Produksi daging budidaya memiliki potensi besar tetapi menghadapi tantangan energi yang kritis. Dari permintaan energi tinggi dalam bioreaktor hingga menjaga penyimpanan dingin selama distribusi, hambatan ini dapat merusak manfaatnya. Untuk membuat daging budidaya layak, industri harus menangani efisiensi energi dan beralih ke sumber energi terbarukan.
Poin-poin kunci:
- Bioreaktor: Mempertahankan kondisi steril dan terkendali membutuhkan energi yang signifikan. Ini melibatkan memilih sensor untuk bioreaktor daging budidaya yang memantau suhu dan pH tanpa menarik daya berlebihan. Media pertumbuhan dan operasi skala besar lebih meningkatkan konsumsi.
- Penyimpanan Dingin: Sistem pendingin mengonsumsi 40–70% listrik fasilitas. Ketidakefisienan, seperti penyimpanan yang tidak dimanfaatkan sepenuhnya, memperburuk masalah.
- Energi Terbarukan: Sistem tenaga surya dan angin di lokasi, bersama dengan Perjanjian Pembelian Tenaga Listrik (PPA), dapat secara drastis mengurangi emisi.
-
Masalah Pengadaan: Menggunakan peralatan generik meningkatkan penggunaan energi. Platform khusus seperti
Cellbase menawarkan solusi yang disesuaikan dan hemat energi. - Skalabilitas: Bioreaktor besar memperkenalkan tantangan intensif energi seperti mengelola tingkat CO₂ dan mengoptimalkan pencampuran.
Solusi termasuk meningkatkan efisiensi bioreaktor, mengadopsi logistik rantai dingin pintar, dan mencari sumber energi terbarukan. Menangani masalah ini adalah kunci untuk mengurangi emisi dan menjadikan daging budidaya sebagai opsi yang layak untuk memberi makan populasi yang terus bertambah.
Konsumsi Energi dan Emisi dalam Produksi Daging Budidaya vs Daging Sapi Konvensional
Kebutuhan Energi dalam Produksi Daging Budidaya
Konsumsi Energi dalam Operasi Bioreaktor
Bioreaktor adalah inti dari produksi daging budidaya, tetapi mereka datang dengan tagihan energi yang besar. Mempertahankan kondisi ideal - sekitar 37°C, tingkat pH yang terkontrol, dan konsentrasi oksigen yang tepat - memerlukan pasokan energi yang konstan. Selain itu, proses ini menuntut sterilitas tingkat farmasi yang ketat untuk mencegah kontaminasi dan risiko virus, yang semakin meningkatkan penggunaan energi.
Tuntutan energi ini sangat terasa pada bioreaktor skala besar, seperti sistem tangki berpengaduk dan airlift, yang berkisar dari kapasitas 41.000 hingga 262.000 liter.Menurut penilaian siklus hidup awal, memproduksi daging budidaya dapat mengonsumsi antara 26 dan 33 megajoule energi per kilogram yang diproduksi [1].
"Dampak lingkungan dari produksi ACBM jangka pendek berpotensi jauh lebih tinggi daripada daging sapi jika media pertumbuhan yang sangat halus digunakan... Studi ini menyoroti perlunya mengembangkan media pertumbuhan sel hewan yang berkelanjutan yang dioptimalkan untuk proliferasi sel hewan dengan kepadatan tinggi."
– Derrick Risner et al., University of California, Davis [1]
Kontributor utama beban energi ini adalah media pertumbuhan. Komponen media tingkat farmasi memerlukan pemurnian yang ekstensif, yang secara dramatis meningkatkan jejak energi. Jenis operasi bioreaktor juga berperan.Sebagai contoh, sistem kontinu dan fed-batch memiliki profil energi yang berbeda, dengan bioreaktor perfusi memerlukan pertukaran media yang konstan. Untuk membuat daging budidaya lebih hemat energi, mengoptimalkan proses ini sangat penting.
Meningkatkan Efisiensi Energi dalam Produksi
Meningkatkan efisiensi energi dalam operasi bioreaktor dapat secara signifikan menurunkan biaya dan mengurangi tantangan logistik produksi daging budidaya.
Salah satu faktor kunci adalah mencapai kepadatan sel yang lebih tinggi. Konsentrasi di atas 1 × 10⁸ sel per mililiter membantu mengurangi energi yang dibutuhkan per kilogram produk. Kepadatan yang lebih tinggi berarti lebih sedikit operasi bioreaktor dan lebih sedikit media yang perlu dipanaskan, diaduk, dan diproses.
