PENGGANDAAN SKALA PADA PEMBUATAN PULP DARI PELEPAH NIPAH ( NYPA FRUTICANS )

Transkripsi

1 PENGGANDAAN SKALA PADA PEMBUATAN PULP DARI PELEPAH NIPAH ( NYPA FRUTICANS ) Arie Febrianto Mulyadi 1, Susinggih Wijana 1 ; Arya Yoga Pratama 3 Jurusan Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Brawijaya Jl. Veteran No. 1 Malang arie_febrianto@ub.ac.id Abstrak Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kualitas produk pulp yang dihasilkan pada skala laboratorium setara dengan hasil pada skala ganda dan untuk mengetahui kebutuhan utilitas pada proses pembuatan pulp pelepah nipah pada skala ganda. Penelitian menggunakan proses pembuatan pulp secara kimia menggunakan NaOH dan H 2O 2, untuk pengujian menggunakan H 2SO 4 dengan menggunakan Metode Cesson. Analisa data hasil kualitas pulp pelepah nipah skala ganda menggunakan uji T. Hasil penelitian skala laboratorium sudah diperoleh perlakuan terbaik untuk skala ganda yaitu kadar NaOH 15% yang dijadikan acuan untuk penelitian skala ganda dengan kapasitas 20 kg pelepah nipah. Penggandaan skala digunakan untuk mengetahui perubahan karakteristik produk pulp yang dihasilkan dari skala laboratorium ke skala ganda, serta mengetahui kebutuhan utilitas yang meliputi kebutuhan bahan baku, bahan pembantu, kebutuhan energi, serta pemilihan alat mesin dan tenaga kerja pada proses produksi pulp pada skala ganda. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kualitas kimia pulp pelepah nipah skala ganda adalah selulosa 38,83% dan lignin 7,84%, serta hasil uji T menunjukkan bahwa kualitas pulp pelepah nipah skala ganda tidak berbeda nyata dengan kualitas pulp skala laboratorium. Kata kunci: Scale up, NaOH, H 2O 2, Utility 1. PENDAHULUAN Nipah (Nypa fruticans) merupakan tumbuhan yang termasuk famili Palmae dan tumbuh di daerah pasang surut. Selama ini nipah hanya ditanam untuk melindungi daratan/pantai dari abrasi air laut, padahal banyak sekali manfaat yang dapat diambil dari tanaman nipah. Hampir setiap bagian dari tumbuhan ini dapat dimanfaatkan seperti daun untuk atap rumah, nira untuk dibuat gula, dan buah untuk makanan segar atau dibuat tepung (mulyadi,2013). Di pulau Bawean dengan luas areal 280 Ha terdapat tanaman nipah sebanyak 3000 pohon perhektar (Wijana, 2011). Hasil penelitian Anshory (2012), pulp untuk kertas seni dari pelepah nipah mengandung serat yang cukup besar dengan kadar selulosa 38,905%, oleh karena itu pemanfaatan pulp pelepah nipah berpotensi untuk skala industri. Tanaman nipah sendiri dapat mencapai tinggi hingga 8 m. Setiap batang nipah biasanya terdiri atas 3-5 tangkai atau pelepah daun dengan panjang antara 5-7 m, sehingga terdapat tangkai pelepah daun setiap hektarnya (Baharuddin dan Taskirawati, 2009). Dari 1 pohon nipah didapat pelepah sekitar 5 kg, apabila 1 hektar terdapat kurang lebih 3000 pohon maka, diperkirakan ada 15 ton per hektar/tahun (Akpakpan, 2011) serta jumlahnya yang berlimpah, pelepah daun nipah memiliki potensi untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan pulp untuk kertas seni yang berkualitas. Pulp adalah bahan berupa serat berwarna putih yang diperoleh melalui proses penyisihan lignin dari biomassa. Selain itu, pulp merupakan produk utama pengolahan kayu yang digunakan untuk pembuatan kertas. Pembuatan pulp bertujuan untuk menghilangkan lignin dari 1

