Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang I.1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik Indonesia merupakan salah satu negara tropis terbesar di dunia. Keadaan alam seperti ini menghasilkan iklim yang sangat mendukung bagi kelangsungan hidup berbagai jenis hewan dan tumbuhan. Kondisi tersebut telah menjadikan Indonesia sebagai negara agraris dan maritim yang subur. Indonesia sebagai negara agraris memiliki potensi yang sangat besar dalam sektor pertanian. Sebagian masyarakat Indonesia masih menjadikan pertanian sebagai komoditas utama sebagai usaha dan profesi. Kebutuhan pangan dalam negeri sebagian besar dipenuhi sektor pertanian. Produktivitas pertanian tanaman pangan di Indonesia setiap tahunnya memiliki jumlah yang cukup yang besar. Meskipun demikian, dalam setiap panen raya pertanian tanaman pangan di Indonesia selalu membawa hasil samping atau limbah pertanian yang cukup besar pula. Setiap tahunnya dihasilkan limbah pertanian yang sangat melimpah hingga mencapai jutaan ton. Limbah pertanian ini terdiri atas jerami padi, daun jagung, batang jagung, daun kedelai dan lain sebagainya. Jerami padi-bagian dari batang padi tanpa akar yang tertinggal setelah diambil butir buahnya-merupakan limbah pertanian terbesar dengan jumlah sekitar 20 juta ton per tahun. Sebagian besar jerami padi tidak dimanfaatkan karena selalu dibakar setelah proses pemanenan. Nilai ekonomis dari bahan yang dianggap limbah tersebut dapat ditingkatkan dengan memberikan masukan ilmu, teknologi permesinan dan lainnya sehingga dapat lebih bermanfaat. Pada jenis padi yang ditanam, perbanding perbandingan an antara jerami dan padi biasanya 1:1. Oleh karena itu, limbah petanian berupa jerami harus dapat dimanfaatkan sehingga mempunyai nilai lebih. (Winarno,1985)
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS I-1
I- 2
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping Di sisi lain, perkembangan dunia pendidikan di Indonesia yang cukup pesat akhir-akhir ini menimbulkan kebutuhan akan buku yang berasal dari kertas yang semakin meningkat pula. Kayu, sebagai bahan baku utama kertas saat ini sudah sangat terbatas jumlahnya. Lahan yang kritis dan pemanasan global telah membuat orang untuk berpikir mencari bahan baku alternatif lain untuk menggantikan peran kayu dalam industri pulp dan kertas. Tabel I.1.1 Data Import, Eksport, Produksi dan Konsumsi Pulp di Indonesia Tahun Import (kg) Ekspor (kg) Produksi (kg) Konsumsi (kg) 2004
26.907.839
682.071
21.914.358
48.140.126
2005
242.825.561
80.895.785
99.302.373
261.232.149
2006
195.613.074
95.231.905
963.416.000
1.063.797.169
2007
137.966.059
115.694.836
1.777.500.000
1.799.771.223
2008 172.479.593 44.400.000 9.930.237.300 10.102.276.890 (Data BPS HS 4702000000) Penggunaan jerami padi sebagai bahan baku pulp pada pabrik pulp dan kertas merupakan salah satu cara untuk memanfaatkan limbah pertanian karena mempunyai kandungan selulosa yang besar, di samping untuk menggantikan kayu sebagai bahan baku utama. Selain itu ketersediaannya pun melimpah sebagai hasil limbah pertanian yang kurang dimanfaatkan selama ini. Tabel I.1.2 Produksi Padi dari Tahun 2004-2008 (dalam ton) Tahun Indonesia Jawa Timur Ngawi 2004 54.088.468 9.002.025 5.573.375 2005 54.151.097 9.007.265 5.681.973 2006 54.454.937 9.346.947 5.541.823 2007 57.157.435 9.402.029 5.892.631 2008 60.325.925 10.474.773 5.917.098 2009 63.840.066 11.096.154 6.121.864 (www.bps.go.id dan www.kabngawi.go.id)
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I-3