Beralih dari komponen media kelas farmasi ke kelas makanan atau pakan adalah cara lain untuk mengurangi penggunaan energi. Media kelas farmasi mengalami pemurnian intensif, yang meningkatkan jejak karbon.Mengembangkan lini sel yang dapat mentolerir tingkat limbah yang lebih tinggi akan memungkinkan kepadatan sel yang lebih besar dan pergantian media yang lebih rendah, mengurangi permintaan energi secara keseluruhan.
Desain bioreaktor canggih juga dapat berperan. Menggabungkan sistem daur ulang air limbah yang mampu memulihkan hingga 75% dari media dan air yang terpakai [1] dapat secara signifikan mengurangi energi yang dibutuhkan untuk pemrosesan bahan baku dan pengelolaan limbah. Inovasi-inovasi ini sangat penting untuk membuat produksi daging budidaya lebih hemat energi dan berkelanjutan dalam jangka panjang.
sbb-itb-ffee270
Logistik Rantai Dingin: Energi untuk Pengendalian Suhu
Persyaratan Pengendalian Suhu dalam Rantai Pasokan
Setelah daging budidaya keluar dari bioreaktor, menjaga suhu yang tepat selama penyimpanan dan transportasi menjadi tantangan energi yang signifikan.Sistem pendingin di gudang dingin, pabrik daging, dan fasilitas makanan beku biasanya mengonsumsi antara 40–70% dari total penggunaan listrik mereka [3].
Kebutuhan energi ini berasal dari tiga area utama: perpindahan panas melalui dinding, pintu, dan langit-langit (yang menyumbang 10–25% dari beban); udara hangat yang masuk saat pintu dibuka; dan pendinginan awal atau pembekuan produk [3]. Masalah ini menjadi lebih menonjol ketika fasilitas tidak dimanfaatkan sepenuhnya.
Penggunaan energi sangat dipengaruhi oleh pengaturan suhu. Misalnya, menurunkan suhu hanya 1–2°C di luar persyaratan keamanan dapat meningkatkan konsumsi energi sebesar 3–6% [3]. Demikian pula, beralih dari penyimpanan dingin (4°C) ke pembekuan dalam (-20°C) lebih dari dua kali lipat kebutuhan energi fasilitas [4].
Inefisiensi penyimpanan juga berperan.Ketika fasilitas beroperasi hanya pada kapasitas 10% daripada pemanfaatan penuh, konsumsi energi spesifik dapat meningkat sebesar 87% [4]. Ini terjadi karena kerugian termal tetap konstan, tetapi ada lebih sedikit massa produk untuk menyerap pendinginan. Bagi perusahaan daging budidaya, yang sering menghadapi volume produksi yang berfluktuasi, ini menciptakan tindakan penyeimbangan yang sulit. Mengelola kontrol suhu secara efektif sangat penting untuk memastikan distribusi yang hemat energi.
Solusi untuk Efisiensi Energi Rantai Dingin
Mengingat permintaan energi yang tinggi untuk kontrol suhu, beberapa langkah praktis dapat membantu meningkatkan efisiensi dalam logistik rantai dingin.
- Mengurangi kerugian infiltrasi: Memasang pintu gulung cepat dan tirai udara dapat secara signifikan meminimalkan pemborosan energi yang disebabkan oleh masuknya udara hangat selama pembukaan pintu. Sebagai contoh, sebuah pabrik unggas di Spanyol Utara menginvestasikan €1.4 juta pada tahun 2023 untuk meningkatkan sistemnya, mengurangi penggunaan listrik sebesar 26% (setara dengan 2,1 GWh per tahun) dengan periode pengembalian 4,8 tahun [3].
- Isolasi canggih: Teknologi seperti panel isolasi vakum dan bahan perubahan fase dapat mengurangi penggunaan energi sebesar 25–86% di berbagai moda transportasi [5]. Solusi ini menstabilkan suhu selama transit, mengurangi beban kerja pada sistem pendingin dan mencegah kehilangan kualitas selama perubahan suhu.
- Sistem pencairan pintar: Monitoring IoT real-time, dikombinasikan dengan teknologi pencairan berbasis permintaan, dapat mengurangi konsumsi energi pencairan sebesar 20–40%. Sistem ini juga membantu mengidentifikasi ketidakefisienan dengan cepat [3]. Mengintegrasikan ini dengan sistem data canggih memungkinkan pemantauan berkelanjutan dan optimalisasi energi jangka panjang.