2 kayu (delignifikasi) agar diperoleh pulp yang bebas lignin (Fengel dan Wegener, 1995). Proses pembuatan pulp pada umumnya dilakukan secara mekanik, secara kimia atau biologis (Sjostrom, 1995). Dalam penelitian ini akan digunakan proses pembuatan pulp secara kimia menggunakan NaOH dan H2O2, untuk pengujian menggunakan H2SO4 dengan menggunakan Metode Cesson. Menurut Julian (2010), proses pembuatan pulp menggunakan metode kimia/soda, yaitu pemisahan serat-serat dari bahan pencampur dengan menggunakan bahan kimia, dimana pada proses ini bahan yang digunakan adalah Natrium Hidroksida (NaOH). Proses pulping kimiawi diarahkan pada proses pulping bebas belerang untuk mengurangi masalah lingkungan hidup (pencemaran air dan udara), jadi diantaranya dilakukan dengan mengembangkan proses soda, yaitu proses pemasakan secara alkali dengan NaOH sebagai larutanya (Tapanes et al., 1992). Pembuatan pulp secara kimia bertujuan untuk memisahkan lignin yang terikat pada serat secara selektif (Sjostrom, 1995). Proses soda dalam pembuatan pulp secara kimia yaitu dengan menggunakan larutan NaOH sebagai bahan kimia yang aktif, dimana larutan NaOH akan berfungsi untuk melarutkan lignin, karbohidrat, asam-asam organik, resin dan lain-lain sehingga selulosa akan terlepas dari ikatanya. Proses tersebut cocok untuk bahan baku yang memiliki serat yang pendek seperti merang, jerami dan lainlain. Selama proses tersebut tidak menggunakan proses sulfur, maka polusinya tidak akan terlalu besar. Pulp yang telah dihasilkan dari proses ini kurang kuat, ukuranya pendek dan akan memiliki warna coklat tetapi mudah diputihkan (Putra, 2008). Bahan kimia yang digunakan dalam proses hidrolisis alkali adalah NaOH atau soda api yang berupa kristal padat berwarna putih. Dalam perdagangan, NaOH disediakan dalam dua tujuan penggunaan, yaitu pro technis (p.t) dan pro analyst (p.a) (Wijana, 2005). Bahan baku yang telah dibersihkan dapat dipotong-potong setelah itu dapat dimasak dengan pelarut pada suhu pemasakan 100 o C selama 1 jam untuk melarutkan lignin. Lignin akan larut sebagai alkali lignin pada suhu tinggi dengan NaOH dan pulp yang dihasilkan berwarna coklat (Fangel, 1995). Panjang dan pendek serat untuk kertas, ditentukan oleh pemotongan bahan secara manual dan pemberian soda api (NaOH) pada waktu proses pemasakan. Pemberian NaOH secara berlebihan mengakibatkan serat menjadi rusak atau hancur (Bahari, 1995). Larutan alkali dapat meningkatkan daya penghancuran dan pembengkakan bahan-bahan selulosa hasil pertanian saat proses hidrolisis. Degradasi alkalis lignin dapat dilakukan baik hidrolisis dengan NaOH atau dengan dengan oksidasi alkalis dengan adanya oksigen, oksida-oksida logam atau senyawa oksigen organik. NaOH dalam pemasakan berfungsi sebagai pemutus ikatan antar serat (selulosa) sehingga dapat mempercepat terbentuknya pulp (Malo, 2004). Menurut Purba (2009), salah satu bahan kimia yang digunakan sebagai zat pemutih pada unit bleaching adalah hidrogen peroksida. Hidrogen peroksida merupakan senyawa kimia yang ramah lingkungan dan jika digunakan dalam jumlah yang besar tidak akan merusak selulosa. Hidrogen peroksida merupakan zat oksidator yang dapat digunakan sebagai pemutih pulp yang ramah lingkungan. Hidrogen peroksida juga mempunyai beberapa kelebihan antara lain pulp yang diputihkan mempunyai ketahanan yang tinggi serta penurunan kekuatan serat sangat kecil. Pemakaian hidrogen peroksida dalam proses pemutihan yaitu berkisar antara suhu 60 o C sampai 80 o C dengan lama proses 30 menit hingga 180 menit dan untuk mendapatkan hasil kecerahan yang maksimum dari proses 2

