Makalah Kertas

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Pulp adalah bahan berupa serat berwarna putih yang diperoleh melalui proses penyisihan lingnin dari biomasa. Di negara kita banyak  terdapat  berbagai jenis tumbuh-tumbuhan seperti akasia, pinus, bambu, padi  dan lain-lain , yang dapat dijadikan sebagai bahan baku untuk pembuatan pulp, dimana bahan baku yang sebagian besar digunakan adalah dari kayu-kayuan. Kekurangan pemasokan bahan baku kayu untuk produksi pulp yang disebabkan oleh isu lingkungan menyebabkan naiknya harga kertas. Untuk mengatasi hal tersebut, maka harus dicari bahan baku alternatif untuk menghasilakn pulp (Johanson, dkk, 1987).

Jerami Padi adalah salah satu bahan baku utama yang digunakan untuk produksi pupl dan kertas. Dalam konteks masa depan, jerami padi akan memainkan peranan yang penting dalam industri pupl, khususnya negara-negara berkembang yang mempunyai suplemen batas kayu, sementara bahan selain kayu banyak tersedia. Jerami padi merupakan salah satu bahan baku potensial yang tersedia dibeberapa negara didunia. Penelitian tentang pemanfaatan jerami padi sebagai bahan baku pulp dan kertas yang telah dilakukan kebanyakan menggunakan proses organosolv. Hasil-hasil penelitian menunjukkan bahwa kualitas pulp yang dihasilkan jerami padi tidak kalah dengan pulp dari bahan lainnya. Selain itu juga memiliki beberapa keuntungan , diantaranya ramah lingkungan (Mierly, dkk, 1981).

Selama ini proses konvensional banyak digunakan dalam pembuatan pulp, dimana proses tersebut terdiri dari tiga metode, yaitu metode mekanis, metode semi kimia, dan metode kimia. Diantara ketiga metode tersebut paling sering digunakan adalah metode kimia dengan menggunakan proses kraft tetapi karena  rendeman pulp masih rendah maka dikembangkanlah proses alternatif lain, proses tersebut adalah proses organosolv, yaitu pemprosesan menggunakan pelarut organik. Prinsipnya adalah melakukan fraksionasi biomasa menjadi komponen utama penyusunnya (selulosa, hemiselulosa, dan lignin ) tanpa banyak merusak ataupun mengubahnya dan dapat diolah lelbih lanjut menjadi produk yang dapat dipasarkan.

Kelebihan dari proses organosolv dibandingkan dengan proses konvensional adalah :

1.      Berdampak kecil bagi lingkungan yaitu tidak menimbulkan pencemaran seperti gas-gas yang disebabkan oleh belerang.

2.      Cairan pemasak (pelarut organik) bekas dapat digunakan kembali, setelah dimurnikan terlebih dahulu.

3.      Produk samping mempunyai daya jual seperti glukosa, heksosa, fulfural, adhesive, serta bahan-bahan kimia ( Jiemenez, dkk, 1997)

Berbagai  pelarut organik yang dapat digunakan sebagai media delignifikasi  antara lain alkohol, asam amina, glikol, keton, ester, dan turunan penol (Johannes, dkk, 1977).

            Salah satu pelarut organik yang dikembangkan pemakaiannya adalah etanol. Pembuatan pulp dari jerami padi dengan proses etanol diharapkan dapat menghasilkan pulp dengan kandungan lignin rendah dan kandungan selulosa tinggi.

1.2  Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan mencari kondisi optimum proses delignifikasi, yaitu pengaruh temperatur pemasukan, pengaruh waktu pemasakan, dan pengaruh konsentrasi katalis NaOH, untuk memperoleh pulp dengan kandungan selulosa lebih besar dari 90% sehingga memenuhi syarat bahan baku pembuatan selulosa asetat.

1.3  Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapt memberikan manfaat, antara lain dapat diperoleh kondisi optimum proses delignifikasi sehingga memberikan alternatif baru bagi pengolahan limbah jerami padi , menjadi bahan baku kimia, salah satunya bahan baku pembuatan kertas, yaitu pulp.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Limbah Padat Jerami Padi

Jerami Padi merupakan biomassa dengan kandungan selulosa terbesar, disamping hemiselulosa dan lignin dalam jumlah yang lebih kecil. Perbandingan komposisi kimia jerami padi dengan beberapa biomassa lainnya dapat dilihat pada komposisi kimia jerami padi dengan beberapa biomassa lainnya dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Komposisi Kimia beberapa Biomassa

