Biorock : Solusi Rehabilitasi Terumbu Karang Di Indonesia

Indonesia merupakan negara kepulauan terbesar di dunia, dengan garis pantai sepanjang 95.181 km. Garis pantai Indonesia adalah yang keempat terpanjang di dunia, setelah AS, Kanada dan Rusia. Indonesia memiliki 18% populasi terumbu karang dunia, tetapi hanya tersisa 5,8 % dari seluruh terumbu karang di Indonesia yang memiliki kondisi sangat baik. Sebagian besar terumbu karang Indonesia terletak di dekat garis pantai. Hal ini menyebabkan adanya tekanan berat dari aktivitas penduduk pesisir pantai

Sudah banyak upaya yang dilakukan untuk menyelamatkan dan merahabilitasi terumbu karang, baik oleh pemerintah, LSM maupun masyarakat pesisir setempat. Beberapa upaya rehabilitasi terumbu karang yang telah dilakukan di Indonesia antara lain adalah dengan mengembangkan teknik transplantasi karang, terumbu karang buatan, maupun metode akresi mineral (biorock).

Biorock adalah suatu proses teknologi deposit elektro mineral yang berlangsung di dalam laut, biasanya disebut juga dengan teknologi akresi mineral. Pada tahun 1974 teknologi ini dikembangkan oleh Prof. Wolf H. Hilbertz, seolang arsitek berkebangsaan Jerman. Teknologi ini awalnya dikembangkan untuk mendapatkan bahan bangunan jenis baru. Tetapi pada tahun 1988, Prof. Wolf H. Hilbertz bertemu dengan dengan Dr. Thomas J. Goreau, seorang ahli ekologi karang dari AS. Mereka mendirikan GCRA (Global Coral Reef Alliance) dan mulai melakukan riset untuk mengembangkan lagi teknologi biorock dengan fokus pada perkembangbiakan, pemeliharaan dan restorasi terumbu karang serta struktur proteksi pesisir.

Cara Kerja Biorock

Biorock bekerja menggunakan proses elektrolisis air laut, yaitu dengan meletakkan dua elektroda di dasar laut dan dialiri dengan listrik tegangan rendah yang aman sehingga memungkinkan mineral pada air laut mengkristal di atas elektroda. Biorock dibentuk dengan menggunakan struktur ram besi non-galvanisasi sebagai katoda dan karbon, timah atau titanium sebagai anoda. Saat dialiri listrik, struktur biorock ini menimbulkan reaksi elektrolitik yang mendorong pembentukan mineral di struktur katoda. Mineral yang mengendap adalah kalsium karbonat dan magnesium hidroksida. Kedua mineral ini penting karena merupakan struktur dasar dari terumbu karang. Karena pengakresian mineral yang terjadi secara cepat, bibit terumbu karang yang ditanamkan ke struktur biorock dapat tumbuh secara cepat. Endapan mineral ini juga melekatkan struktur dengan dasar laut dan memperkuat struktur.

Dilihat dari proses pembentukan deposit mineralnya, akresi mineral bukanlah suatu reaksi oksidasi langsung seperti elektroplatting, tetapi merupakan suatu proses yang tidak langsung, dimana pengendapan mineral terjadi karena suatu hasil sampingan dari perubahan pH di sekitar katoda ketika terjadi proses elektrolisis pada air laut. Ketika klorin dan oksigen terkumpul di sekitar anoda, maka mineral magnesium dan kalsium yang melimpah di air laut akan mengendap di katoda.

Ada beberapa alternatif sumber tenaga yang digunakan untuk menjalankan sistem ini, baik dengan menggunakan pembangkit listrik tenaga matahari (solar cell), pembangkit listrik tenaga pasang surut, generator, aki maupun listrik rumah tangga. Tenaga yang digunakan adalah arus DC dengan kisaran antara 1-24 Volt. Pada beberapa penelitian digunakan tegangan dengan kisaran 6-12 Volt

Proses Akresi Mineral

Proses elektrolisis yang membentuk deposit mineral terjadi dengan cara sebagai berikut

1. Ketika tegangan melewati elektroda, maka katoda akan menjadi cukup negatif untuk menarik ion hidrogen dari air laut dan menyumbangkan elektron untuk mengubah ion hidrogen menjadi gas yang akan naik ke permukaan.

