Timbulan air limbah karena aktivitas manusia merupakan penyebab utama masalah lingkungan. Masalah ini disebabkan oleh banyaknya polutan organik dan anorganik terkait dengan keberadaan pestisida, logam, patogen, obat-obatan dan pewarna. Pengolahan efluen fotosintesis muncul sebagai alternatif yang berkelanjutan dan berbiaya rendah untuk mengembangkan sistem pengolahan air limbah berdasarkan ekonomi sirkular. Senyawa kimia yang ada dalam air limbah dapat dimanfaatkan kembali dan digunakan kembali sebagai sumber nutrisi dalam budidaya mikroalga untuk menghasilkan bioproduk bernilai tambah.
Biomassa mikroalga yang dihasilkan pada budidaya dengan limbah berpotensi menghasilkan biochar. Biochar adalah arang kaya karbon yang dapat diperoleh dengan mengubah biomassa mikroalga melalui dekomposisi termal bahan baku organik dalam kondisi suplai oksigen terbatas. Pirolisis, torefaksi , dan karbonisasi hidrotermal adalah proses yang digunakan untuk sintesis biochar. Penerapan biochar mikroalga sebagai bahan adsorben untuk menghilangkan beberapa senyawa yang ada dalam limbah merupakan pengolahan yang efektif dan cepat. Keefektifan ini biasanya terkait dengan karakteristik fisikokimia biochar yang unik, seperti adanya gugus fungsi, kapasitas pertukaran ion, stabilitas termal, dan luas permukaan, volume, dan luas pori yang tinggi. Selain itu, biochar dapat digunakan kembali dalam proses adsorpsi atau diterapkan dalam pertanian untuk koreksi tanah.
Kegiatan perkotaan, industri, dan pertanian merupakan sumber utama air limbah dan terkait langsung dengan masalah lingkungan karena banyaknya polutan organik dan anorganik. Air limbah pertanian, misalnya, mengandung sejumlah besar herbisida, pestisida, obat-obatan dan nutrisi seperti nitrogen dan fosfor. Dalam air limbah kota, obat-obatan, mikroplastik , dan produk perawatan pribadi diverifikasi. Air hasil kegiatan industri terutama terdiri dari logam berat, fenol, pewarna dan senyawa kimia lainnya. Di sisi lain, air limbah semakin dikenal sebagai sumber bahan baku. Dengan cara ini, instalasi pengolahan air limbah (IPAL) akan mengadopsi fungsi ganda (penghilangan polusi dan pemulihan sumber daya). Air limbah yang kaya sumber nutrisi dapat dipulihkan dan digunakan kembali dari perspektif ekonomi sirkular.
Mikroalga sangat dikenal untuk memulihkan nutrisi dari air limbah, terutama nitrogen dan fosfor, untuk pertumbuhan dan produksi biomassa. Biomassa mikroalga yang tumbuh di air limbah memiliki potensi tinggi untuk pemulihan sumber daya, karena mengasimilasi serangkaian elemen (nutrisi dan mineral) dan molekul (lipid, karbohidrat, polimer, dan pigmen) yang dapat digunakan dalam beberapa aplikasi dalam konteks lingkaran ekonomi. Selain itu, operasi beberapa unit terintegrasi dalam sistem biorefinery mikroalga berkontribusi untuk meningkatkan pemulihan sumber daya, efisiensi proses, dan profitabilitas.
Mikroalga dapat mengurangi kontaminasi dan menghasilkan produk seperti bio-oil, biopolimer, pupuk hayati, dan biochar. Proses utama untuk memperoleh biochar mikroalga adalah pirolisis, torefaksi , dan karbonisasi hidrotermal. Biochar mempertahankan karbon dalam strukturnya, bertindak sebagai penyerap karbon dioksida (CO2 ) jangka panjang dan dapat menggantikan bahan bakar fosil dalam industri manufaktur. Komposisi biochar bervariasi sesuai dengan bahan baku yang digunakan dalam produksi.
Aplikasi biochar mikroalga dapat dikaitkan dengan karakteristik fisikokimianya. Luas permukaan yang tinggi, volume dan luas pori, adanya gugus fungsi, kapasitas pertukaran ion, dan stabilitas termal dianggap sebagai faktor penting untuk proses adsorpsi. Biochar mikroalga dapat digunakan dalam penangkapan CO2, pertanian sebagai pupuk, dan bioremediasi tanah. Selain itu, mikroalga memiliki keunggulan dalam proses pembuatan biochar dibandingkan dengan bio-oil, karena biochar dapat diperoleh melalui metode ekonomi karbonisasi hidrotermal yang menggunakan suhu rendah (di bawah 250 °C), sedangkan untuk produksi bio-oil pada suhu yang lebih tinggi (250-400 °C) digunakan.
Dalam kasus penggunaan pirolisis lambat pada mikroalga, spesies kaya N yang mengandung biochar dapat terbentuk lebih baik daripada pembentukan bio-minyak. Selanjutnya, penggunaan biochar yang diperoleh melalui pirolisis biomassa dapat mengurangi emisi gas rumah kaca hingga 22%. Selain itu, bioproduk ini memiliki keunggulan daur ulang, digunakan kembali dalam proses adsorpsi atau diterapkan pada koreksi tanah, mempromosikan keberlanjutan dalam pengolahan limbah dan pertanian.
Dengan cara ini, selain bertindak langsung dalam remediasi air limbah, mikroalga dapat menawarkan bioproduk adsorben dari kontaminan organik dan anorganik. Dari perspektif ini, artikel ulasan ini melaporkan produksi, karakterisasi, dan penggunaan biochar mikroalga sebagai pendekatan berkelanjutan untuk pengolahan air limbah, menekankan potensinya dalam ekonomi sirkular. Selain itu, artikel ini mendekati potensi biochar mikroalga sebagai bahan adsorben dan penggunaannya kembali setelah adsorpsi kontaminan, serta menyoroti tantangan dan perspektif masa depan tentang topik ini.
English