Pamela Peralta-Yahya
Peneliti dari Georgia Tech sedang memeriksa produksi pinene dalam serangkaian tabung uji di laboratorium. Peneliti tersebut adalah Pamela Peralta-Yahya (kiri), asisten profesor di School of Chemistry and Biochemistry dan School of Chemical and Biomolecular Engineering, dan Stephen Sarria, seorang mahasiswa pascasarjana di School of Chemistry and Biochemistry. (Credit: Georgia Tech Photo, Rob Felt)

Bhataramedia.com – Para peneliti di Georgia Institute of Technology dan Joint bioenergi Institute telah merekayasa bakteri untuk mensintesis pinene, yaitu hidrokarbon yang dihasilkan oleh tumbuhan dan berpotensi menggantikan bahan bakar berenergi tinggi, seperti JP-10. JP-10 digunakan sebagai sebagai bahan bakar rudal dan peralatan ruang angkasa lainnya. Dengan adanya peningkatan proses efisiensi, biofuel berbasis pinene dapat menambah pasokan bahan bakar berenergi tinggi yang sebelumnya hanya terbatas pada JP-10 berbasis minyak bumi, dan mungkin juga dapat memfasilitasi pengembangan mesin generasi baru berdaya tinggi.

Dengan memasukkan enzim penghasil pinene ke dalam bakteri, para peneliti berhasil meningkatkan produksi pinene sebanyak enam kali lipat lebih banyak dibandingkan dengan upaya bioteknologi sebelumnya. Meskipun demikian, peningkatan yang lebih dramatis akan diperlukan sebelum dimer (senyawa kimia yang terdiri dari dua molekul yang identik) pinene dapat bersaing dengan JP-10 berbasis minyak bumi. Para ilmuwan percaya bahwa mereka telah berhasil mengidentifikasi kendala utama yang harus diatasi untuk mencapai tujuan tersebut.

Penelitian ini telah dilaporkan dalam jurnal ACS Synthetic Biology pada 27 Februari 2014.

“Kami telah membuat prekursor berkelanjutan untuk bahan bakar taktis dengan kepadatan energi yang tinggi,” kata Peralta-Yahya, asisten profesor di School of Chemistry dan Biochemistry and the School of Chemical and Biomolecular Engineering di Georgia Tech, seperti dilansir laman Georgia Institute of Technology (26/3/2014),. “Kami berkonsentrasi untuk membuat bahan bakar yang mirip seperti apa yang dihasilkan dari minyak bumi dan dapat masuk ke dalam sistem distribusi yang telah digunakan selama ini.”

Meminimalkan berat bahan bakar sangat penting untuk menciptakan bahan bakar dengan kepadatan energi yang tinggi pada setiap aplikasi. Bensin yang digunakan untuk mobil dan diesel (yang digunakan dalam truk) mengandung lebih sedikit energi per liternya bila dibandingkan dengan JP-10. Susunan molekul JP-10 (yang mencakup beberapa cincin tegang atom karbon) mampu memberikan kepadatan energi yang lebih tinggi.

Jumlah JP-10 yang dapat diekstraksi dari setiap barel minyak sangat terbatas. Selain itu, sumber bahan baku lainnya yang memiliki potensi sebanding seperti pohon, ternyata juga tidak bisa memberikan banyak bantuan. Terbatasnya pasokan telah mendorong peningkatan harga JP-10 menjadi sekitar $ 25 per galon. Harga tersebut menyebabkan para peneliti untuk mencari alternatif biofuel yang dapat memberikan manfaat nyata sebagai pengganti bensin dan solar.

“Jika Anda mencoba untuk membuat bahan bakar alternatif untuk bensin, anda harus bersaing dengan harga $ 3 per gallon. Selain itu, pembuatannya membutuhkan proses optimasi yang panjang. ” kata Peralta-Yahya. “Sedangkan, bahan bakar yang kami kembangkan akan sangat kompetitif dengan kisaran harga sekitar US $ 25 per galon, dimana waktu pembuatannya jauh lebih singkat.”

Seperti kita ketahui, sebagian besar penelitian fokus untuk memproduksi etanol dan biodiesel sebagai bahan bakar, sedangkan studi untuk menemukan pengganti JP-10 berenergi tinggi relatif lebih sedikit.

Peralta-Yahya dan rekan penelitinya berusaha untuk memperbaiki upaya sebelumnya dengan cara mempelajari enzim alternatif yang dapat dimasukkan ke dalam bakteri E. coli. Mereka telah menargetkan enzim yang akan digunakan untuk melakukan pengujian dengan menggunakan dua kelas enzim, yaitu tiga pinene synthases (PS) dan tiga geranyl diphosphate synthases (GPPS). Mereka kemudian melakukan uji coba untuk melihat kombinasi yang mampu menghasilkan hasil terbaik.

Hasilnya jauh lebih baik daripada upaya sebelumnya, tetapi para peneliti masih bingung, karena untuk hidrokarbon yang berbeda, enzim yang sama dapat menghasilkan lebih banyak bahan bakar per liternya. Lalu, mereka mencoba langkah tambahan untuk meningkatkan efisiensinya. Para peneliti memasukkan dua enzim berdekatan satu sama lain di dalam sel E. coli, untuk memastikan bahwa molekul yang diproduksi oleh satu enzim akan memicu aktivitas enzim lainnya. Langkah ini mampu meningkatkan produksi menjadi 32 miligram per liter sehingga jauh lebih baik daripada upaya sebelumnya, namun masih tidak kompetitif dengan produksi JP-10 berbasis minyak bumi yang telah dilakukan pada skala industri.

Peralta-Yahya percaya bahwa masalahnya sekarang terletak pada adanya inhibitor pada proses tersebut.

“Kami menemukan bahwa enzim dapat dihambat oleh substrat, dan penghambatan itu tergantung konsentrasi,” katanya. “Selanjutnya, kita perlu menjaga supaya enzim tidak dihambat pada konsentrasi substrat tinggi, atau kita perlu cara lain yang mampu menjaga konsentrasi substrat tetap rendah sepanjang proses tersebut berlangsung. Kedua hal ini sulit, tetapi bukan berarti tidak dapat diatasi.”

Untuk menjadi produk yang kompetitif, para peneliti harus meningkatkan produksi pinene sebanyak 26 kali lipat lagi. Peralta-Yahya mengatakan bahwa peningkatan produksi sebanyak itu masih berada pada rentang kemungkinan untuk merekayasa E. coli.

“Meskipun kami baru sanggup menghasilkan bahan bakar dalam level miligram per liter, namun karena produk yang kita buat ini harganya jauh lebih mahal daripada diesel atau bensin, maka kita akan terus mengupayakan hasil yang lebih maksimal,” katanya.

Secara teoritis, sangat dimungkinkan untuk menghasilkan pinene dengan biaya lebih rendah dari bahan baku berbasis minyak bumi. Jika hal ini dapat dilakukan dan menghasilkan biofuel yang memiliki kinerja yang sama jika diaplikasikan pada mesin kendaraan, maka akan dapat membuka jalan bagi aplikasi mesin berdaya tinggi yang lebih ringan dan kuat. Dimer pinene, yang merupakan hasil dari dimerisasi pinene, telah terbukti memiliki kepadatan energi yang sebanding dengan JP-10.

Referensi Jurnal :

Stephen Sarria, Betty Wong, Hector García Martín, Jay D. Keasling, Pamela Peralta-Yahya. Microbial Synthesis of Pinene. ACS Synthetic Biology, 2014; 140227132508000 DOI: 10.1021/sb4001382.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here