Biomassa lignoselulosa	Selulosa (% Berat)	Hemiselulosa (% Berat)	Lignin (% Berat)	Abu (% Berat)
Sekam Padi	58,852	18,03	20,9	0,6-1
Jerami gandum	29-37	26-32	16-21	4-9
Jerami Padi	28-36	23-28	12-16	15-20
Tandan Kosong Kelapa sawit	36-42	25-27	15-17	0,7-6
Ampas tebu	32-44	27-32	19-24	1,5-5
Bambu	26-43	15-26	21-31	1,7-5
Rumput Esparto	33-38	27-32	17-19	6-8
Kayu Keras	40-45	7-14	26-43	1
Kayu lunak	38-49	19-20	23-30	1

Sumber : Mierly, (1981)

2.2 Komponen-Komponen Lignoselulosa

Komponen-komponen yang terdapat dalam jerami padi terdiri dari berbagai komponen penyusun, diantaranya adalah komponen-komponen lignoselulosa yang terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut :

2.2.1 Seluosa

Selulosa merupakan komponen biomasa terbesar , berfungsi sebagai pembentuk struktur utama dinding sel tumbuhan. Selulosa adalah polisakarida yang tersusun atas β – D glukopiranosa yang terikat satu sama lainnya dengan ikatan-ikatan glikosida (C-O-C). Molekul-molekul selulosa membentuk mikrofibril, yang memiliki bagian yang sangat teratur (kristalin) dengan diselingi bagian yang kurang teratur (amorft) . Rumus kimia untuk ikatan 1,4 – β – D – Glukopiranosa masing-masing diperlihatkan pada gambar 2.1a dan 2.1b.

Gambar 2.1a . Ikatan 1,4 – β – D – Glukopiranosa

                        Gambar 2.1a . Ikatan 1,6 – β – D – Glukopiranosa

Gambar 2.2 Struktur Selulosa

            Permukaan rantai-rantai selulosa penuh dengan gugus-gusu OH. Gugus-gugus –OH  tersebut tidak hanya menentukan struktur supra molekul tetapi juga menentukan sifat fisika dan kimia selulosa. Sifat-sifat mekanik lembaran pulp atau kertas ditentukan oleh ikatan antar serat yang dihasilkan oleh ikatan –H  antara permukaan –permukaan serat ( Fengel D, 1983). Sifat-sifat permukaan serat, terutama jumlah gugus-gugus OH yang dapat membentuk ikatan antar serat menentukan kekuatan suatu lembaran dan tergantung pada proses isolasi ( Fengel D, 1983).

            Rumus kimia dari selulosa adalah (C₆H₁₀O₅)n , dengan n sebagai jumlah pengulangan unit-unit gula atau ukuran rantai polimer yang dinyatakan dengan derajat polimerisasi (DP) . Besarnya derajat polimerisasi selulosa bervariasi menurut asal selulosa dan pengolahan yang dilakukan. Pulp komersial biasanya diperoleh dari bahan kayu dengan selulosa yang memiliki DP berat rat-rat 600- 1500. Struktur selulosa secara umum diperhatikan pada Gambar 2.2.

            Selulosa tidak larut dalam kebanyakan pelarut, tetapi dapat dilarutkan oleh beberapa asam pekat, seperti  : asam sulfat (72%) , asam klorida( 41%), dan asam trifluoro asetat (100%). Asam maupun enzim dapat menghidrolisis selulosa menjadi monosakarida. Umumnya kenaikan temperatur dan tekanan dapat meningkatkan laju hidrolisis oleh asam. Adanya lignin dan hemiselulosa di selulosa merupakan penghambat terhidrolisisnya selulosa ( Fengel. D, 1983).

2.2.2 Hemiselulosa

Hemiselulosa termasuk dalam kelompok polisakarida tetapi berbeda dengan selulosa, karena memiliki berbagai unit gula, rantai molekul yang lebih pendek, dan adanya percabangan rantai molekul. Komposisi dan jenis monomer hemiselulosa berbeda-beda untuk berbagai jenis tanaman. Manosa merupakan monomer terbanyak dalam hemiselulosa kayu lunak, diikuti oleh selulosa, glukosa, galaktosa, dan arabinosa. Pada kayu keras, selilosa merupakan monomer utama hemiselulosa, diikuti dengan manosa, glukosa, galaktosa, serta sejumlah kecil arabinosa. Gula penyusun hemiselulosa sama seperti gula penyusun selulosa yaitu glukosa, manosa, galaktosa, arabinosa, dan asam glukonat. Beberapa sifat hemiselulosa antara lain sedikit larut dalam air, larut dalam mineral encer, alkali encer, dan pelarut organik. (Susanto, 1998).

