Bioleaching

Bioteknologi dalam kiprahnya digunakan untuk berbagai keperluan dari berbagai bidang. Keperluan tersebut diantaranya mencakup bidang kedokteran, pertanian, perikanan, lingkungan dan juga termasuk bidang pertambangan. Dalam bidang pertambangan dikenal sebagai istilah metalurgi. Metalurgi adalah ilmu dan teknologi yang mengkaji proses pengolahan dan perekayasaan mineral dan logam. Ruang lingkup metalurgi meliputi: pengolahan mineral (mineral dressing), ekstraksi logam dari konsentrat mineral (extractive metallurgy), proses produksi logam (mechanical metallurgy), perekayasaan sifat fisik logam (physical metallurgy). Salah satu cabangnya adalah Biohidrometalurgi, yakni pengolahan bijih logam menjadi logam murni dengan cara penambahan mkhluk hidup seperti bakteri.

Logam merupakan bahan pertama yang dikenal oleh manusia dan digunakan sebagai alat-alat yang berperan penting dalam sejarah peradaban manusia (Darmono, 2001). Logam berat masih termasuk golongan logam dengan kriteria-kriteria yang sama dengan logam lain. Perbedaannya terletak dari pengaruh yang dihasilkan bila logam berat ini berikatan dan atau masuk ke dalam organisme hidup. Berbeda dengan logam biasa, logam berat biasanya menimbulkan efek-efek khusus pada mahluk hidup (Taberima, 2004). Keberadaan logam berat dalam lingkungan berasal dari dua sumber. Pertama dari proses alamiah seperti pelapukan secara kimiawi dan kegiatan geokimiawi serta dari tumbuhan dan hewan yang membusuk. Kedua dari hasil aktivitas manusia terutama hasil limbah industri (Connel dan Miller, 1995).

Perkembangan dan pertumbuban industri di samping memberikan kesejahteraan bagi masyarakat, juga menghasilkan buangan limbah. Limbah yang dihasilkan dari proses industri antara lain mengandung logam berat yang berasal dari industri peleburan baja, baterai, dan cat atau pewarna. Di lingkungan perairan, logam berat ini akan mengendap bersama lumpur atau bentuk sedimen sebagai sulfida, karbonat, dan fosfat yang tidak larut. Kandungan logam berat dalam lumpur atau sedimen berkisar 0,5-2% berat kering. Sementara Lester et al. (1983) dalam Couillard dan Zhu (1991) mengatakan bahwa pada beberapa kasus, kadar logam berat Cr, Cu, Pb, dan Zn dalam sedimen dapat mencapai 4% (wlw) berat kering. Logam berat Timbal (Pb) banyak digunakan pada industri peleburan besi dan baja, industri baterai, industri elektroplating, industri cat, warnaltekstil, kabel listrik, dan bahan aditif pada bahan bakar kendaraan bermotor (Stokinger, 1981; WHO, 1995). Oleh sebab itu industri tersebut sebagai donatur utama atau penghasil limbah logam berat timbal pada lingkungan perairan berbentuk sedimen atau lumpur. Bila sedimen atau endapan lumpur dengan kadar logam berat yang tinggi dikeruk dan dibuang ke tanah maka lingkungan tanah akan tercemar. Untuk menghilangkan dan mengekstraksi logam berat yang terdapat pada lumpur atau sedimen maka diperlukan suatu teknologi baru dengan bantuan bakteri leaching. Melalui proses tersebut kadar logam berat pada lumpur atau sedimen dapat dihilangkan atau diminimalkan sehingga aman terhadap lingkungan (Chen dan Lin, 2000).

Dengan fakta tersebut perlu dilakukan upaya agar limbah yang dihasilkan dari pasar industri tidak mencemari lingkungan dan tentu saja mampu memberi keuntungan baik pada masyarakat awam maupun dari pihak industri itu sendiri. Bioleaching merupakan solusi yang tepat guna untuk menjawab keinginan masyarakat dan perusahan atau pabrik pada saat ini.

Apa sih Bioleaching itu???

Bioleaching merupakan suatu proses untuk melepaskan (remove) atau mengekstraksi logam dari mineral atau sedimen dengan bantuan organisme hidup atau untuk mengubah mineral sulfida sukar larut menjadi bentuk yang larut dalam air dengan memanfaatkan mikroorganisme. Sementara Talvivaara Mining Company (2010) mengungkapkan bahwa bioleachingmerupakan suatu proses ekstraksi logam yang dilakukan dengan bantuan bakteri yang mampu mengubah senyawa logam yang tidak dapat larut menjadi senyawa logam sulfat yang dapat larut dalam air melalui reaksi biokimia. Bioleachinglogam berat dapat melalui oksidasi dan reduksi logam oleh mikroba, pengendapan ion-ion logam pada permukaan sel mikroba dengan menggunakan enzim, serta menggunakan biomassa mikroba untuk menyerap ion logam. Bioleaching mempakan teknologi alternatif yang dapat dikembangkan sebagai salah satu teknologi untuk memperoleh (recovery) logam di masa mendatang.