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping Direncanakan mendirikan pabrik pulp pada tahun 2012. Dari hasil regresi data ekspor, import, produksi dan konsumsi pulp pada tahun 2004-2008 didapatkan data-data untuk perkiraan tahun 2012 adalah sebagai berikut : Import = 27.000.000 kg = 27.000 ton Eksport = 80.000.000 kg = 80.000 ton Produksi = 14.000.000.000 kg = 14.000.000 ton Konsumsi = (import + produksi) – eksport = (27.000 + 14.000.000) ton – 80.000 ton = 13.947.000 ton Dengan asumsi adanya pabrik pulp lain yang masih beroperasi dan jumlah bahan baku yang tersedia, maka kapasitas pabrik baru yang akan beroperasi adalah 10% dari total peluang yang ada, sehingga didapat: Kapasitas produksi = 1% x 13.947.000 ton = 132.000 ton / tahun = 400 ton/ hari Masa kerja dalam satu tahun dianggap 330 hari kerja. Direncanakan membuat pabrik pulp dari jerami dengan kapasitas 132.000 ton / tahun, dimana produk nantinya diutamakan untuk pemenuhan kebutuhan nasional dan internasional yang masih potensial (export oriented ). Pabrik didirikan di kawasan Ngawi, Jawa Timur. Dasardasar pemilihan lokasi pabrik di daerah tersebut adalah dikarenakan daerah tersebut merupakan salah satu penghasil padi terbesar di Jawa Timur, terdapat sungai besar (Sungai Bengawan Solo) yang membantu sistem utilitas dan pengolahan limbah serta transportasi yang mudah sehingga meminimalisir biaya dalam segi pengadaan bahan baku. I.1.2 Sejarah Pulp Sejarah pembuatan pulp tidak lepas dari sejarah kertas. Pertama kali orang menulis diatas batu, kemudian kulit kayu, daun-daun, gading, tulang, kulit lembaran lilin, gua-gua. Orang Mesir kuno membuat catatan mereka juga pada lembaran tanah
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I- 4
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping liat. Antara tahun 2500 dan 2000 SM, orang Mesir menulis diatas daun ”Papyrus” yaitu pohon tinggi yang tumbuh di sepanjang sungai Nil. Tanaman ini sering disebut dengan nama Water Reed Cyperus Paptrus, yang akhirnya kata papyrus inilah orang Eropa menyebutnya sebagai papier atau papper. Karena kekurangan daun papyrus di daerah Perganum, sehingga orang-orang disitu memakai kulit binatang yang direntangkan dan dihaluskan lalu hasil catatannya mereka simpan dalam gulungan yang terbuat dari batang kayu papyrus maupun dari kulit binatang, yang mereka sebut sebagai ”Parchment” (kertas files\showthread.php.htm.”Sejarah Penemuan Kertas”). Kertas pertama kali ditemukan di Tiongkok pada zaman dinasti Han. Catatan dari Tiongkok menyebutkan bahwa kertas pertama kali ditemukan oleh Ts’ai Lung, yaitu seorang perwira dari kaisar Ho pada tahun 105 sesudah Masehi. Pada saat itu orang membuat kertas dengan mencelupkan potongan-potongan bambu dalam larutan susu kapur dan kemudian dipukul-pukulkan untuk memisahkan serat-seratnya. Mereka juga dapat membuat kertas dari serat-serat kayu, serat-serat hamp, dan kain-kain bekas (kertas files\showthread.php.htm.”Sejarah Penemuan Kertas”.) Teknik membuat kertas mengalami perkembangan yang sangat cepat di Eropa Selatan pada akhir abad ke XIV. Industri kertas berkembang mulai dari Eropa Selatan ke Spanyol, Perancis, Jerman, dan Inggris.Teknik membuat kertas semakin maju setelah adanya dua penemuan besar. Penemuan besar yang pertama adalah teknik membuat kertas dengan ban saringan kawat berjalan yang tak berujung. Teknik ini ditemukan oleh seorang yang berkebangsaan Perancis yaitu Louis Robert pada tahun 1799. Hasilnya adalah lembaran kertas yang panjang dan digulung. Oleh karena itu harga kertas dapat ditekan lebih rendah. Sedangkan penemuan yang kedua adalah teknik membuat kertas dari bahan baku serat-serat kayu. Teknik ini ditemukan pada pertengahan abad XIX. Sebelumnya, bahan baku kertas adalah kapas dan kain-kain bekas. Pada akhirnya, pemakaian bahan baku
