Biomining

Biomining merupakan proses yang memanfaatkan organisme hidup untuk mengekstraksi logam dari bijih maupun material padat lainnya. Umumnya, proses ini melibatkan mikroorganisme prokariotik, meskipun jenis organisme lain seperti jamur serta tumbuhan (dikenal sebagai fitoekstraksi atau fitomining) juga dapat diterapkan dalam mekanisme serupa.^[1] Biomining termasuk ke dalam cabang biohidrometalurgi yang memiliki berbagai penerapan, di antaranya pemurnian bijih, pemulihan logam bernilai tinggi, serta kegiatan bioremediasi lingkungan.^[2] Penerapan terbesar biomining saat ini ditemukan pada pengolahan limbah tambang yang mengandung unsur logam seperti besi, tembaga, seng, dan emas, yang memungkinkan pemanfaatan kembali mineral sisa. Teknik ini juga bermanfaat dalam meningkatkan efisiensi ekstraksi dari bijih dengan kadar logam yang rendah.^[3] Biomining dianggap sebagai pendekatan alternatif yang lebih ramah lingkungan, atau pelengkap terhadap metode pertambangan konvensional. Secara teknis, metode biomining modern merupakan bentuk modifikasi dari proses pelindian dalam penambangan^[2]. Prosedur bioleaching yang menjadi inti dari biomining dilakukan dengan menginokulasi batuan hasil tambang menggunakan bakteri serta larutan asam, kemudian larutan hasil pelindian diolah kembali untuk memperoleh logam bernilai ekonomi.^[4] Selain fungsi utamanya dalam pemulihan logam, biomining juga memiliki peran penting dalam bioremediasi, misalnya dalam pembersihan lingkungan pesisir yang terdampak tumpahan minyak. Di masa depan, biomining diproyeksikan memiliki potensi luas^[5], termasuk dalam eksplorasi biomining di luar angkasa, bioleaching berbasis jamur, serta penerapan biomaterial hibrida dalam proses ekstraksi logam.^[6]^[7]^[8]

Sejarah biomining

Kemungkinan penerapan mikroorganisme dalam proses biomining mulai dipahami setelah terbitnya publikasi ilmiah tahun 1951 oleh Kenneth Temple dan Arthur Colmer.^[9] Dalam penelitian tersebut, keduanya mengemukakan bukti bahwa bakteri Acidithiobacillus ferrooxidans (sebelumnya dikenal sebagai Thiobacillus ferrooxidans) merupakan organisme pengoksidasi besi yang mampu berkembang dengan baik pada lingkungan kaya unsur besi, tembaga, dan magnesium. Dalam percobaan tersebut, A. ferrooxidans diinokulasikan ke dalam medium yang mengandung antara 2.000 hingga 26.000 ppm ion besi fero, dan hasilnya menunjukkan bahwa pertumbuhan serta motilitas bakteri meningkat seiring dengan tingginya konsentrasi besi.^[4] Produk metabolik dari aktivitas bakteri tersebut menyebabkan lingkungan tumbuh menjadi sangat asam^[10], tetapi kondisi tersebut tetap mendukung kelangsungan hidupnya.^[11]

Setelah temuan tersebut, penelitian lebih lanjut dilakukan untuk mengeksplorasi kemampuan jamur dalam melarutkan logam dari lingkungan alaminya, serta pemanfaatan mikroorganisme untuk menyerap unsur radioaktif seperti uranium dan torium^[10]. Kajian-kajian ini memperluas pemahaman mengenai potensi biologis dalam proses ekstraksi logam dan remediasi material berbahaya.^[11]

Walaupun penerapan biomining secara industri baru dimulai pada dekade 1960-an, praktik serupa telah digunakan secara tidak sadar selama berabad-abad. Di Eropa Barat, upaya memperoleh tembaga dari besi melalui aliran air tambang dahulu dianggap sebagai bentuk praktik alkimia. Kini diketahui bahwa proses tersebut hanyalah reaksi kimia sederhana:^[12]

Cu²⁺ + Fe⁰ → Cu⁰ + Fe²⁺

Pada masa Abad Pertengahan di wilayah Portugal, Spanyol, dan Wales, para penambang secara tidak sengaja memanfaatkan reaksi ini dengan menenggelamkan besi sisa ke dalam lubang tambang yang dibanjiri air untuk memperoleh logam tembaga.^[13]

Di kawasan Tiongkok, teknik biomining diketahui telah diterapkan sejak abad ke-6 hingga ke-7 SM. Hubungan antara air dan bijih sebagai faktor utama dalam produksi tembaga telah terdokumentasi dengan baik, dan pada masa Dinasti Tang serta Dinasti Song, metode hidrometalurgi digunakan secara luas. Meskipun mekanisme biologis melalui oksidasi bakteri belum dipahami pada masa itu, praktik biomining yang tidak disengaja ini memungkinkan produksi tembaga di Tiongkok mencapai sekitar 1.000 ton per tahun.^[14]

Aplikasi

Salah satu penerapan terbesar dari metode pelindian biologis terdapat pada kegiatan penambangan tembaga. Acidithiobacillus ferrooxidans memiliki kemampuan untuk melarutkan tembaga melalui proses oksidasi terhadap bentuk tereduksi dari besi (Fe²⁺), dengan memanfaatkan elektron yang berasal dari senyawa sulfur dan karbon dioksida.^[15] Proses metabolik ini menghasilkan ion besi teroksidasi (Fe³⁺) serta ion hidrogen (H⁺) melalui serangkaian reaksi yang berlangsung secara siklikal sebagai berikut:

CuFeS₂ + 4H⁺ + O₂ → Cu²⁺ + Fe²⁺ + 2S⁰ + 2H₂O

4Fe²⁺ + 4H⁺ + O₂ → 4Fe³⁺ + 2H₂O

2S⁰ + 3O₂ + 2H₂O → 2SO₄²⁻ + 4H⁺

CuFeS₂ + 4Fe³⁺ → Cu²⁺ + 2S⁰ + 5Fe²⁺

Setelah proses pelindian berlangsung, logam tembaga dapat dipulihkan melalui reaksi sementasi menggunakan besi elemental:

Fe⁰ + Cu²⁺ → Cu⁰ + Fe²⁺

Pemanfaatan bakteri seperti A. ferrooxidans dalam pelarutan tembaga dari limbah tambang (tailing) terbukti meningkatkan efisiensi pemulihan logam sekaligus menurunkan biaya operasional. Selain itu, pendekatan ini juga memungkinkan proses ekstraksi dari bijih dengan kadar tembaga rendah, yang menjadi faktor penting di tengah semakin berkurangnya cadangan bijih berkadar tinggi.^[3]