3 tersebut yaitu jika disertai penambahan konsentrasi NaOH yang optimum (Dence and Reeve, 1996). Hidrogen peroksida telah banyak digunakan sebagai pengganti senyawa klor pada proses pemutihan terutama pada industri pulp. Hidrogen peroksida mempunyai kelebihan yaitu sifatnya yang lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan oksidator lain. Hal ini disebabkan karena penguraian hanya menghasilkan air dan oksigen (Filho, 2002). Dari hasil penelitian yang dilakukan Endawati (2008), bahwa semakin tinggi konsentrasi hidrogen peroksida maka semakin lama waktu operasi maka semakin tinggi tingkat kecerahan yang dihasilkan. Menurut Sub (2003), pemutihan pulp dengan menggunakan hidrogen peroksida, menghasilkan pulp dengan kecerahan yang lebih stabil jika dibandingkan dengan menggunakan klorin dioksida. Penelitian lain yang dilakukan Onggo (2004) tentang rendemen dan warna pulp serat daun nenas, penggunaan terbaik hidrogen peroksida yaitu pada konsentrasi 2%. Penelitian dengan serat yang sama oleh Jayanudin (2009), hasil terbaik pemakaian hidrogen peroksida juga sebesar 2% pada suhu 60 o C selama 1,5 jam. Dengan adanya penggandaan skala diharapkan diketahui kondisi proses pengolahan secara pasti karena adanya peningkatan kapasitas dan penyesuaian pada alat pemasakan yang digunakan akan berpengaruh terhadap kualitas dari pulp pelepah nipah yang dihasilkan. Sehingga dari hasil penggandaan skala diharapkan antara produk yang dihasilkan dengan skala laboratorium akan memiliki kualitas yang identik atau sama dengan produk yang dihasilkan dengan penggandaan skala. Hasil penelitian skala laboratorium sudah diperoleh perlakuan terbaik untuk skala ganda yaitu kadar NaOH 15% yang dijadikan acuan untuk penelitian skala ganda dengan kapasitas 20 kg pelepah nipah. Penggandaan skala digunakan untuk mengetahui perubahan karakteristik produk pulp yang dihasilkan dari skala laboratorium ke skala ganda, serta mengetahui kebutuhan utilitas yang meliputi kebutuhan bahan baku, bahan pembantu, kebutuhan energi, serta pemilihan alat mesin dan tenaga kerja pada proses produksi pulp pada skala ganda. Berdasarkan uraian diatas dengan adanya penelitian ini diharapkan mengetahui kualitas dan kebutuhan utilitas yang digunakan untuk proses pulping pada skala ganda. 2. METODOLOGI PENELITIAN 2.1. Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain parang untuk mencacah pelepah, timbangan duduk, pengaduk volume 50 liter dengan motor 3/4 PK dengan kecepatan 25 rpm tipe CMS-50SL untuk memasak pelepah nipah, pengering oven, Erlenmeyer, kompor listrik, water bath, penyaring vakum. Bahan yang digunakan antara lain serat pelepah nipah yang digunakan sebagai bahan baku utama dalam pembuatan pulp pelepah nipah yang didapatkan di Malang selatan tepatnya di pantai Tamban. NaOH yang digunakan sebagai bahan tambahan untuk proses delignifikasi. H2O2 yang digunakan untuk proses pemucatan., H2SO4 yang digunakan sebagai bahan untuk pengujian lignin dan selulosa. Dan air yang digunakan untuk campuran dalam pembuatan bahan pakan terfermentasi. Proses pembuatan pulp dari serat pelepah nipah adalah: 1. Pelepah nipah dikupas untuk diambil serat dalamnya yang berwarna putih kemerahan saja. 2. Pelepah nipah dikecilkan ukurannya hingga menjadi serpihan dengan ukuran kurang lebih 2 cm. 3