Gagasan mengenai pelarutan logam telah ada sejak tahun 166 SM ketika seorang ilmuwan bernama Galen menyebutkan mengenai konsep pelarutan logam tua pada tembaga di Cyprus. Kemudian Georgius Agricola (1494-1555) mendeskripsikan mengenai pembakaran pyrite (FeS₂) untuk memproduksi FeSO₄. Mulai tahun 1572 berdiri industri pelarutan logam tembaga di Rio Tinto, Spanyol. Semenjak tahun 1947, Thiobacillus ferrooxidans diidentifikasi dan diisolasi dari acid mine drainage. Dan mulai berkembang industri bioleaching semenjak itu. Sekarang dapat dijumpai lebih 40 bangunan/gedung dalam suatu industri yang digunakan untuk bioleaching tembaga, emas, seng, kobalt, dan uranium.

Latar belakang sejarah akumulasi logam di berbagai bidang drainase asam tambang, pembuangan tambang, dan tumpukan batubara telah dilaporkan di tempat lain (Brierly, 1978).  Pelepasan tembaga dari bijih dan presipitasi tembaga dari larutan yang dihasilkan adalah teknologi kuno yang dipraktekkan oleh orang Tionghoa jauh ke belakang 100-200 SM dan mungkin bahkan sebelumnya (Needham, 1974). Itu Proses yang sama juga dikenal di Eropa dan Asia Kecil, dan kemungkinan akan digunakan di sana sekitar abad ke-2 (Rossi 1990).  Namun, keterlibatan mikroorganisme tertentu dalam proses pelarut logam ternyata tidak dipraktikkan sampai 1940-an. Sejak itu banyak kontribusi penelitiannya membantu memperjelas mekanisme dasar di balik proses ini. Biooksidasi bijih sulfida untuk pemulihan tembaga telah dilakukan dipraktekkan selama berabad-abad di Spanyol, Swedia, Jerman, China, dan di tempat lain oleh teknologi pertambangan solusi (Ehrlich, 1999).

Pembakaran pirit (FeS₂)_:

Pada langkah pertama, disulfida secara spontan dioksidasi menjadi tiosulfat oleh besi ferri (Fe³⁺), yang kemudian akan dikurangi untuk memberikan besi ferrous (Fe²⁺)^:

1.      spontan

2.      Besi ferrous ini kemudian dioksidasi oleh bakteri aerob:  

3.      Tiosulfat juga dioksidasi oleh bakteri untuk memberikan sulfat: 

 

4.      Besi besi dihasilkan dalam reaksi (2) sulfida teroksidasi lebih seperti pada reaksi (1), menutup siklus dan diberi reaksi bersih: 

Produk bersih reaksi yang larut yaitu ferro sulfat dan asam sulfat.

Proses oksidasi mikroba terjadi pada membran sel bakteri. Beberapa elektron masuk ke dalam sel yang digunakan dalam proses biokimia untuk menghasilkan energi bagi bakteri sementara mengurangi oksigen ke air. Reaksi kritis adalah oksidasi sulfida dengan besi besi. Peran utama dari bakteri adalah langkah regenerasi reaktan ini. Proses untuk tembaga sangat mirip, namun efisiensi dan kinetika tergantung pada mineral tembaga. Mineral yang paling efisien adalah mineral supergen seperti senshinsei kaliberasi, Cu₂S dan Covellite. Mineral tembaga utama kalkopirit (CuFeS₂) jumlahnya melimpah dan sangat efisien. Pencucian CuFeS₂ terdiri dari 2 dua tahap yaitu menjadi terlarut dan kemudian lebih lanjut dioksidasi, dengan Cu²⁺ ion yang tertinggal dalam larutan. 

Pencucian kalkopirit:

1.      Spontan

2.       Oksidasi Besi

3.       Oksidasi Belerang

         Secara umum, sulfida yang pertama dioksidasi menjadi sulfur elemental, sedangkan disulfida yang teroksidasi untuk membentuk tiosulfat , dan proses di atas dapat diterapkan pada bijih sulfida lain. Bijih-bijih uranium juga menggunakan besi sebagai oksidan (misalnya UO₂ + ₂Fe³⁺ ==> UO₂²⁺ + 2Fe²⁺). Dalam hal ini tujuan tunggal langkah bakteri adalah regenerasi Fe^3+. Sulfidik bijih besi dapat ditambahkan untuk mempercepat proses dan menyediakan sumber besi.