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I-5
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping dari serat-serat kayu menjadi pilihan utama karena jumlah kain bekas sudah tidak mencukupi kebutuhan untuk membuat kertas (kertas files\showthread.php.htm.”Sejarah Penemuan Kertas”.) Louis Robert menjual penemuannya kepada M. Didot dan John Gamble. Kemudian penemuan Louis Robert mengalami perubahan-perubahan. Kemudian pada tahun 1804 mereka menjual lagi penemuan ini pada Fourdinier bersaudara, yaitu Henry dan Scaly yang berkebangsaan Inggris. Sampai sekarang mesin ini tetap dinamakan mesin Fourdinier. Tahun 1809, John Dikinson menemukan mesin silinder (Casey, 1984). Dalam perkembangan teknik membuat kertas ini, Keller of Saxony berhasil menemukan proses mekanis membuat cara bubur kertas dari kayu. Watt dan Burges menemukan proses soda pada tahun 1825-1854. Tahun 1866, seorang ahli kimia yang berkebangsaan Amerika, Treghmen dihadiahi hak patent dasar dari Inggris untuk proses sulfit, tetapi proses komersialnya dilakukan oleh seorang ahli kimia dari Swedia Cedkman yang mulai membuat bubur Pulp dengan proses sulfit. Komersialnya dilakukan di Bergirk, Swedia pada tahun 1874 (Casey, 1984). Proses sulfat atau proses kraf dikembangkan oleh Dahl pada tahun 1879 di Danzig. Proses sulfat ini mulai ada di Amerika Serikat pada tahun 1908. Pada waktu itu, pembuatan pulp adalah 48% dengan cara mekanis, 40% dengan cara sulfit dan 12% dengan cara soda. Pertumbuhan Industri Pulp dan kertas di Indonesia memperlihatkan kemajuan pesat. Pada awal Pelita IV tercatat pabrik pulp dan kertas dengan kapasitas 575.700 ton per tahun dan pada akhir Pelita IV ada 36 pabrik dengan kapasitas 1.210.000 ton per tahun (Dirjen IKD,1988). Sejalan dengan hal tersebut di atas kebutuhan akan bahan baku dirasakan semakin meningkat sehingga diperlukan suatu usaha penyediaan bahan baku yang kontinyu. Secara potensial Indonesia mempunyai kemampuan dalam sumber daya alam untuk menyediakan dan mengembangkan sumber selulosa baik bahan baku bukan kayu maupun bahan baku kayu (Casey, 1984).
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I- 6
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping Pada tahun 2000an mulai dikembangkan metode baru dengan menggunakan organosolvent yang ralatif lebih ramah lingkungan. Metode ini tidak menggunakan klorin dalam prosesnya, tetapi menggunakan bahan kimia lain yang relatif ramah lingkungan, seperti phenol, alkohol, dll. Metode lain yang cukup menjajikan adalah teknologi biopulping dengan memanfaatkan fungi pelapuk putih (FPP). FPP memiliki kemampuan untuk mendegradasi lignin dan sedikit mendegradasi selulosa. Kemampuan ini dapat dimanfaatkan untuk pembuatan biopulping, baik biochemical pulping maupun biomechanical pulping. Teknologi biopulping memiliki beberapa keuntungan, antara lain: mengurangi kebutuhan energi, mengurangi penggunaan bahan kimia, dan meningkatkan rendemen dan kualitas pulp (Noor, 2008). I.2 Dasar Teori Salah satu sumber serat yaitu jerami padi. Pemanfaatan jerami padi sebagai sisa buangan dari industri pertanian dapat diarahkan penggunaannya sebagai bahan baku pembuatan pulp dan kertas. Pemanfaatan jerami padi merupakan salah satu langkah yang dapat dilakukan, misalnya dalam penggunaan jerami padi. Jumlahnya yang relatif banyak dapat digunakan sebagai bahan baku tambahan yang digunakan dalam pembuatan pulp (Situs Hijau-Media Pertanian Online Anda htm.”Limbah jerami, bahan baku pulp yang murah”) Jerami padi sebagai limbah pertanian yang berlignoselulosa memiliki prospek yang baik untuk digunakan sebagai bahan baku produk berbasis serat seperti pulp, kertas dan produksi panel. Jenis kertas yang dapat diproduksi dari jerami padi, antara lain kertas kraft, kertas cetak, dan kertas map dengan mutu yang memenuhi standar. Perbandingan antara jerami dan gabah biasanya 1 :1 . Dari data BPS didapatkan bahwa pengadaan gabah pada tahun 2006 mencapai 866.807 ton netto. Jumlah ini menurun pada tahun berikutnya, yaitu pada tahun 2007 menjadi
