Sebagai negara terpadat di Afrika, Nigeria menghasilkan sekitar 42 juta ton limbah padat. Pengelolaan sampah yang tidak memadai membuat tidak mungkin untuk mengumpulkan dan memanfaatkan bahan-bahan limbah ini dengan baik. Dengan proporsi sekitar 60%, bagian organik dari limbah padat yang dihasilkan di Nigeria merupakan peluang untuk mendapatkan nilai dari limbah dalam bentuk pembangkit energi dan produk bermanfaat lainnya.
Di Nigeria, limbah makanan menyumbang hingga 50% dari total timbulan limbah padat kota tahunan. Limbah makanan berasal dari praktik pascapanen yang buruk dan sisa makanan dari penjual makanan dan restoran. Permintaan daging sapi di Nigeria diproyeksikan meningkat sebesar 50% pada tahun 2050 dari nilai saat ini sebesar 360.000 ton per tahun. Hal ini menunjukkan peningkatan yang sesuai dalam jumlah limbah rumah potong yang dihasilkan, dengan kandungan rumen ternak terhitung sebagai bagian yang signifikan dari limbah ini. Limbah rumah potong biasanya dibuang sembarangan di lingkungan sekitarnya sebagai akibat dari peraturan yang buruk, yang merupakan pencemaran lingkungan yang serius.
Anaerobik Digestion (AD/Pencernaan Anaerobik) adalah cara berkelanjutan untuk mengelola limbah padat organik, seperti limbah makanan dan isi rumen ternak, sementara produk berharga diperoleh kembali dalam proses tersebut. Selama proses AD, biogas dapat diproduksi untuk digunakan sebagai pemanas, penerangan, dan pembangkit listrik, sedangkan digestate, produk sampingan, dapat digunakan sebagai alternatif berkelanjutan untuk pupuk anorganik.
Sebuah survei literatur yang tersedia menunjukkan bahwa pencernaan mono-bahan baku lebih umum. Penggunaan bahan baku tunggal dilaporkan bermasalah karena beberapa tantangan seperti hasil biogas yang buruk, ketersediaan bahan baku yang terbatas sepanjang tahun, dan ketidakstabilan digester. Sampai batas tertentu, tantangan ini dapat diatasi melalui metode yang berbeda, seperti penyesuaian pH, manipulasi waktu pencernaan, pemberian makan intermiten, proses AD bertingkat , pengenalan mikroorganisme eksternal, dan co -pencernaan. Di antara pilihan ini, co-digestion dari lebih dari satu bahan baku telah dilaporkan sangat berhasil dalam mengatasi tantangan yang terkait dengan pencernaan mono-bahan baku. Pencernaan bersama menghasilkan hasil biogas yang lebih tinggi, stabilitas pencerna yang lebih baik, dan khususnya, kombinasi beberapa bahan baku dengan sifat uniknya memberikan komposisi nutrisi yang lebih seimbang, komunitas mikroba yang terdiversifikasi, dan kapasitas penyangga yang lebih baik terhadap akumulasi VFA.
Proses AD merupakan serangkaian reaksi biokimia yang kompleks yang melibatkan konversi berbagai biomolekul oleh komunitas mikroba yang beragam. Selama proses ini, mikroorganisme tertentu mengkatalisasi konversi senyawa biodegradable kompleks seperti protein, karbohidrat, dan lipid menjadi bentuk yang lebih sederhana seperti karbon dioksida, asetat dan pembawa elektron tereduksi seperti hidrogen dan format, yang kemudian diubah oleh metanogen menjadi metana. Transfer elektron antarspesies langsung (DIET) antara mikroorganisme yang memfasilitasi biodegradasi senyawa biodegradable kompleks dan metanogen telah dilaporkan bertanggung jawab untuk memfasilitasi proses konversi sintrofik selama tahap metanogenesis AD. Terhentinya proses sintrofik ini seringkali menjadi penyebab ketidakstabilan digester, yang diakibatkan oleh penurunan pH akibat akumulasi VFA.
Upaya penelitian telah diarahkan untuk mengurangi situasi ini dengan fokus khusus pada pengenalan (ke dalam digester) bahan konduktif yang juga dapat berfungsi sebagai media imobilisasi mikroba. Contoh bahan yang telah dinilai dalam hal ini antara lain polietilen, gelas, polivinil alkohol, karbon aktif, dan oksida besi. Sifat berpori dari bahan ini menyediakan luas permukaan yang diperlukan untuk imobilisasi mikroba, yang memiliki efek keseluruhan memperpendek fase awal AD dan meningkatkan kecernaan bahan baku. Namun, bahan-bahan ini sering bertahan dalam digestate yang dihasilkan dan berpotensi menimbulkan risiko lingkungan jangka panjang jika tidak dipisahkan dari digestate. Implikasi biaya tambahan dari pengolahan digestate membuat penggunaan bahan-bahan tersebut tidak menarik.
Sebagai perbandingan, penggunaan biochar yang diperoleh dari pirolisis bahan biomassa menjadi alternatif yang populer karena banyak keuntungannya. Biochar telah dilaporkan meningkatkan DIET sebagai hasil dari kemampuan konduktifnya, membuatnya menjadi aditif yang cocok untuk memfasilitasi metanogenesis tanpa menimbulkan risiko lingkungan. Biochar dapat mengurangi jeda waktu pembentukan metana, meningkatkan konversi intermediet untuk metana, dan meningkatkan kadar nutrisi penting dalam media AD. Luas permukaan biochar juga meningkatkan imobilisasi metanogen dan adsorpsi inhibitor dalam media AD dan biogas, yang pada akhirnya menghasilkan produksi biogas yang lebih tinggi dan lebih bersih.
Penelitian sebelumnya lebih berfokus pada efek biochar pada produksi metana sementara beberapa penelitian menyelidiki pengentasan stres mikroba dengan menghilangkan inhibitor seperti TAN dan VFA. Sedikit atau tidak ada perhatian yang diberikan pada peran biochar dalam inaktivasi patogen selama AD. Mikroorganisme patogen umumnya terkait dengan bahan baku AD, terutama yang bersifat feses. Adalah bijaksana untuk menghilangkan organisme ini dari media AD, karena mereka mampu menyebabkan berbagai infeksi.
Selain itu, ada beberapa laporan dalam literatur yang mempertimbangkan dampak biochar pada substrat yang dicerna bersama. Hal ini ditujukan untuk menilai dampak biochar dalam menjaga stabilitas proses dan memfasilitasi pengurangan mikroorganisme patogen selama batch AD FW dan CRC serta untuk meningkatkan kinerja proses dan biosafety.
English