4 3. Serpihan pelepah lalu ditimbang hingga ,02 gram. 4. Pelepah nipah dilakukan delignifikasi yaitu pemasakan dengan menggunakan air 50 liter dan larutan NaOH pada konsentrasi 15% selama 1 jam dengan suhu 100 o C. 5. Pulp disaring dan dibersihkan dari sisa larutan kimia sampai bersih. 6. Pulp berwarna gelap dilakukan pencerahan menggunakan larutan hidrogen peroksida 2% selama 1 jam pada suhu 80 o C. 7. Pulp disaring dan dibersihkan dari sisa larutan kimia sampai bersih. 8. Pulp di keringkan menggunakan oven selama 7 jam jam dengan suhu 105 c 9. Pulp kering kemudian di lakukan analis yang meliputi kadar lignin, selulosa 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Kadar Selulosa Kadar selulosa pulp pelepah nipah pada skala ganda sebesar 38,83%, sedangkan selulosa pulp pelepah nipah pada penelitian skala laboratorium sebesar 38,905%.%. Hasil uji T diketahui thitung (1,185) < ttabel (4,303) maka dapat disimpulkan bahwa tidak terdapat beda nyata antara kadar selulosa pulp pelepah nipah yang digunakan pada skala laboratorium dan yang digunakan pada skala ganda, hal ini diduga karena bahan baku yang digunakan menggunakan pelepah nipah dari jenis yang sama dan metode proses yang sama sehingga memiliki kandungan kadar selulosa yang sama. pada Tabel 1 kadar selulosa pada skala ganda lebih rendah yaitu 38,83 % daripada kadar selulosa pada skala laboratorium yaitu 38,905 %. Hasil ini dikarenakan waktu proses pembuatan yang berbeda antara skala ganda dengan waktu proses 12 jam dan skala laboratorium 6 jam. Panjang dan pendek serat untuk kertas, ditentukan oleh pemotongan bahan secara manual dan pemberian soda api (NaOH) pada waktu proses pemasakan. Pemberian NaOH secara berlebihan mengakibatkan serat menjadi rusak atau hancur (Bahari, 1995). Selulosa adalah komponen utama dari kayu dan merupakan polisakarida linier dengan rantai yang cukup panjang yang terdiri dari glukosa-glukosa yang berhubungan satu sama lain. Selulosa merupakan komponen kayu yang terbesar, yang dalam kayu lunak dan kayu keras jumlahnya mencapai hampir setengahnya. Selulosa merupakan struktur dasar sel-sel tanaman dan di dalam kayu selulosa tidak hanya disertai poliosa dan lignin tetapi juga terikat erat denganya dan pemisahanya memerlukan perlakuan kimia. Selulosa merupakan bahan dasar dari banyak produk teknologi dan karena itu diisolsi terutama dari kayu dengan proses pembuatan pulp (Putra, 2008). 3.2 Kadar Lignin Hasil penelitian pulp pelepah nipah pada skala ganda menunjukkan kadar lignin sebesar 7,84% sedangkan kadar lignin pada penelitian skala labortorium sebesar 7,735%. Hasil uji T diketahui thitung (0,8029) < ttabel (4,303) maka dapat disimpulkan bahwa kadar lignin pada skala ganda tidak memiliki beda nyata dengan yang dihasilkan pada penelitian skala laboratorium. Diduga meskipun pada penggandaan skala jumlah bahan baku yang digunakan jumlahnya lebih besar dari pada yang digunakan pada skala laboratorium, tetapi jumlah naoh yang ditambahkan proporsinya sama yaitu sebanyak 15% yang digunakan dalam pembuatan pulp pelepah nipah. Lignin merupakan bagian yang tidak diinginkan dalam pulp, sehingga harus dihilangkan atau diputihkan sesuai mutu pulp yang diinginkan. Hal ini disebabkan oleh lignin yang mempunyai sifat menolak air dan kaku sehingga kandungan lignin dalam pulp akan menyulitkan 4