2.2.3 Lignin

Lignin merupakan komponen makromolekul ketiga yang terdapat dalam biomassa, berfungsi sebagai pengikat antar serat. Kandungan lignin dalam biomassa bervariasi menurut spesies dan bagian tanaman. Kebanyakan biomassa kayu mempunyai kandungan lignin antara 20-40%.

Struktur molekul lignin terdiri dari sistem aromatik yang tersusun atas unit-unit fenilpropan. Rumus sturktur lignin dapat digambarkan dengan 16 unit fenilpropan yang menunjukkan sebagian makromolekul lignin. Berat molekul lignin bisa mencapai 11.000 dengan kandungan unit fenilpropan sekitar 60.

Pengisolasian lignin dapat dilakukan dengan hidrolisis dan ekstraksi atau dengan mengubahnya menjadi turunan lignin yang dapat larut. Beberapa sifat lignin antara lignin antara lain tidak larut dalam air, asam mineral, dan larut parsial dalam asam organik pekat, dan larutan alkali encer. ( Susanto, 1998),

2.3 Proses Pembuatan Pulp Secara Konvensional

Sebagian besar pulp yang diproduksi didunia pada saat ini (80%) menggunakan proses kraft, hanya sebagian kecil yang menggunakan proses kraft. Cairan pemasak yang digunakan pada proses kraft adalah NaOH ditambah dengan pemasak aliran bawah vertikal, pada temperatur 160- 180^oC , tekanan 7-11 bar dan waktu pemasakan 4-6 jam.

Setelah pemasakan , pulp dan lindi pemasak (lindi hitam) dikeluarkan dari bagian bawah bejana pada tekanan yang diturunkan masuk kedalam tangki penghembus. Kotoran ukuran besar yang tidak cukup masak (mata kayu) disaring pada penyaring mata kayu dan dikembalikan kedalam bejana untuk pemasakan ulang, lalu lindi pamasak bekas dikeluarkan . Setelah pencucian pulp dengan arus yang berlawanan diproses lebih lanjut sedikit dan akhirnya dikentalkan dan disimpan untuk diproses lebih lanjut.

Keuntungan –keuntungan proses kraft adalah :

·        Selektivitas delignifikasi lebih tinggi

·        Sifat-sifat pulp lebih baik

·        Pemulihan bahan kimia lebih sederhana

Selain itu, kerugian –kerugian dari penggunaan proses kraft adalah  :

·        Rendemen pulp rendah

·        Warna pulp yang gelap

·        Memerlukan proses belaching yang sangat efisiensi

Bahan baku

Mata Kayu

Pemutihan Bahan Kimia

Bejana Pemasak

Bejana Pemasuk

Tangki Penghembus

Pembersih Mata Kayu

Pencuci

Air Pencuci

Penyaring Pembersih

Kotoran

Pengentalan

Wadan Pulp Lebih Lanjut

 

Gambar 2.5 Proses Kraft (Sjostrom Eoro, 1995)

2.4 Pembuatan Pulp dengan Pelarut Organik

            Pembuatan pulp dengan menggunakan pelarut organik telah menjadi metode alternatif : bagi proses –proses pembuatan pulp konvensional. Proses pembuatan pulp dengan pelarut organik dapat dilihat pada gambar 2.6.

Proses Organoslov

            Biomassa

Selulosa

 

Hemiselulosa

Lignin

Pemisahan Produk dan Pemulihan Pelarut

            Pelarut Organik

Gambar 2.6 Skema pembuatan Pulp dengan pelarut organik (Johannes, dkk, 1987)

            Pelestarian terhadap pelestarian lingkungan dan konservasi sumber daya alam turut mendorong berkembangnya penggunaan pelarut organik sebagai media delignifikasi. Pembuatan pulp dengan pelarut organik dikembangkan berdasarkan pemisahan selektif dari komponen utama biomassa (selulosa, hemiselulosa, dan lignin), melalui perbedaan sifat kimia komponen penyusunnya.

