Dalam beberapa tahun terakhir, mikroalga mendapat banyak perhatian mengenai peran potensial mereka dalam pengolahan air limbah, berdasarkan kemampuan mereka untuk menggunakan nitrogen anorganik (N) dan fosfor (P) untuk pertumbuhannya, dan dengan demikian mengurangi konsentrasi senyawa ini dalam air limbah. Sebagai bagian dari pemrosesan pengolahan air limbah, budidaya mikroalga memberikan strategi biotreatment tersier yang digabungkan dengan produksi biomassa yang berpotensi bernilai tinggi. Tidak seperti biomassa lignoselulosa yang sebagian besar terdiri dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin, biomassa mikroalga mengandung lipid, karbohidrat, dan protein, yang membuatnya menjadi sumber N terbarukan yang potensial untuk pupuk alternatif, atau aditif pupuk.
Remediasi nutrisi menggunakan teknologi pengolahan konvensional mahal; oleh karena itu, mengeksplorasi metode organik dan hemat biaya untuk memulihkan nutrisi air limbah menggunakan biomassa mikroalga akan menawarkan manfaat besar. Keuntungan utama dari metode pengolahan berbasis mikroalga adalah tidak memerlukan masukan energi tambahan untuk memulihkan nutrisi secara efektif, berbeda dengan metode konvensional seperti mikrofiltrasi dan aktivasi lumpur, yang memerlukan masukan energi yang besar. Kultivasi mikroalga yang berdedikasi membutuhkan input nutrisi yang signifikan, dan oleh karena itu menumbuhkan mikroalga dalam air limbah menghadirkan skenario win-win di mana permintaan nutrisi yang tinggi dari budidaya mikroalga sebagian besar dapat dipenuhi dengan memanfaatkan air limbah yang kaya nutrisi dari sumber industri dan kota sekaligus membersihkannya.
Biochar turunan alga dapat diproduksi menggunakan proses konversi termokimia, seperti pirolisis dan karbonisasi hidrotermal (HTC), yang tidak hanya memiliki efisiensi energi yang baik tetapi juga menghasilkan produk arang yang kaya nutrisi yang dapat digunakan sebagai bahan tambahan pupuk. Pirolisis adalah proses dekomposisi termal yang mengubah bahan organik menjadi produk padat, cair, dan gas di bawah atmosfer terbatas oksigen pada suhu antara 350 °C hingga 1000 °C. HTC di sisi lain , kadang-kadang disebut sebagai pirolisis basah, dapat digunakan untuk memproses berbagai bahan baku kaya kelembaban seperti biomassa ganggang, limbah kota, dan biomassa lignoselulosa basah. Fitur HTC ini membuatnya menjadi proses termokimia yang efektif tanpa memerlukan pengeringan bahan baku yang intensif energi dan mahal sebelum karbonisasi.
Dalam kondisi HTC, berbagai reaksi terjadi termasuk dehidrasi, dekarboksilasi, dekarbonilasi , polimerisasi , yang menghasilkan pembentukan produk padat kaya karbon dan pelepasan produk sampingan berupa gas dan cair. Komposisi hydrochar , produk utama HTC, sangat berbeda dari biochar dalam hal persentase karbon dan hidrogen, tergantung pada jenis bahan baku yang digunakan. Hal ini karena HTC mengalami aromatisasi dan dehidrasi yang lebih sedikit, sedangkan reaksi polimerisasi dan kondensasi pada fase cair menyebabkan terbentuknya struktur karbon (char sekunder) pada permukaan arang primer. Terbentuknya asam organik juga menurunkan nilai pH dari hydrochar. Biochar memiliki kandungan abu yang lebih tinggi karena sebagian besar mineral tertahan dalam padatan selama pirolisis, yang menghasilkan nilai pH yang lebih tinggi. Dibandingkan dengan biochar, tingkat fungsionalitas kandungan oksigen yang lebih tinggi pada permukaan hydrochar menjelaskan afinitasnya yang tinggi terhadap air; karenanya sifat ini akan menghasilkan kapasitas retensi air tanah yang lebih baik. Selain itu, biaya produksi biochar dari biomassa berkadar air tinggi dipengaruhi oleh proses pengeringan intensif energi yang diperlukan, yang juga dapat menambah masalah lingkungan. Sebaliknya, HTC dapat menampung bahan baku berkadar air tinggi tanpa perlu langkah pengeringan terpisah, menjadikan HTC pilihan yang menarik untuk jenis bahan ini.
Meskipun pirolisis membutuhkan lebih banyak energi dibandingkan dengan HTC, pirolisis memiliki keuntungan menghasilkan syngas daripada yang dapat berfungsi sebagai sumber energi untuk memasok panas ke tungku pirolisis, membuat pirolisis menjadi pilihan yang lebih praktis. Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Cong et al. menunjukkan bahwa pirolisis brangkasan jagung pada suhu berkisar antara 550 hingga 650 °C dapat menghasilkan gas pirolitik dengan HHV sekitar 20 MJ/Nm 3 , menyediakan bahan bakar gas yang berharga untuk sepenuhnya memenuhi kebutuhan pemanasan sistem pirolisis. Selain itu, ketika mempertimbangkan potensi penyerapan karbon, biochar menunjukkan stabilitas karbon yang lebih baik dibandingkan dengan hydrochar , menjadikannya produk yang lebih menguntungkan. Dalam beberapa tahun terakhir, telah tumbuh minat untuk mempelajari biochar yang kaya mineral untuk meningkatkan penyerapan karbon dan meningkatkan sifat yang relevan dengan aplikasi lingkungan. Efek katalitik logam alkali pada pembentukan biochar dan kecenderungan rendah elemen pembentuk abu untuk memasuki fase uap selama pirolisis adalah dua faktor penting yang menjelaskan hasil fraksi padat yang lebih tinggi. Selain itu, spesies mineral dalam biomassa juga mempengaruhi produk sampingan biochar. Menurut penelitian, produksi biochar menggunakan bahan baku yang didoping Fe menghasilkan hasil gas pirolisis yang jauh lebih tinggi (sekitar 50%) dan kandungan energi terkait dalam produk sampingan gas (sekitar 40% HHV). Hal ini, pada gilirannya, membantu mengurangi biaya produksi biochar ketika produk gas digunakan sebagai input energi. Selain itu, diamati bahwa doping Fe meningkatkan kapasitas penghilangan adsorben biochar untuk kontaminan organik seperti kafein dan flukonazol hingga empat kali lipat.
Beberapa penelitian lainnya menunjukkan bahwa hydrochar mikroalga juga dapat berfungsi sebagai media budidaya tanaman. Berdasarkan sebuah penelitian, penerapan Chlorella vulgaris hydrochar ke tanah sawah menghasilkan peningkatan hasil padi sebesar 26,7% dan peningkatan produksi gula larut dalam butiran beras. Penelitian serupa menyimpulkan bahwa penerapan hydrochar yang berasal dari residu digestate nabati dan hewani dalam tanah podzol dapat meningkatkan laju perkecambahan biji dari sekitar 54 menjadi 80%. Namun, menerapkan hydrochar mikroalga di tanah secara bersamaan dapat meningkatkan NH 3 volatilisasi dan emisi N 2 O dari tanah.
English