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I-7
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping 350.871 ton netto, sedangkan pada tahun 2008 mencapai 383.963 ton netto. Sampai pertengahan tahun 2009, pengadaan gabah mencapai 470.773 ton netto. Karena perbandingan antara gabah dan jerami yang dihasilkan 1:1, dapat digunakan gambaran data pengadaan gabah di atas untuk mengetahui jumlah jerami yang dihasilkan oleh limbah pertanian. Penggunaan jerami padi sebagai bahan baku pulp dan kertas memiliki beberapa keuntungan, yaitu pertama, memberikan tambahan keuntungan kepada petani padi karena bisa menjual jerami yang selama ini hanya dibakar dan tidak memiliki daya jual. Kedua, menurunkan ongkos produksi pulp karena jerami padi lebih murah dibandingkan dengan bahan baku lainnya. Ketiga, mejaga kelestarian hutan tropis karena kebergantungan pada hutan berkurang. Keempat, Indonesia sebagai negara yang tingkat produktivitas padinya tinggi, otomatis ketersediaan jerami juga berlangsung secara kontinyu. Diperlukan adanya kerja sama dengan Himpunan Kerukunan Tani Indonesia (HKTI) untuk suplai bahan baku. (Situs Hijau-Media Pertanian Online Anda htm.”Limbah jerami, bahan baku pulp yang murah”)
Gambar I.2.1 Jerami Padi Padi (Oriza sativa) adalah tumbuhan pertanian penting penghasil beras sebagai bahan makanan pokok masyarakat Indonesia. Indonesia adalah salah satu penghasil padi erbesar di
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I- 8
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping dunia, namun proyeksi ke depan memperkirakan bahwa pada tahun 2009 Indonesia akan menjadi lumbung padi. Pulp adalah bahan setengah jadi, apabila diolah lebih lanjut akan menghabiskan kertas, serat rayon dan derivat cellulosa lainnya. Bahan baku utama untuk pembuatan pulp ini adalah selulosa. Selulosa dapat diperoleh dari tumbuh-tumbuhan berserat. Unsur utama tumbuhan berserat ada tiga, yaitu : - selulosa = 45,80 % - Pentosan = 25,90 % - lignin = 22,60 % Menurut (Darusetyo.R, 2002), kayu sebagai bahan dasar dalam industri kertas mengandung beberapa komponen antara lain : Selulosa, tersusun atas molekul glukosa rantai lurus dan • panjang yang merupakan komponen paling disukai dalam pembuatan kertas karena panjang, dan kuat. Hemiselulosa, tersusun atas glukosa rantai pendek dan • bercabang. Hemiselulosa lebih mudah larut dalam air dan biasanya dihilangkan dalam proses pulping. Lignin, adalah jaringan polimer fenolik tiga dimensi yang • berfungsi merekatkan serat selulosa sehingga menjadi kaku. Pulping kimia dan proses pemutihan akan menghilangkan lignin tanpa mengurangi serat selusosa secara signifikan. Ekstraktif, meliputi hormon tumbuhan, resin, asam lemak • dan unsur lain. Komponen ini sangat beracun bagi kehidupan perairan dan mencapai jumlah toksik akut dalam effluent indsutri kertas. I.2.1 Selulosa Komponen utama penyusun jaringan dinding sel tumbuhtumbuhan pada umumnya adalah selulosa. Selulosa adalah polimer alam berupa zat karbohidrat (polisakarida) yang mempunyai serat dengan warna putih, tidak dapat larut dalam air dan pelarut organik (Pulp/TKKS/selulosa.htm.”Selulosa.”).