Untuk fasilitas yang bertujuan meningkatkan kinerjanya, penyimpanan beku terbaik biasanya beroperasi pada 25–35 kWh/m³ per tahun, sementara fasilitas rata-rata mengonsumsi 50–80 kWh/m³ [3]. Menjembatani kesenjangan ini memerlukan kombinasi isolasi yang lebih baik, pemanfaatan penyimpanan yang ditingkatkan, dan sensor proses untuk kontrol pendinginan.
Menggunakan Energi Terbarukan dalam Logistik
Memasang Sistem Energi Terbarukan di Lokasi
Mengalihkan fokus dari peningkatan efisiensi energi ke memikirkan kembali sumber energi dapat secara signifikan mengurangi jejak karbon produksi daging budidaya.
Pilihan sumber energi memainkan peran besar dalam dampak lingkungan dari daging budidaya. Misalnya, menggunakan energi terbarukan dapat memangkas emisi menjadi sekitar 2 kg CO₂-eq per kilogram daging - kontras yang mencolok dengan 80–100 kg CO₂-eq per kilogram untuk daging sapi konvensional.Sebaliknya, mengandalkan bahan bakar fosil meningkatkan emisi hingga sekitar 25 kg CO₂-eq per kilogramme [6].
"Jika energi terbarukan digunakan, emisi bisa sekitar 2 kg CO₂‑eq/kg daging yang dibudidayakan." – Project Drawdown [6]
Solusi di lokasi seperti panel surya dan turbin angin dapat membantu mendekarbonisasi operasi secara langsung. Namun, sumber energi ini memiliki tantangan, terutama outputnya yang bervariasi, yang dapat mengganggu fasilitas yang memerlukan daya konstan. Desain fasilitas modular menawarkan solusi cerdas. Alih-alih bergantung pada satu bioreaktor besar, perusahaan dapat menggunakan beberapa unit yang lebih kecil untuk menyesuaikan permintaan energi dengan ketersediaan daya terbarukan. Contoh bagus dari pendekatan ini adalah Gourmey . yang berbasis di Paris.Pada bulan Mei 2025, mereka memasang enam bioreaktor berkapasitas 5.000 liter di fasilitas senilai €35 juta mereka, mencapai 90% dari efek skala sambil menjaga kompleksitas operasional dan risiko tetap terkendali. Pengaturan mereka dirancang untuk memproduksi daging budidaya dengan biaya di bawah €10/kg [7]. Teknologi surya canggih, seperti panel bifasial yang menangkap sinar matahari di kedua sisi, juga dapat meningkatkan pembangkitan daya di lokasi [6].
Namun, sifat tak terduga dari energi terbarukan di lokasi berarti fasilitas sering kali memerlukan cadangan dari solusi jaringan untuk menjaga keandalan.
Dekarbonisasi Jaringan dan Perjanjian Pembelian Tenaga Listrik
Untuk melengkapi sistem di lokasi, mendapatkan energi terbarukan dari jaringan sangat penting untuk operasi yang lancar.
Sementara energi terbarukan di lokasi memberikan fondasi yang kuat, sebagian besar fasilitas masih bergantung pada listrik dari jaringan untuk memastikan daya yang tidak terputus.Perjanjian Pembelian Tenaga Listrik (PPA) adalah cara praktis untuk mendapatkan energi bersih dan terbarukan dari jaringan. Kontrak jangka panjang ini tidak hanya menyediakan pasokan energi yang stabil tetapi juga melindungi dari fluktuasi harga energi [6]. Dengan mendapatkan energi terbarukan untuk fasilitas mereka, produsen daging budidaya dapat mengurangi jejak karbon mereka sekitar 70%. Memperluas penggunaan energi terbarukan di seluruh rantai pasokan dapat menurunkan emisi hingga serendah 2,8 kg CO₂-eq per kilogram [8].
"Sama seperti mobil listrik lebih bersih ketika listrik diperoleh dari jaringan energi yang lebih hijau, daging budidaya paling berkelanjutan diproduksi dengan energi terbarukan." – Elliot Swartz, PhD, Senior Principal Scientist, GFI [8]
Memfokuskan pada energi terbarukan untuk operasi di lokasi (emisi Lingkup 1 dan 2) harus menjadi prioritas utama, karena memberikan pengurangan emisi yang segera. Saat menegosiasikan PPA, penting untuk mempertimbangkan tren dekarbonisasi jaringan masa depan untuk memastikan kontrak sejalan dengan tujuan lingkungan jangka panjang [10]. Selain itu, berkolaborasi dengan pemasok media untuk memastikan energi terbarukan digunakan untuk produksi input dapat memperkuat dampak positif di seluruh rantai pasokan [10].