2e^- + 2H⁺ → H_2(gas)

2. Dengan semakin habisnya ion hidrogen di sekitar elektroda, maka terjadi reaksi kimia:

H₂CO₃ → H⁺ + HCO₃^- → 2H⁺ + CO₃^2-

Pada saat ion hidrogen di dekat katoda habis, berdasarkan prinsip Le Chatelier’s reaksi akan bergerak ke kanan untuk membentuk ion H pada perairan. Hal ini juga akan meningkatkan konsentrasi ion karbonat (CO₃^2-) pada perairan. Pada akhirnya konsentrasi ion CO₃^2- semakin besar untuk membentuk reaksi:

Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO_{3 (solid)}

Pengendapan kalsium karbonat di atas katoda terjadi ketika tingkat kelarutan dari Ca²⁺ dan CO₃^2- melebihi keadaan untuk dapat larut pada cairan. Endapan kalsium karbonat ini disebut juga aragonite, merupakan endapan keras, kuat dan hampir tak dapat larut. Pengendapan dari CaCO₃ adalah pengendapan pertama yang terjadi pada tegangan rendah. Ketika tegangan pada katoda meningkat maka reaksi lain mulai mendominasi

3. Ketika ion hidrogen di sekitar katoda berubah menjadi gas hidrogen, daerah di dekat katoda menjadi kehabisan ion H dan sesuai dengan hukum kesetimbangan kimia maka ini akan meningkatkan pH di daerah sekitar katoda membuat larutan menjadi basa. Reaksi yang terjadi:

H₂O → H⁺ + OH^-

Reaksi ini mulai mengembalikan ion H⁺ dan membuat konsentrasi ion OH^- meningkat. Ketika konsentrasi ion OH^- meningkat maka reaksi yang terjadi adalah:

Mg²⁺+ 2OH^- →Mg(OH)_2(solid)

Pengendapan kalsium karbonat di atas katoda terjadi ketika tingkat kelarutan dari ion magnesium dan ion OH- melebihi keadaan untuk dapat larut pada cairan. Bentuk solid dari magnesium hidroksida juga disebut brucite. Endapan ini lebih lunak dan dapat larut dalam cairan dibandingkan dengan kalsium karbonat.

Proses Pembuatan Biorock

Langkah pertama dalam pembuatan biorock yaitu mengobservasi daerah yang akan menjadi tempat peletakkan struktur biorock. Lalu dibuat desain yang sesuai dengan kondisi situs peletakkan biorock (Gambar 1).

Selanjutnya ram besi non-galvanisasi di las membentuk struktur sesuai desain (Gambar 2). Struktur yang telah selesai kemudian diangkut dan diletakkan ke situs biorock (Gambar 3).

Kemudian sistem arus listrik tegangan rendah dipasang pada struktur, menggunakan kabel yang tahan air (Gambar 4 dan 5).

Setelah itu pecahan turumbu karang yang masih hidup dikumpulkan sebagai bibit, dan ditempatkan pada struktur (Gambar 6 dan 7)

Arus listrik dibiarkan terus mengalir, dan deposit mineral mulai terbentuk (Gambar 8). Deposit ini terbentuk kira-kira 6 kali lebih cepat dibanding dengan kondisi pengendapan normal, dan memperkuat struktur biorock (Gambar 9).

Biorock di Indonesia

Indonesia  telah melakukan upaya rehabilitasi terumbu karang dengan teknologi ini sejak tahun 2000, yaitu di daerah Pemuteran Bali. Kegiatan ini dipelopori oleh “Karang Lestari Pemuteran” bekerjasama dengan dive shop, pengelola hotel, restoran, para nelayan dan para ilmuan yang memilki kepedulian tinggi terhadap kelestarian terumbu karang. Struktur Biorock yang dipasang di Pemuteran berjumlah 22 struktur dengan bentuk yang sama seperti struktur yang ada di pulau Kwadule, Kuna Yala, Panama. Struktur ini ditempatkan pada kedalaman 120 kaki.

Biorock di Pemuteran Bali memiliki tingkat keberhasilan paling tinggi dari 19 negara lain yang juga menerapkan metode biorock ini, oleh karena itu Biorock di Pemuteran telah 5 kali meraih penghargaan baik lokal maupun internasional. Kunci keberhasilan Biorock di Pemuteran Bali adalah karena keterlibatan dari berbagai pihak terutama masyarakat sekitar terutama kelompok nelayan dan Pecalang laut (polisi desa/adat).