5 penggilingan (Putra, 2008). Menurut Edy (2009), Sebagian pulp akan stabil dan biasanya bertahun-tahun kemudian baru akan berubah menjadi kuning. Sebagian lagi hanya dalam hitungan bulan akan berubah menjadi kuning dan bahkan yang dalam hitungan hari sudah berubah. Lignin bukan penyebab utama pada perubahan warna ini jika pulp hanya mengandung sedikit lignin. Lignin yang terkandung dalam jumlah besar dapat menjadi penyebab utama dalam perubahan warna pulp. Oleh karena itu efektivitas penghilangan lignin pada tahap klorinasi juga merupakan faktor yang sangat menentukan dalam proses perubahan warna. 3.3 Karakteristik Alat Mesin yang digunakan pada skala ganda, berbeda dengan skala laboratorium, Sehingga dalam hal ini diperlukan sebuah mesin yang memiliki kapasitas produksi yang lebih tinggi. Dalam penelitian ini, mesin yang digunakan adalah reaktor berpengaduk. Mesin ini dapat menampung bahan mencapai 50 liter, sehinnga dapat meningkatkan proses pemasakan dibandingkan dengan skala laboratorium yang hanya menggunakan erlenmeyer dengan kapasitas 1 liter. Mesin ini digunakan untuk proses pemasakan pulp pelepah nipah. Gambar 1 Reaktor Berpengaduk Prinsip kerja reaktor berpengaduk ini menggunakan sistem double jacket. Tabung pengaduk terdiri dari dua lapisan (double jacket), lapisan dalam dan lapisan luar. Lapisan dalam bersentuhan langsung dengan produk, sedangkan lapisan luar berhubungan langsung dengan sumber panas (kompor LPG). Diantara kedua lapisan tersebut terdapat sebuah ruangan tempat fluida berada. Fungsinya adalah sebagai pengatur suhu dan penghantar panas antara api dengan bahan yang dimasak pada tangki pengaduk, sehingga tidak ada kontak langsung antara api dengan bahan. Ruang kosong tersebut harus diisi sebuah fluida yang berfungsi menghantarkan panas, yaitu minyak sebanyak 12,5 liter. Spesifikasi mesin lebih lengkap dapat dilihat pada Tabel 1 Tabel 1 Spesifikasi Reaktor Berpengaduk No Bagian Spesifikasi Mesin - Daya:1 hp = 746 watt Motor -Putaran Mesin :±1420 Rpm 1 Pengaduk - Transmisi:Gear box tipe 60, rasio 60 : 1 -Bentuk:Tabung terbuka -Bahan:FoodGradeStainless Tangki Steel 2 Pengaduk -Kapasitas:50 Liter - Sistem:double jacket -Tebaldinding:1,5 mm 3 Jenis Bahan Bakar:LPG 3.4 Kebutuhan Bahan Baku jumlah kebutuhan bahan baku pelepah nipah per batch sebanyak 20 kg dengan harga Rp 2.500/kg. Tentunya jumlah kebutuhan bahan pembantu per batch akan ikut menyesuaikan dengan jumlah kebutuhan bahan baku. Kebutuhan bahan pembantu per batch meliputi NaOH sebesar 0,405 kg dengan harga Rp ,00/kg, H2O2 sebesar 1 kg dengan harga Rp ,00/kg. Sehingga didapatkan total biaya kebutuhan bahan pada pembuatan pulp pelepah nipah pada skala ganda sebesar Rp ,00 5

6 3.5 Kebutuhan Utilitas Utilitas adalah bagian yang sangat penting dalam kelancaran proses produksi karena utilitas merupakan bagian penunjang beroperasinya mesin atau peralatan produksi. Pada Tabel 2 akan disajikan kebutuhan utilitas pembuatan pulp pelepah nipah pada skala ganda Tabel 2 Jumlah Kebutuhan Utilitas pada Pembuatan Pulp Pelepah Nipah No Kebu Jumlah/ Biaya/batch tuhan batch (Rp) 1 Air 16 m ,000 2 Listrik 5,043 KWh 5.449,095 3 LPG 2,86 kg ,000 Total , KESIMPULAN Pulp pelepah nipah pada skala ganda dan skala laboratorium tidak memiliki beda nyata pada kadar selulosa dan kadar lignin. Pulp pelepah nipah pada skala ganda memiliki rerata kadar selulosa 38,83%, kadar lignin 