Meningkatkan Pengadaan untuk Mengurangi Pemborosan Energi
Masalah dalam Pengadaan Peralatan Daging Budidaya
Menemukan peralatan yang tepat untuk produksi daging budidaya bisa menjadi tantangan yang lebih besar dari yang banyak disadari, dan sering kali memiliki dampak langsung pada konsumsi energi.Platform suplai laboratorium serbaguna tidak memenuhi kebutuhan spesifik produsen daging budidaya. Ketidakcocokan ini dapat menyebabkan perusahaan menggunakan peralatan yang tidak dirancang untuk proses mereka - seperti bioreaktor yang tidak cocok untuk kultur sel kontinu atau sensor yang kurang presisi. Hasilnya? Banyak energi yang terbuang. Misalnya, bioreaktor generik dan sistem pengadukan mungkin memerlukan 20–50% lebih banyak energi untuk pendinginan, aerasi, dan pencampuran, hanya karena desainnya tidak sesuai dengan persyaratan untuk mempertahankan kultur 37°C [11][12][13].
Masalahnya tidak berhenti di situ. Jaringan pemasok yang terfragmentasi memperburuk keadaan dengan menyebabkan penundaan dan mendorong perusahaan untuk menerima alternatif yang kurang efisien dan menguras energi.Ambil logistik rantai dingin, misalnya: menggunakan sensor generik dapat menyebabkan pendinginan berlebihan, yang membuang 10–15% dari total energi yang digunakan dalam logistik [12][13]. Secara keseluruhan, sumber daya yang tidak efisien tidak hanya meningkatkan konsumsi energi tetapi juga menghambat potensi untuk mengurangi emisi hingga 92% ketika sistem yang dioptimalkan digunakan [11][13].
Platform Khusus untuk Pengadaan Hemat Energi
Untuk mengatasi tantangan ini, perusahaan memerlukan solusi pengadaan yang lebih cerdas yang memprioritaskan efisiensi energi di setiap tahap produksi. Platform khusus telah mulai mengisi kesenjangan ini dengan menghubungkan bisnis dengan pemasok yang benar-benar memahami tuntutan unik dari produksi daging budidaya. Salah satu contoh menonjol adalah
Skala Produksi: Pertimbangan Energi
Biaya Energi pada Skala Komersial
Seiring produksi daging budidaya beralih dari proyek percontohan ke operasi komersial skala penuh, efisiensi energi menjadi fokus utama dalam mencapai target keberlanjutan. Meningkatkan skala produksi secara signifikan meningkatkan permintaan energi, terutama dengan penggunaan bioreaktor tangki besar yang diaduk dengan kapasitas melebihi 20.000 liter [14]. Tantangan utama terletak pada mempertahankan kondisi pertumbuhan optimal seiring dengan peningkatan skala.
Salah satu tugas yang memerlukan banyak energi adalah mengelola tingkat CO₂ terlarut (dCO₂) dalam bioreaktor besar ini. Dalam fermentor baja tahan karat komersial, tekanan hidrostatik di atas 1,0 bar dapat menyebabkan konsentrasi dCO₂ meningkat secara dramatis, sering kali mencapai tingkat antara 75 dan 225 mg/L. Untuk memberikan perspektif, tingkat oksigen terlarut biasanya tetap di bawah 8,0 mg/L [2]. Tingkat dCO₂ yang tinggi tidak hanya mengonsumsi lebih banyak energi tetapi juga menghambat pertumbuhan sel dan mengurangi kualitas produk. Penelitian pada sel CHO telah menunjukkan bahwa kontrol pCO₂ dan pH yang tidak memadai dapat membatasi laju pertumbuhan hingga hanya 35–45% dari potensi maksimum mereka [2].
Transisi ke kondisi aseptik kelas makanan memperkenalkan tantangan tambahan.Muhammad Arshad Chaudhry, seorang konsultan biomanufaktur, menyoroti pentingnya menangani masalah-masalah ini:
"Dalam bioreaktor skala besar, [tingkat pCO₂ tinggi] dapat terjadi akibat tekanan tinggi dan kondisi pencampuran yang buruk. Oleh karena itu, studi peningkatan skala yang menyeluruh harus menganalisis pengaruh pCO₂ untuk memastikan kinerja yang sebanding antara skala besar dan skala laboratorium" [2].
Mengatasi hambatan terkait energi ini memerlukan desain bioreaktor yang canggih dan penyesuaian proses yang hati-hati.