            Berbagai pelarut organik yang dapat digunakan sebagai delignifikasi anatara lain : Alkohol, asam amina, glikol, ester, fenol, dan turunan fenol (Johannson, dkk, 1987). Pelarut organik yang pertama kali digunakan untuk proses pembuatan pulp ialah Etanol-HCl yang digunakan oleh klason pada tahun 1893, kemudian pulp dengan menggunakan campuran etanol-air dan metanol-air tanpa penambahan katalis, tetapi dield pulp sangat rendah dan merendukan temperatur yang tinggi (Jimenez, dkk.1997).

            Kemudian sarkanen (1990), mengembangkan proses tersebut dengan penambahan sedikit katalis NaOH (7-12%), dengan menambahkan katalis tersebut dapat menurunkan temperatur reaksi sampai 30^oC.

Keuntungan proses etanol adalah  :

1.   Menghasilkan produk samping yang mempunyai daya jaul

2.   Ramah lingkungan  ( tidak menimbulkan bau;)

3.  Cairan pemasak mudah unutk dipulihkan kembali

Disamping proses etanol terdapat juga proses lain yaitu proses asam asetat, dimana keuntungan dari proses asam asetat itu adalah :

1.      Keluwesan dalam pengoperasian , dapat dilakukan pada tekanan dan temperatur rendah atau tinggi dan dapat dilakukan dengan atau tanpa katalis

2.      Selektivitas delignifikasi yang baik untuk mempertahankan selulosa.

Dibandingkan dengan proses etanol, proses aam asetat ini tidak jauh berbeda dalam hal keuntungan dibidang lingkungan. Namun saat ini para peneliti mencoba mengembangkan proses etanol.  Seperti yang dilakukan oleh El-Shakawy, dkk, (1995), konsentrasi etanol yang digunakan untuk proses pembuatan pulp adalah 50%, dengan temperatur operasi 175^oC.  Adanya sejumlah kecil etanol ternyata mampu memberikan pemisahan yang selektif dan tercapai derajat delignifikasi dengan baik. Katalis yang banyak digunakan adalah NaOH .

Pengkajian penggunaan etanol berkatalis NaOH sebagai media delignifikasi biomassa telah dilakukan oleh para peneliti. Hasil –hasil penelitian menunjukkan bahwa etanol berkatalis NaOH mampu memberikan pemisahan yang efisien bagi komponen bimoassa dalam satuan proses tahap tunggal. Delignifikasi dan hidrolisis hemiselulosa terjadi secara serempak , tetapi masih memebrikan seletifitas yang baik dalam menjaga selulosa.

Perolehan dan komposisi kimia pulp dipengaruhi proses delignifikasi dan degradasi polisakarida. Upaya-upaya memaksimalkan delignifikasi dan menghindari terdegradasinya selulosa akan menghasilkan pulp yang kaya akan selulosa , dan kandungan lignin yang rendah.

2.4.1        Delignifikasi 

Berkurangnya kandungan lignin dalam bimoassa setelah pemasakan dalam pembuatan pulp , menunjukkan terjadinya proses delignifikasi selama proses dilakukan . Kandungan lignin dalam pulp untuk proses-proses komersial secara sederhana dan cepat diperkirakan dengan kandungan lignin dalam pulp bervariasi menurut biomassa dan proses yang digunakan.

                        Keberhasilan proses delignifikasi biomassa dapat diukur dengan derajat delignifikasi dan selektifitas yang dicapai. Derajat delignifikasi menunjukkan derajat banyaknya lignin yang berhasil dalam fraksionasi , selektifitas menunjuk adanya polisakarida ( terutama selulosa) yang ikut terdegradasi pada suatu derajat delignifikasi tertentu.

                        Peningkatan temperatur dan konsentrasi katalis tidak hanya mempercepat laju delignifikasi oleh media asam asetat , tetapi juga mendorong reaksi repolimerisasi. Repolimerisasi lignin yang telah larut menyebabkan kandungan lignin dalam pulp masih tinggi dan merupakan penghambat proses delignifikasi. Pelarutan dan kondensasi lignin(repolimerisasi) juga bergantung pada keadaan alami lignin dalam biomassa, seperti pada kayu lunak, unit pembentukan ligninnya lebih reaktif sehingga sulit untuk disisihkan dan cenderung membentuk reaksi repolimerisasi reaksi repolimerisasi pada temperatur tinggi.