Proses Bioleaching Pada Bahan Pencemaran

Pengolahan limbah industri secara biologi dengan tumbuhan eceng gondok, kangkung, selada air sudah lama diterapkan. Namun penanganan limbah dengan tumbuhan ini dapat menimbulkan masalah baru, yaitu perkembangan dari tumbuhan ini, misalnya eceng gondok yang begitu cepat dan sulit diatasi. Akan tetapi saat ini telah berkembang penggunaan mikroba untuk meleaching logam berat, yaitu suatu metode altematif yang relatif lebih potensial dan ekonomis dibandingkan dengan metode yang telah ada sebelumnya. Hal ini disebabkan karena adanya interaksi antara logam berat dengan sel-sel mikroba yang tidak hanya mengakibatkan hilangnya logam berat dari limbah industri (sedimen), tetapi juga dimungkinkannya proses diperolehnya kembali (recovery) logam-logam tersebut. Bila ditinjau dari segi biaya maka proses pengolahan limbah industri dengan menggunakan mikroba ini lebih menguntungkan dan lebih murah karena tidak membutuhkan alat-alat yang canggih. (Avery 1980). Oleh sebab itu untuk masa yang akan datang sudah saatnya teknologi ini diterapkan pada pengolahan limbah industry, tambang emas, dan cemaran logam lainnya.

Keberadaan bakteri di lingkungan umumnya dapat mempercepat proses degradasi zat pencemar menjadi senyawa yang lebih sederhana. Bakteri mampu memecah senyawa kompleks yang berbahaya bagi lingkungan menjadi senyawa yang lebih sederhana yang ramah lingkungan. Selain membantu menurunkan toksisitas, keberadaan bakteri pada limbah atau polutan logam dapat juga menyebabkan toksisitas terhadap lingkungan yaitu melalui proses bioleaching. Bagi kalangan industri yang menghasilkan limbah logam berat khususnya logam Pb, kehadiran bakteri ini sangat tidak dikehendaki karena dapat melepaskan atau melarutkan logam berat dalam sedimen limbah ke lingkungan perairan.

Bakteri yang digunakan atau dapat melakukan leaching pada limbah logam berat umumnya memiliki kemampuan mengakumulasi dan menghilangkan senyawa-senyawa kompleks logam berat. Jenis bakteri yang memiliki kemampuan atau aktivitas leaching yang baik antara lain T. ferrooxidans, P. fluoroscens, E. coli dan Bacillus sp. Bakteri T. ferrooxidans dapat hidup pada semua jenis batuan dan memiliki pilihan makanan yang paling aneh di antara banyak mikroba. T. ferrooxidans memperoleh energi yang dipergunakan untuk aktivitas hidupnya dari senyawa anorganik melalui oksidasi besi (II) menjadi besi (III) (fero menjadi feri) dan oksidasi sulfur menjadi asam sulfat (Norris, 1990).

Brandl (2001), menjelaskan mekanisme pelekatan bakteri pada proses bioleaching yaitu sel-sel bakteri menempel atau melekat pada permukaan mineral melalui kontak fisik bagian permukaan. Sel yang terbentuk mengeluarkan exopolimer, exopolimer ini membungkus atau menjerap senyawa besi (Fe3+) dan membentuk kompleks asam glukoronat. Tahap ini merupakan bagian utama dari proses mekanisme pelekatan. Tiosulfat yang terbentuk merupakan produk antara (inter-mediate) selama oksidasi semyawa sulfur. Sulfur atau politionat terbentuk di dalam periplasmatik (periplasmatic space) atau di dalam sel dioksidasi kembali. Di dalam periplasmatik ini ditempatkan enzim rusticyanin, cytochrome dan protein iron-sulfur, dengan demikian keberadaan sel bebas dalam medium yang habis digunakan mengoksidasi senyawa logam tereduksi.

DAFTAR PUSTAKA

Chen SY and Lin JG, 2000. Influence or Solid Content on Bioleaching of Heavy Metal from Contaminated Sediment By Thiobocillus spp. I. or Chemical Teckonology and Bioteknology. 75: 649-56.

Connel dan Miller, 1995, Kimia dan Etoksikologi Pencemaran, diterjemahkan oleh Koestoer, S., hal. 419, Indonesia University Press, Jakarta.

Couillard D and Zhu S, 1992. Bacterial Leaching of Heavy Metals From Sewage Sludge For Agricultural Application. Water, Air. And Soil Pollution, 63: 67-80.

Ehrlich HL (1999) Past, present and future of biohydrometallurgy. In: Amils R, Ballester A (eds), Biohydrometallurgy and the environment toward the mining of the 21st century, IBS99. Elsevier, Amsterdam, pp 3–12

Lester, James P., dan Joseph Stewart Jr. 2000. Public Policy : An Evolutionary Approach, Belmont : Wadsworth

Stokinger IIE. 1981. The Metal, in Clayton GD, Clayton EF (Eds), Patty's Industrial Hygiene and Toxicology. New York: A Willey Interscience Publication, John Willey &Sons.

Taberima, Sartji.2004. Peranan Mikroorganisme Dalam Mengurangi Efek Toksik Pada Tanah Terkontaminasi Logam Berat. Institut Pertanian Bogor.

Talvivaara Mining Company. 2010. Production Technology. http://www.talvivaara. com/files/talvivaara/Presentations/Talvivaara_Technical_Seminar_London_May_Presentation.pdf [diakses 13 Mei 2011]

sumber