Keberhasilan penerapan biorock di daerah Pemuteran, Bali dapat menjadi tolak ukur bagi rehabilitasi situs-situs terumbu karang lain di seluruh Indonesia. Sayangnya teknologi biorock ini masih dalam masa paten dan masih sedikit diterapkan sehingga biayanya relatif mahal. Rata-rata suatu struktur biorock memerlukan biaya perawatan sekitar 5 juta per bulan. Untuk ke depan, diharapkan biorock dapat menjadi teknologi tepat guna yang bebas diterapkan oleh masyarakat pesisir untuk melestarikan terumbu karang mereka.

BioPlastik

Sejak ditemukan oleh Baekeland pada tahun 1909, plastik yang awalnya hanya digunakan untuk kepentingan Perang Dunia Pertama, mulai diproduksi secara massal. Jenis-jenis plastik pun bertambah, awalnya hanya bakelit (dinamai sesuai penemunya) yang berkarakteristik keras dan stabil, menjadi beragam seperti polistirena yang berbentuk gabus, PVC yang digunakan untuk peralatan rumah tangga dan nilon yang digunakan untuk bahan pakaian. Produksinya juga berkembang secara luar biasa, dari hanya beberapa ratus ton pada tahun 1930-an, menjadi 150 juta ton/tahun pada tahun 1990-an dan 220 juta ton/tahun pada tahun 2005. Saat ini penggunaan material plastik di negara-negara Eropa Barat mencapai 60kg/orang/tahun, di Amerika Serikat mencapai 80kg/orang/tahun, sementara di India hanya 2kg/orang/tahun.

Salah satu bentuk plastik yang sering kita gunakan adalah kantong plastik. Kantong plastik merupakan hasil penemuan Sten Gustaf Thulin, seorang ilmuwan Swedia. Dia mengembangkan ide untuk membuat kantong yang simpel, ringan, kuat, dan praktis yang terbuat dari plastik. Penemuannya kemudian dipatenkan oleh perusahaan Celloplast pada tahun 1965. Tahun 1980-an, dua supermarket terbesar di Amerika, Saveway dan Kroger mulai mengganti penggunaan kantong kertas dengan kantong plastik. Sejak saat itu kantong plastik menjadi alat pembawa yang umum digunakan di seluruh dunia. Sekarang, setiap tahun sekitar 500 milliar sampai 1 triliun kantong plastik dipakai di seluruh dunia. Karena hanya digunakan untuk sekali pakai dan sifatnya yang tidak dapat terdegradasi, maka kantong ini kebanyakan menjadi limbah dan kemudian menimbulkan masalah bagi lingkungan.

Plastik merupakan bahan yang sangat sulit terurai oleh lingkungan. Plastik dapat pecah dan lapuk karena sinar ultraviolet dan proses-proses fisik yang terjadi di alam, tapi bukan berarti plastik benar-benar hancur. Plastic tersebut hanya menjadi plastik yang lebih kecil dan semakin kecil dan akhirnya dapat menyusup ke rantai makanan. Proses pelapukan plastik pun melepaskan berbagai bahan berbahaya seperti PCB dan dioksin. Plastik yang mengalir bersama limbah lainnya ke laut, terapung-apung dan sering disalahpahami oleh hewan sebagai plankton atau ubur-ubur. Banyak hewan pemangsa memakan plastik dan mengalami keracunan. Plastik juga tidak dapat dicerna dan menyangkut di saluran pencernaan, sehingga setelah membunuh seekor hewan, plastik tersebut tidak rusak dan dapat membunuh hewan lain lagi dan lagi.

Sejak munculnya kesadaran akan pencemaran lingkungan, bermunculan berbagai solusi, misalnya 3R (reduce, reuse dan recyle). Sayangnya daur ulang plastik tidak mencapai 30% dari total plastik yang diproduksi. Hal ini berarti kita terus menerus melepaskan limbah yang berbahaya, konsisten dan tidak dapat terurai ke lingkungan. Plastik harus berhenti diproduksi, dan harus ditemukan bahan lain sebagai penggantinya. Oleh karena itu, sejak tahun 2004 mulai dikembangkan bioplastik, yaitu plastik yang terbuat dari senyawa organik dan strukturnya memungkinkan untuk terurai.

Jenis-jenis Bioplastik

1.      Plastik berbahan dasar amilum, disebut juga Plastarch, adalah bioplastik yang paling luas digunakan, mendominasi 50% pasar bioplastik. Plastarch ini terbuat dari amilum, yang dalam bentuk murni sering digunakan sebagai kapsul obat. Amilum ditambahi dengan bahan fleksibiliser dan plastikeser seperti sorbitol dan gliserin sehingga amilum menjadi bersifat termoplas (lebur dan dapat dibentuk pada suhu tinggi, mengeras dan stabil pada suhu sedang)

2.      Plastik PLA (asam polilaktat) adalah plastik transparan yang diproduksi dari gula tebu atau glukosa. Sifat plastik PLA ini mirip dengan plastik petrokimia yang konvensinal, seperti PE dan PP, sehingga dapat diproduksi dengan alat-alat pabrik plastik standar yang sudah ada. Plastik PLA umumnya digunakan untuk membuat kantong pembungkus, botol minuman dan cangkir.

