang tercahayai ke daerah pusat reaktor Luo, 2005. Intensitas cahaya biasanya
menurun secara tajam akibat penyerapan selular, scattering, dan pemantulan diantara sel mikroorganisme serta elemen media kultivasi Vincenti dan Kruger,
1965; Cassano et al., 1995. Konsentrasi volume dan biomassa harus cukup tinggi untuk dapat
memotong biaya produksi pada fotobioreaktor skala besar. Penetrasi cahaya ke dalam reaktor biasanya yang berkurang secara eksponensial menyebabkan
terbentuknya zona gelap pada inti reaktor dan zona intesitas kecil cahaya pada daerah permukaan reaktor, terutama pada fotobioreaktor skala besar. Kedua zona
ini tidak kondusif bagi pertumbuhan mikroalga. Terlalu banyak cahaya yang diberikan akan menyebabkan efek fotoinhibisi, sementara terlalu sedikit cahaya
akan menyebabkan pertumbuhan tidak berjalan dengan baik fotolimitasi, sehingga efisiensi penggunaan cahaya biasanya rendah Pulz dan Schebenbogen,
1998. Beberapa fotobioreaktor yang telah digunakan oleh para peneliti disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3. Beberapa contoh fotobioreaktor. Ojamae, 2011
Kunci masalah didalam kultivasi yang dilakukan dengan menggunakan fotobioreaktor menurut Gudin dan Chaumont 1991 ialah berupa semburan udara
yang berlebihan dan semburan udara tersebut dapat merusak sel mikroalga. Ada tiga titik semburan udara yang dapat menyebabkan kerusakan sel menurut
Tramper et al., 1986, yaitu pada titik awal penyemburan dimana gelembung udara terbentuk, pada daerah dimana gelembung udara naik, dan pada daerah
dimana penyebaran gelembung udara terjadi. Ketiga titik tersebut ada pada fotobioreaktor yang digunakan dalam proses kultivasi. Daerah yang paling
meyakinkan sebagai tempat kematian sel yaitu daerah dimana gelembung udara pecah Jobses et al., 1991.
2.4.2 Open Raceway Pond
Kategori