2.4.2        Degradasi Polisakarida

Selama pemprosesan biomassa dalam median etanol berlangsung , selain terjadi proses delignifikasi, sebagian polisakarida juga terdegradasi . Degradasi polisakarida ini disebabkan terhidrolisisnya hemiselulosa oleh asam. {roduk hidrolisis hemiselulosa merupakan monosakarida yang larut dalam cairan pemasak. Selain itu fulfural juga dapat terbentuk sebagai akibat terdekomposisi produk gula hemiselulosa yang dihasilkan (Kin, 1990). Walaupun menghasilkan produk samping yang dapat dipasarkan , sebenarnya degradasi polisakarida juga harus diperhatikan agar tidak sampai terjadi pada selulosa. Vasques, dkk(1993) menyarankan bahwa untuk melakukan optimasi perolehan pulp juga harus memperhatikan hidrolisis polisakarida.

2.5        Faktor-faktor Yang Terdapat Dalam Pembuatan Pulp

Pembuatan pulp dengan etanol baik dengan katalis atau tanpa katalis meliputi dua proses yang berlangsung secara serempak  yaitu delignifikasi dan degradasi polisakarida. Faktor-faktor yang mempengaruhi kedua proses tersebut adalah  :

2.5.1        Konsentrasi Etanol

Pemakaian etanol sebagai media delignifikasi akan mampu melarutkan lignin dengan baik jika digunakan pada konsentrasi tertentu. Untuk pemasakan kayu keras menggunakan etanol dan katalis NaOH , dimana konsentrasi etanol yang dipakai adalah 50%-60%.

           

2.5.2        Nisbah Cairan/ Padatan

Nisbah cairan /padatan menentukan kapasitas pemprosesan yang bisa dilakukan (jumlah bimoassa dan bahan kimia yang digunakan). Meningkatnya nisbah cairan / padatan mengakibatkan bertambahnya jumlah air dalam cairan pemasak, kelebihan air menyebabkan hemiselulosa mudah larut dalam cairan pemasak, sedangkan fraksi lignin menjadi sulit untuk dilakukan.

2.5.3        Konsentrasi Katalis

Penambahan sejumlah kecil katalis dapat memepercepat laju delignifikasi dan proses dapat dilakukan dengan temperatur yang rendah. Konsentrasi katalis dapat mempengaruhi selektivitas delignifikasi dalam etanol. Selain itu, peningkatan konsentrasi katalis dapat mempercepat laju delignifikasi biomassa. Hal ini telah dibuktikan oleh Sarkane, 1990, yang melakukan delignifikasi terhadap kayu kapas dengan menggunakan metanol-air sebagai pelarut dari katalis H₂SO_4.

2.5.4        Temperatur Reaksi

Dari persamaan Arhenius dibawha ini :

-E_o/RT

K= K_o

                                Menunjukkan bahwa semakin tinggi temperatur reaksi maka semakin konstanta laju delignifikasi akan semakin meningkat, sehingga pada temperatur yang tinggi maka semakin banyak lignin yang dapat disisihkan dari biomassa.  Sealin meningkatnya laju legnifikasi pada temperatur yang tinggi, juga sebagian polisakarida akan terdegradasi (Vasquess,dkk, 1993).

2.5.5        Waktu Reaksi

Vasques, 1993 menemukan bahwa semakin lama waktu reaksi maka semakin banyak lignin yang tersisihkan dari biomassa , sehingga kandungan lignin dalam pulp semakin berkurang.Untuk waktu yang lebih lama, kandungan lignin dalam pulp mempunyai kecenderungan untuk meningkat kembali.

2.5.6        Ukuran Biomassa

Ukuran bimassa berhubungan dengan kemampuan pemasukan (penetrasi) dan difusi cairan kedalam biomassa. Benard,dkk ,(1994), menemukan bahwa biomassa yang lebih tipis maka akan semakin mudah untuk disihkan dengan kandungan ligninnya.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

            Berdasarkan pembahasan yang diperoleh, dapat disimpulkan bahwa:’

1.      Pulp adalah bahan berupa serat berwarna putih yang diperoleh melalui proses penyisihan lingnin dari biomasa.

2.      Jerami Padi adalah salah satu bahan baku utama yang digunakan untuk produksi pupl dan kertas.

3.      Komponen-komponen yang terdapat dalam jerami padi terdiri dari berbagai komponen penyusun, diantaranya adalah komponen-komponen lignoselulosa yang terdiri dari komponen-komponen selulosa, hemiselulosa, dan lignin.

4.      Faktor-faktor yang terdapat dalam pembuatan industri kertas adalah konsentrasi etanol, nisbah cairan, konsentrasi katalis, temperatur reaksi, waktu reaksi, dan ukuran biomassa.

Share this post