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I-9
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping Selulosa mempunyai rumus molekul 2(C 6H10O5)n, dengan n adalah derajat polimerisasi. Panjang suatu rangkaian selulosa tergantung pada derajat polimerisasinya. Semakin panjang suatu rangkaian selulosa, maka rangkaian selulosa tersebut mempunyai serat yang lebih kuat, lebih tahan terhadap pengaruh bahan kimia, cahaya, dan mikroorganisme. Selulosa dapat dibedakan menjadi: a. α selulosa Selulosa untuk jenis ini tidak dapat larut dalam larutan 0 NaOH dengan kadar 17,5% pada suhu 20 C dan merupakan bentuk sesungguhnya yang telah dikenal sebagai selulosa. b. β selulosa Jenis dari selulosa ini mudah larut dalam larutan NaOH 0 yang mempunyai kadar 17,5% pada suhu 20 C dan akan mengendap bila larutan tersebut berubah menjadi larutan yang memiliki suasana asam. c. γ selulosa Untuk selulosa jenis ini mudah larut dalam larutan NaOH 0 yang mempunyai kadar 17,5% pada suhu 20 C dan tidak akan terbentuk endapan setelah larutan tersebut dinetralkan. Alpha selulosa sangat menentukan sifat tahanan kertas, semakin banyak kadar alpha selulosanya menunjukkan semakin tahan lama kertas tersebut . Dan memiliki sifat hidrofilik yang lebih besar pada gamma dan beta selulosa daripada alpha selulosanya (Solechudin dan Wibisono, 2002). Sifat-sifat selulosa Sifat-sifat selulosa terdiri dari sifat fisika dan sifat kimia. Selulosa dengan rantai panjang mempunyai sifat fisik yang lebih kuat, lebih tahan lama terhadap degradasi yang disebabkan oleh pengaruh panas, bahan kimia maupun pengaruh biologis. Sifat fisika dari selulosa yang penting adalah panjang, lebar dan tebal molekulnya. Sifat fisik lain dari selulosa adalah: 1. Dapat terdegradasi oleh hidrolisa, oksidasi, fotokimia maupun secara mekanis sehingga berat molekulnya menurun
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I- 10
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping 2. Tidak larut dalam air maupun pelarut organik, tetapi sebagian larut dalam larutan alkali 3. Dalam keadaan kering, selulosa bersifat higroskopis, keras dan rapuh. Bila selulosa cukup banyak mengandung air maka akan bersifat lunak. Jadi fungsi air disini adalah sebagai pelunak. 4. Selulosa dalam kristal mempunyai kekuatan lebih baik jika dibandingkan dengan bentuk amorfnya (Fengel dan Wenger,1995). Proses pembuatan pulp adalah contoh perlakuan fisik dan kimia yang mempunyai tujuan untuk memisahkan selulosa dari kandungan impuritiesnya. Pemisahan dilakukan pada kondisi yang optimum untuk mencegah terjadinya degradasi terhadap selulosa. Kesulitan yang dihadapi dalam proses pemisahan ini disebabkan oleh: Berat molekul tinggi. • Kesamaan sifat antara komponen impuritis dengan selulosa • itu sendiri. Kristalinitas yang tinggi. • Ikatan fisika dan kimia yang kuat • (Fengel dan Wenger,1995). Degradasi pada selulosa kadang-kadang terjadi selama proses pembuatan Pulp. Keadaan ini disebabkan oleh beberapa hal, yaitu: 1. Degradasi oleh hidrolisa asam Terjadi pada temperatur yang cukup tinggi dan berada pada media asam dalam waktu yang cukup lama. Akibat dari degradasi ini adalah terjadinya reaksi yaitu selulosa terhidrolisa menjadi selulosa denga berat molekul yang rendah. Keaktifan asam pekat untuk mendregadasi selulosa berbeda-beda. Untuk keaktifan yang sangat tinggi dimiliki oleh asam oksalat (Solechudin dan Wibisono, 2002). Asam nitrat, asam sulfat dan asam chlorin adalah asam yang aktif, sedangkan asam-asam organik merupakan asam-
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I-11
