Perpustakaan Digital ITB

Peningkatan emisi karbon dioksida (CO2) yang mencapai laju dan konsentrasi tertinggi dalam beberapa dekade terakhir mendorong urgensi pengembangan inovasi teknologi penangkapan karbon yang lebih efektif. Salah satu pendekatan yang menjanjikan adalah carbon capture berbasis hayati menggunakan mikroalga, khususnya Chlorella vulgaris, yang mampu mengonversi CO2 menjadi biomassa bernilai tinggi melalui proses fotosintesis. Dalam sistem kultur mikroalga, nitrogen dan fosfor merupakan makronutrien esensial yang berperan penting dalam metabolisme sel. Nitrogen berfungsi sebagai penyusun protein dan enzim, sedangkan fosfor berperan dalam pembentukan ATP dan NADPH sebagai sumber energi sel. Pada medium BG-11, NaNO3 dan K2HPO4 merupakan sumber nitrogen dan fosfor utama, sehingga optimasi komposisi nutrien diperlukan untuk meningkatkan performa pertumbuhan. Medium BG-11 standar umumnya menggunakan NaNO3 sebesar 1,5 g/L dan K2HPO4 sebesar 0,04 g/L sebagai sumber utama nitrogen dan fosfor. Penelitian sebelumnya menggunakan konsentrasi NaNO3 pada rentang 1–2,23 g/L dan K2HPO4 pada rentang 0,020–0,083 g/L untuk mengevaluasi perubahan laju pertumbuhan spesifik pada rasio N:P yang berbeda. Rentang tersebut digunakan sebagai acuan dalam penentuan batas bawah, titik tengah, dan batas atas pada desain Box-Behnken, sehingga dapat merepresentasikan kondisi defisiensi, kondisi standar, dan kondisi kelebihan fosfor untuk menangkap respons laju pertumbuhan spesifik. Di sisi lain, biochar sebagai photosynthesis enhancer telah terbukti meningkatkan produktivitas tanaman. Penambahan biochar berbasis carbon quantum dot (CQD) dengan dosis 2 mg/L berpotensi meningkatkan efisiensi fotosintesis melalui peningkatan pemanfaatan cahaya dan transfer elektron. Namun, pemanfaatannya dalam sistem kultur mikroalga masih belum banyak diteliti. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kondisi optimum konsentrasi K2HPO4 dan biochar terhadap laju pertumbuhan spesifik serta menentukan prediksi nilai laju pertumbuhan spesifik tertinggi pada kondisi K2HPO4 dan biochar optimum berdasarkan model matematika. Penelitian dilakukan menggunakan metode Response Surface Methodology (RSM) dengan desain Box-Behnken untuk mengevaluasi pengaruh kedua variabel terhadap laju pertumbuhan spesifik (?). Variabel bebas yang dioptimasi adalah konsentrasi K2HPO4 pada tiga level, yaitu 0,02; 0,04; dan 0,083 g/L berdasarkan rentang konsentrasi acuan medium BG-11 dan penelitian sebelumnya, serta biochar pada tiga level, yaitu 0; 2; dan 20 ppm, dengan 0 ppm sebagai kontrol dan batas atas dipilih untuk menangkap titik optimum tanpa menyebabkan hambatan pertumbuhan akibat konsentrasi berlebih, sedangkan konsentrasi NaNO3 dijaga konstan pada 1,615 g/L sebagai hold value. Kultivasi C. vulgaris dilakukan dalam fotobioreaktor tubular vertikal 1 L menggunakan medium BG-11 pada suhu 25–27 °C, fotoperiode terang:gelap 16:8, intensitas cahaya 10.000 lux, aerasi 0,2 vvm, volume inokulum 10% (v/v), kepadatan inokulum awal 106 sel/mL, dan durasi kultivasi selama 14 hari. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rentang optimum konsentrasi K2HPO4 sebesar 0,035–0,075 g/L dan biochar sebesar 8–14 ppm menghasilkan laju pertumbuhan spesifik tertinggi pada percobaan, yaitu lebih dari 0,57 hari?1, pada konsentrasi NaNO3 sebesar 1,615 g/L. Berdasarkan model matematika ? = 0,3531 + 2,98B + 0,0262C ? 25,7B2 ? 0,001177C2 ? 0,0084BC, dengan B sebagai konsentrasi K2HPO4 (g/L) dan C sebagai konsentrasi biochar (ppm), diperoleh prediksi nilai laju pertumbuhan spesifik tertinggi sebesar 0,58 hari?1 pada konsentrasi K2HPO4 sebesar 0,056 g/L dan biochar sebesar 10,909 ppm, atau meningkat sebesar 41,5% dibandingkan kondisi acuan BG-11 sebesar 0,41 hari?1. Peningkatan ini dipengaruhi oleh peran fosfor dalam sintesis ATP serta biochar yang meningkatkan efisiensi penyerapan foton dan transfer elektron dalam fotosistem, sehingga mempercepat produksi ATP dan NADPH serta meningkatkan fiksasi karbon.