3.      Poli-3-hidroksibutirat (PHB) adalah polyester yang dibuat dari amilum atau glukosa yang dihasilakn oleh bakteri tertentu. Karakteristiknya serupa dengan petroplastik polipropilene (PP). PHB memiliki titik lebur lebih dari 130^oC dan dapat terbiodegradasi tanpa sisa.

4.      Genetically modified (GM), masih merupakan tantangan bagi industri bioplastik. Salah satu percobaan adalah menggunakan jagung yang dimodifikasi. GM bioplastik masih dalam tahap pengembangan

Produksi Bioplastik

Produksi dan penggunaan bioplastik umumnya dianggap sebagai aktivitas yang lebih berkelanjutan dibandingkan dengan produksi plastik dari minyak bumi (petroplastic), karena kurang bergantung pada bahan bakar fosil sebagai sumber karbon. Bioplastik secara signifikan mengurangi limbah berbahaya yang disebabkan oleh petroplastik, yang tidak hancur selama ratusan tahun, dan membuka era baru dalam teknologi dan industri kemasan.

Namun, pembuatan bahan bioplastik seringkali masih bergantung pada minyak bumi sebagai sumber energi dan bahan-bahan. Contohnya energi yang dibutuhkan untuk mesin pertanian dan pengairan tanaman, untuk memproduksi pupuk dan pestisida, untuk mengangkut hasil panen, untuk memproses bahan mentah, dan akhirnya untuk menghasilkan bioplastik.

Produsen bioplastik Italia, Novamont menyatakan bahwa memproduksi satu kilogram plastarch menggunakan 500 g minyak bumi dan mengonsumsi hampir 80% dari energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan polimer polietilen konvensional. Data lingkungan dari NatureWorks, satu-satunya produsen komersial Plastik PLA (asam polilaktat), mengatakan bahwa membuat bahan plastik memberikan penghematan bahan bakar fosil antara 25 dan 68 persen dibandingkan dengan polietilen.

Sebuah studi dari Institut Athena, AS, menyatakan bahwa sebagian produk bioplastik merusak lingkungan hidup karena besarnya energi pembuatannya, namun ada juga produk yang menguntungkan. Ada juga studi lain yang menyatakan bioplastik mewakili 42% pengurangan karbon. Terlihat bahwa masih adanya kontroversi dalam produksi bioplastik terkait lingkungan hidup. Bioplastik merupakan penemuan yang umurnya masih muda, oleh karena itu perlu lebih dikaji dan dikembangkan lagi.

Degradasi Bioplastik

Tingkat degradasi bioplastik bervariasi tergantung suhu, stabilitas polimer, dan tersedianya oksigen. Akibatnya, sebagian besar bioplastik dapat terurai pada kondisi yang dikontrol ketat dalam unit industri kompos. Dalam tumpukan sampah, tanah atau di air, bioplastik masih sulit terdegradasi. Sebuah standar ISO yang disepakati secara internasional, yaitu EN13432, mendefinisikan seberapa cepat dan sampai sejauh mana plastik rusak di bawah kondisi kompos komersial sehingga dapat dikategorikan biodegradable. Standar EN13432 yaitu suatu jenis plastik dengan sampel setebal 2 mm harus terurai 90% menjadi gas CO₂ dalam 6 bulan.

Penggunaan Bioplastik

Diperkirakan konsumsi global bioplastik pada tahun 2006 adalah sekitar 85.000 ton. Sementara konsumsi seluruh jenis plasti adalah 12,3 juta ton. Ini berarti biolastik baru mencakup 6,9% dari total plastik dunia. Diharapkan pada tahun 2011, penggunaan biplastik dapat meningkat hingga 1,5 juta ton. Meskipun demikian, bioplastik hanya mencakup sedikit dari pasar petroplastik yang diperkirakan akan meningkat hingga 220 juta ton.

Perbandingan antara bioplastik dan petroplastik ini hanya dapat diubah dengan berubahnya minat pasar. Di Indonesia sendiri, sudah beberapa supermarket yang menggunakan biodegradable bag sebagai pengganti kantong plastik. Kita sendiri sebagai