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping asam yang tidak aktif. Asam sulfat yang pekat (75%) akan menyebabkan selulosa berbentuk gelatin, asam nitrat pekat akan menyebabkan selulosa membentuk ester sedangkan asam phospat pada temperatur rendah akan menyebabkan sedikit berpengaruh pada selulosa (Solechudin dan Wibisono, 2002). 2. Degradasi oleh oksidator Senyawa oksidator sangat mudah mendegradasi selulosa menjadi molekul-molekul yang lebih kecil yang disebut oxyselulosa. Hal ini terjadi tergantung dari oksidator dan kondisinya. Macam-macam oksidator adalah sebagai berikut: mengoksidasi hidroksil primer dari selulosa menjadi • NO2 karboksil. Oksidasi ini tidak akan memecah rantai selulosa kecuali jika terdapat alkali. • Chlorin mengoksidasi gugus karboksil dan aldehid. Oksidasi karboksil menjadi CO 2 dan H2O, sedangkan oksidasi aldehid menjadi karboksil dan bila oksidasi diteruskan akan menjadi CO2 dan H2O. akan menghasilkan oksidasi selulosa yang • Hipoklorit mengandung presentase gugus hidroksil tinggi pada kondisi netral atau alkali. (Solechudin dan Wibisono, 2002) 3. Degradasi oleh panas Pengaruh panas lebih besar bila dibandingkan dengan asam atau oksidator. Serat-serat selulosa yang dikeringkan pada temperatur tinggi akan mengakibatkan kertas kehilangan sebagian higroskopisitasnya (swealling ability). Hal ini disebabkan karena: ikatan hidrogen antara molekul-molekul • Bertambahnya selulosa yang berdekatan. • Terbentuknya ikatan rantai kimia diantara molekul-molekul selulosa yang berdekatan. serat-serat pulp pada temperatur kurang lebih • Pemanasan 0 100 C akan menghilangkan kemampuan menggembung 0 sekitar 50% dan pemanasan diatas 20 C dan dalam waktu
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I- 12
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping lama akan mengakibatkan serat-serat selulosa kehilangan strukturnya secara total. (Solechudin dan Wibisono, 2002). I.2.2 Hemiselulosa Hemiselulosa sangat dekat asosiasinya dengan selulosa dalam dinding sel. Lima gula netral yaitu D-xilosa, D-mannosa, D-glukosa, D-galaktosa dan L-arabinosa merupakan konstituen utama penyusun hemiselulosa mengandung senyawa tambahan asam uronat (Fengel dan Wenger,1995). Secara struktural, hemiselulosa mempunyai sifat reaksi yang sama dengan selulosa tapi hemiselulosa terdiri dari komponen-komponen polisakarida yang bukan selulosa. Hemiselulosa dapat mengalami oksidasi menjadi senyawa keto dan aldo dan dapat membentuk adisi pada gugus hidroksil. Hemiselulosa akan mengalami reaksi oksidasi dan degradasi terlebih dahulu daripada selulosa, karena rantai molekul hemiselulosa lebih pendek dan bercabang (Fengel dan Wenger,1995). Hemiselulosa tidak larut dalam air tapi larut dalam larutan alkali encer dan lebih mudah dihidrolisa oleh asam daripada selulosa. Sifat hemiselulosa yang hidrofilik banyak mempengaruhi sifat fisik pulp dan kertas. Hemiselulosa berfungsi sebagai perekat dan dapat mempercepat terjadinya fibrasi (pembentukan serat). Sifat inilah yang memperkuat kekuatan fisik lembaran pulp kertas dan menurunkan waktu serta daya operasi penggilingan (beating) (Fengel dan Wenger,1995) Hilangnya hemiselulosa akan mengakibatkan adanya lubang diantara fibril dan berkurangnya ikatan antar serat, namun kadar hemiselulosanya yang terlalu tinggi akan menyebabkan kertas tembus cahaya, kaku dan rapuh (Solechudin dan Wibisono, 2002) I.2.3 Lignin Lignin adalah bagian dari tumbuhan yang terdapat dalam lamelar tengah dan dinding sel berfungsi sebagai perekat antar
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I-13