7,84%. Kebutuhan utilitas pembuatan pulp pelepah nipah meliputi kebutuhan air, kebutuhan listrik, dan kebutuhan LPG. Kebutuhan air setiap batch sebesar 0,16 m 3,untuk kebutuhan listrik setiap batch adalah 5,043 KWh, dan kebutuhan LPG setiap batch sebesar 2,86 kg. Biaya kebutuhan utilitas pulp pelepah nipah pada skala ganda untuk utilitas air setiap batch sebesar Rp 3.448,00, biaya untuk utilitas listrik setiap batch sebesar Rp 5.449,095, dan biaya utilitas kebutuhan LPG sebesar Rp ,00, sehingga total biaya utilitas per batch pembuatan pulp pelepah nipah sebesar Rp , UCAPAN TERIMA KASIH Atas terselenggaranya penelitian ini diberikan ucapan terima kasih kepada Badan Penelitian dan Pengembangan Provinsi Jawa Timur yang telah membiayai penelitian Penggandaan Skala Pada Pembuatan Pulp dari Pelepah Nipah ( Nypa Fruticans ) pada Tahun Anggaran DAFTAR PUSTAKA Anshory, D Studi Proses Pulping Serat Pelepah dan Serat Kulit Buah Nipah (Nypa Fruticans) Dengan Metode Kimia (Kajian Konsentrasi Naoh). Skripsi. Jurusan Teknologi Industri Pertanian. Fakultas Teknologi Pertanian. Universitas Brawijaya. Malang Bahari, N Sejarah Ketas. Dilihat 20 Maret ejarah_kertas.htm Baharuddin, dan I. Taskirawati Buku Ajar : Hasil Hutan Bukan Kayu. Fakultas Kehutanan. Universitas Hasanuddin. Makasar Dence, C and Reeve, P. W Pulp Bleaching Principle and Practice. TAPPI Perss. Atlanta. Page : Edy, Y Pengujian Kadar Lignin dalam Pulp. Dilihat 23 April2012.< situskimiaindonesia>. Fengel, D dan G.Wegener Kayu, Kimia Ultrastruktur dan Reaksi- Reaksi. Penerjemah H.Sastrohamidjojo. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. Filho, C Hydrogen Peroxide in Chemical Pulp Bleaching. Iberoamerican Congress on Pulp and Paper Research. Brazil. Julian, F Penelitian Bahan Kertas Menggunakan Bahan Baku Jerami Padi Pada Suhu Pemasakan 120 o C. Tugas Akhir Jurusan Teknik Mesin. Fakultas Teknik. Universitas Muhammadyah Surakarta. Malo, B. A Membuat Kertas Dari Pelepah Pisang.Kanisius. Yogyakarta. Mulyadi, A.F., Dewi, I.A., dan Deoranto, P Pemanfaatan Kulit Buah Nipah untuk Pembuatan Briket 6

7 Bioarang sebagai Sumber Energi Alternatif. Jurnal Teknologi Pertanian Vol. 14 No. 1 [April 2013] Pemanfaatan Kulit Buah Nipah [Mulyadi dkk]. Nurwita, A., dkk Pemanfaatan Limbah Kulit Kacang Tanah (Arachis hypogeae L) Sebagai Bahan Baku Pulp Kertas Dengan Teknologi Biopulping Ramah Lingkungan. PKM Penelitian. UGM. Yogya. Purba, B Pengaruh Penambahan Hidrogen Peroksida (H2O2) terhadap Derajat Keputihan (Brightness) Pada Tahap D2 di Unit Bleaching PT. Toba Pulp Lestari. Tbk-PORSEA. Karya Ilmiah Universitas Sumatra Utara. Medan. Putra Pengaruh Variasi Jumlah dan Jenis Air Pencuci Terhadap Soda LOSS dan % SOLID pada Proses Washing Pulp di PT. Toba Pulp Lestari. Tbk-PORSEA. Karya Ilmiah Universitas Sumatra Utara. Medan. Sjostorm, E Kimia Kayu : Dasar- Dasar Penggunan. Gadjah Mada Unversity Press. Yogyakarta. Sub, U Progress in Bleaching of Chemical Pulp. Solution For This Decades. Journal International Paperword. Tapanes, E., M.E. Nararjo, C. Aguero Soda-Anthraquinone Pulping of Bagasse. Non Wood Plant Fiber Pulping Progress Report. TAPPI Press. Atlanta. Wijana, S., N Hidayat dan A. Hidayat Mengolah Minyak Goreng Bekas. Trubus Agrisarana. Surabaya. Wijana, S Inovasi Teknologi Produksi Gula Palma dari Nipah di wilayah Kepulauan Jawa Timur. Laporan Penelitian Balitbang Provinsi Jawa Timur 7