Kemajuan Teknis untuk Efisiensi Penskalaan
Untuk mengatasi tantangan energi dalam produksi skala besar, teknologi bioreaktor baru sedang dikembangkan. Desain seperti reaktor air-lift dan bioreaktor serat berongga mendapatkan perhatian karena kemampuannya untuk meningkatkan transfer massa dan mengurangi konsumsi energi dibandingkan dengan tangki pengaduk konvensional [14]. Fokusnya adalah pada mengoptimalkan antarmuka gelembung-ke-cairan dan meningkatkan koefisien transfer massa CO₂, karena metode pertukaran ruang kepala tradisional menjadi kurang efektif pada skala yang lebih besar. Selain itu, perusahaan mengadopsi sistem bioproses yang dikendalikan AI yang secara dinamis mengelola pH, tingkat oksigen, dan tekanan geser untuk mendukung pertumbuhan sel dengan kepadatan tinggi [9] .
Kemajuan dalam pengembangan lini sel juga memainkan peran penting. Peneliti memprioritaskan lini sel yang diadaptasi untuk suspensi yang dapat berkembang di lingkungan skala besar tanpa kebutuhan energi tinggi dari kultur yang melekat [14]. Menggunakan lini sel yang diabadikan secara spontan, seperti fibroblas ayam, memungkinkan produksi bebas serum dengan hasil tinggi yang tetap stabil pada skala besar.Sementara itu, inovasi dalam pembuatan scaffold, termasuk penggunaan produk sampingan industri makanan untuk menciptakan microcarrier kelas makanan, membantu menurunkan biaya energi dan material [14].
Platform seperti
Kesimpulan
Daging budidaya memiliki potensi untuk secara signifikan mengurangi penggunaan lahan dan emisi, tetapi datang dengan tantangan dalam skala produksi daging budidaya dan produksinya yang intensif energi. Untuk benar-benar memenuhi janjinya, industri harus mengungguli sistem tradisional, bahkan yang sudah menerapkan langkah-langkah yang mengurangi emisi hingga 30%.
Mencapai hal ini memerlukan kombinasi strategi: desain bioreaktor yang lebih baik, integrasi energi terbarukan di lokasi, dan memanfaatkan Perjanjian Pembelian Tenaga Listrik (PPA) yang kuat untuk mengurangi jejak karbon seiring skala produksi menuju 2030. Kemajuan ini perlu berjalan seiring dengan sumber yang lebih cerdas dan solusi energi terbarukan untuk memaksimalkan manfaat lingkungan dari daging budidaya.
Platform seperti
Sistem pangan bertanggung jawab atas sepertiga emisi yang disebabkan oleh manusia, dan beralih ke daging budidaya sangat penting untuk memberi makan 10 miliar orang yang diproyeksikan pada tahun 2050 dengan cara yang berkelanjutan. Menangani efisiensi bioreaktor, logistik rantai dingin, dan solusi sumber yang lebih cerdas seperti
FAQs
Langkah mana dalam logistik daging budidaya yang paling banyak menggunakan energi?
Mempertahankan rantai dingin selama transportasi dan penyimpanan adalah salah satu aspek logistik daging budidaya yang paling banyak memerlukan energi. Ini melibatkan menjaga produk pada suhu yang konstan dan terkendali serta menggunakan sistem pemantauan waktu nyata untuk memastikan keamanan dan menghindari kontaminasi.
Bagaimana target suhu rantai dingin dapat ditetapkan tanpa membuang energi?
Untuk mengelola target suhu rantai dingin secara efektif, penting untuk menggunakan sistem pemantauan yang tepat yang menyeimbangkan penggunaan energi dengan standar kepatuhan yang ketat. Pemantauan IoT secara real-time membantu melacak fluktuasi suhu dan memungkinkan penyesuaian segera, mengurangi pemborosan. Teknologi seperti bahan perubahan fase (PCMs) dan panel insulasi vakum (VIPs) juga dapat meningkatkan efisiensi energi secara signifikan. Misalnya, menetapkan target spesifik - seperti mempertahankan 0–4°C untuk daging yang dibudidayakan - memastikan kondisi ideal sambil menghindari penggunaan energi yang tidak perlu.
Apa yang harus dipertimbangkan pembeli untuk menghindari peralatan dan sensor yang tidak efisien energi?
Pembeli harus fokus pada peralatan dan sensor yang menawarkan pemantauan real-time, kalibrasi yang tepat, kepatuhan terhadap standar keselamatan, dan fitur hemat energi. Faktor-faktor ini tidak hanya meningkatkan penggunaan energi tetapi juga mempertahankan kinerja yang andal dan kepatuhan terhadap peraturan.
