makalah:kertas dari jerami padi

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

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.

            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).            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.

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.