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping sel, sehingga lignin tidak dikehendaki dalam proses pembuatan Pulp. Lignin adalah polimer kompleks dan bersifat amorf. Karena sifat amorfnya maka lignin sulit diketahui secara pasti sifat fisik dan bentuk molekulnya (Fengel dan Wenger,1995) Reaksi yang dapat terjadi dengan lignin adalah reaksi netralisasi, oksidasi, reduksi, halogenasi, hidrolisa, dan sulfonasi. Reaksi sulfonasi, oksidasi dan halogenasi sangat berpengaruh terhadap sifat kimia pulp dan kertas. Lignin sangat peka terhadap oksidasi dan dapat terurai menjadi asam-asam aromatik seperti benzoat. Pada kondisi tertentu lignin dapat teroksidasi menjadi asam format, asetat, oksalat dan suksinat. Pada pembuatan pulp dengan proses soda akan dihasilkan lignin terlarut, sedangkan pada proses sulfat, sulfur masuk ke dalam molekul lignin dan membentuk tio-lignin terlarut. Bila lignin berdifusi dengan larutan alkali, maka akan terjadi pelepasan gugus metoksil yang membuat lignin lebih mudah larut dalam alkali (Fengel dan Wenger,1995). Reaksi dengan senyawa-senyawa tertentu banyak dimanfaatkan dalam proses-proses pembuatan Pulp dimana lignin yang terbentuk dapat dipisahkan, sedangkan reaksi oksidasi terhadap lignin banyak dipergunakan dalam proses pemutihan. Lignin dapat mengurangi daya pengembangan serat serta ikatan antar serat. Beberapa cara yang dapat digunakan untuk memisahkan lignin adalah dengan menambahkan H 2SO4 pekat dan HCl pekat sebagai pereaksi anorganik untuk mendestruksi karbohidratnya (Fengel dan Wenger,1995). Pulp dan kertas akan mempunyai sifat fisik atau kekuatan yang baik jika mengandung sedikit lignin karena lignin bersifat menolak air (hidrophobic) dan kaku sehingga menyulitkan dalam proses penggilingan. Lignin juga mempunyai gugus pembawa warna (gugus kromofor) yang akan bereaksi dengan larutan pemasak pada digester sehingga menyebabkan warna pulp yang dihasilkan akan menjadi gelap. Banyaknya lignin juga berpengaruh pada komsumsi bahan kimia dalam pemasakan dan pemutihan (Solechudin dan Wibisono, 2002).
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I- 14
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping I.2.4 Ekstraktif Zat terekstraksi adalah senyawa kimia dengan berat molekul rendah yang dapat larut dalam air dan pelarut organik. Kadarnya dalam kayu berdaun lebar lebih tinggi daripada kayu berdaun jarum. Zat terekstraksi terdiri dari senyawa yang mudah menguap seperti terpentin, terpena, resin asam lemak dan fenol. (Fengel dan Wenger,1995) Pada proses pembuatan pulp, zat ini kurang menguntungkan karena menimbulkan masalah terhadap komsumsi bahan kimia pemasak, menghambat penetralan larutan pemasak dan mengakibatkan kualitas pulp yang dihasilkan kurang baik. Jika menggunakan bahan baku yang mengandung resin, maka dalam proses pembuatan Kertas sering timbul masalah (pith trouble). Masalah ini disebabkan karena pith yang dilepaskan pada proses penggilingan (beating dan refining) akan cenderung terkumpul sebagai partikel koloidal sehingga akan menyumbat wire pada mesin kertas atau terkumpul pada belt dan melekat pada mesin membentuk gumpalan sehingga kertas berlubang dan kotor (Fengel dan Wenger,1995). Masalah lain yang tidak diinginkan adalah adanya mineral yang tidak dikehendaki dalam serat seperti silika, besi dan mangan karena dapat menimbulkan masalah pada pengoperasian alat dan akan menurunkan kualitas Pulp yang dihasilkan (Solechudin dan Wibisono, 2002). I.2.5 Pelapukan oleh Jamur Pembusuk Putih Jamur pembusuk putih menyerang kayu lunak dan kayu keras dengan pilihan pada lignin. Hifa jamur ini mengikat enzimenzim lignase yang selanjutnya menembus jaringan kayu melalui selaput noktah dan melalui dinding sel dengan membentuk lubang pengeboran. Hifa tumbuh terutama pada permukaan dinding sel sebelah dalam dan mendegradasi dinding-dinding dengan kekuatan eksoenzim yang menghasilkan zona lisis disekitar hifa. Serangan yang berlangsung menyebabkan dinding sel makin
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I-15
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping keropos dan menghasilkan struktur sarang lebah. Laju maksimum degradasi lignin adalah 3% setiap hari setelah 2 minggu inkubasi. (Fengel dan Wenger,1995)
Gambar I.2.5 Jamur Pelapuk Putih yang Tumbuh di Atas Jerami I.3 Kegunaan Produk akhir serat jerami padi dapat menghasilkan bahan baku utama kertas cetak, karena serat jerami padi termasuk kedalam serat pendek dan pulp hasil jerami padi termasuk kedalam pulp yang berkekuatan sedang. I.4 Sifat Fisika dan Kimia I.4.1 Bahan Baku Utama I.4.1.1 Serat Jerami Sifat fisika • Secara umum jerami memiliki sifat-sifat fisik yang hampir sama, yaitu dengan panjang batang 40 cm – 60 cm dan batang berupa buluh beruas-ruas yang bagian dalamnya berongga, dan bulk densitas : 40-256 kg/m3 (Mediastika, 2007). Namun demikian, bila diamati secara sungguh-sungguh dan dengan pengamatan secara fisik, ada beberapa perbedaan
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I- 16
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping mendasar, terutama mengenai tingkat kekerasan batang utama pada beberapa jenis jerami. Jerami padi lokal, seperti rojolele, memiliki karakter batang yang lebih lunak dibandingkan jerami padi varietas persilangan, seperti IR. Jerami padi sawah juga lebih lunak dari pada jerami padi gogo (sawah kering). Demikian pula jerami padi lebih lunak dari pada jerami padi ketan (Mediastika, 2007). Sifat Kimia • Kandungan dari jerami bagian khusus batang adalah sebagai berikut : = 61,54 % Selulosa = 14,21% Lignin = 15,04 % Pentosan = 4,15 % Abu Air = 4,1% = 0,96 % SiO2 (Winarno, 1985) I.4.2 Bahan Baku Pendukung I.4.2.1 NaOH ( Natrium Hidroksida) Sifat Fisika • = 40,00 gr/grmol Berat Molekul Densitas = 2,13 gr/cc = 2,13 Spesific grafity 0 = 323 C Melting Point 0 = 1388 C Boiling Point Berbentuk Kristal Berwarna Putih (www.sciencelab.com). Sifat Kimia • Bersifat Korosif dan higrokopis Mudah larut dalam air dingin, etanol, eter dan gliserin bereaksi dengan logam, asam, alkali, zat Mudah pengoksidasi, zat pereduksi (www.sciencelab.com).
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I-17
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping I.4.2.2 H2O2 ( Hidrogen Peroksida) Sifat Fisika • Berat Molekul = 34 gr/grmol = 1,01 gr/cc Densitas = 1,01 Spesific grafity = -0,43°C Melting Point = 101,56°C Boiling Point Berbentuk Liquid Tidak Berwarna (www.sciencelab.com). Sifat Kimia • Kurang reaktif dan tidak mudah terbakar Tidak bersifat korosif dan pengoksidasi yang kuat Mudah larut dalam air dan dietil eter (www.sciencelab.com). I.4.2.3 Enzim Lignin Peroksidase/ Ligninase/ Lignase ( EC 1.11.1.14) Tipe enzim : peroksidase Secara selektif mendegradase unit non fenolik pada lignin Bekerja sama dengan H 2O2 Dihasilkan oleh jamur pelapuk putih dari dari kelas Basidiomycetes, seperti Phanerochaete chrysosporium pH optimum 4,5 o suhu optimum 40-60 C berat antara 40-50 Kda (Suparjo, 2008) I.4.3 Produk I.4.3.1 Produk Utama I.4.3.1.1 Pulp Jerami Padi Hasil Analisa pulp dari serat jerami padi dengan proses biochemical pulping: : 45 % Rendemen total (%) o : 33-43 Derajat giling ( SR) Kekuatan retak (Nm/kg) : 6,97
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
I- 18
Pabrik Pulp dari Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping
2
Kekuatan sobek (Nm /kg) : 7,8 Kekuatan Tarik (Nm/kg) (Noor, 2008)
: 17,31
Gambar I.4.3.1 Pulp Jerami Padi dengan Proses Biochemical Pulping I.4.3.2 Produk Samping Pada pabrik ini terdapat unit recovery lignin dan unit recovery NaOH. Dari black liquor yang dihasilkan, kandungan lignin akan diambil dengan metode ultra filtrasi. Kemudian, lignin ini akan dijual ke pabrik karet sebagai bahan perekat dan bahan baku pengisi karet serta ke pabrik vanilin. Sedangkan NaOH akan dipergunakan sendiri sebagai bahan pemasak pulp.
Tugas Akhir
DIII Teknik Kimia FTI-ITS
