Proses Pembuatan Pulp Dari Bahan Baku Non Kayu (Organosolv process)

Pulp adalah produk utama kayu, terutama digunakan untuk pembuatan kertas, tetapi pulp juga diproses menjadi berbagai turunan selulosa, seperti rayon dan selofan. Pulp sering juga disebut hasil pemisahan serat dari bahan baku berserat (kayu maupun non kayu) melalui berbagai proses pembuatannya (mekanis, semikimia, kimia). Tujuan utama pembuatan pulp kayu adalah untuk melepaskan serat-serat yang dapat dikerjakan secara kimia, atau secara mekanik atau dengan kombinasi keduanya. Prinsip pembuatan pulp secara mekanis yakni dengan pengikisan dengan menggunakan alat seperti grinda. Proses mekanis yang biasa dikenal diantaranya PGW (Pine Groundwood), SGW (Semi Groundwood). Proses semi kimia merupakan kombinasi antara mekanis dan kimia. Yang termasuk ke dalam proses ini diantaranya CTMP (Chemi Thermo Mechanical Pulping) , NSSC (Neutral Sulfite Semichemical). Sedangkan yang termasuk proses kimia yaitu proses kraft yang merupakan bagian proses basa dan proses sulfit yang termasuk proses asam. Dimana proses kraft ini pertama sekali dikenal di Swedia pada tahun 1885. Disebut kraft karena pulp yang dihasilkan dari proses ini memiliki kekuatan lebih tinggi dari pada proses mekanis dan semikimia, akan tetapi rendemen yang dihasilkan lebih kecil diantara keduanya karena komponen yang terdegradasi lebih banyak (lignin, ekstraktif dan mineral.

Ada beberapa pembuatan pulp dari bahan baku non kayu diantaranya:
a. Jerami.
Jerami merupakan limbah pertanian yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pulping yang mudah di dapatkan dan merupakan energi yang terbarukan. Juga jerami dapat langsung digunakan sebagai bahan baku pembuatan kertas. Penggunaan jerami sebagai bahan baku kertas dapat digunakan setelah masa panen padi yaitu sekitar 2 bulan. Berbeda dengan kayu yang masa pertumbuhannya sampai tahunan, juga jika menggunakan bahan baku kayu maka akan menyebabkan berbagai kerugian antara lain bencana alam.Perkembangan pendidikan dunia yang semakin meningkat, akan berbanding lurus dengan konsusmsi kertas dunia. Kertas adalah bahan yang tipis dan rata, yang dihasilkan dengan kompresi serat yang berasal dari pulp. Serat yang digunakan biasanya adalah alami, dan mengandung selulosa dan hemiselulosa.
a. Jerami Padi (Oriza sativa).
Jerami adalah bagian vegetatif dari tanaman padi (batang, daun, tangkai malai). Ketiga unsur ini relatif kuat karena mengandung unsur silika, dan selulosa yang tinggi serta pelapukan yang memerlukan waktu yang relatif lama. Pada waktu tanaman dipanen, jerami adalah bagian tanaman yang tidak dipungut.

 Bobot jerami padi merupakan fungsi dari:
 a. Rejim air,                  
 b. Varietas, nisbah/ gabah jerami,
 c.  Cara budidaya,
 d.  Kesuburan tanah, dan
 e.  Musim, iklim, dan tinggi tempat

Pulping
          Pulping adalah hasil pemisahan serat dari bahan baku berserat (kayu maupun non kayu)melalui berbagai proses pembuatannya (mekanis, semikimia, kimia).Pulp terdiri dari serat – serat (selulosa dan hemiselulosa) sebagai bahan baku kertas .Proses pembuatan pulp diantaranya dilakukan dengan proses mekanis , kimia , dan semikimia. Prinsip pembuatan pulp secara mekanis yakni dengan pengikisan dengan menggunakan alat seperti gerinda. Proses mekanis yang biasa dikenal diantaranya PGW (Pine Groundwood), SGW (Semi Groundwood). Proses semi kimia merupakan kombinasi antara mekanis dan kimia. Yang termasuk ke dalam proses ini diantaranya CTMP (Chemi Thermo Mechanical Pulping) dengan memanfaatkan suhu untuk mendegradasi lignin sehingga diperoleh pulp yang memiliki rendemen yang lebih rendah dengan kualitas yang lebih baik daripada pulp dengan proses mekanis.

Solulosa.
Adapun faktor yang membuat selulosa disenangi untuk produksi pulp dan
kertas adalah:
1. Jumlahnya berlimpah, dapat melengkapi, dan mudah dipanen dan dipindah-pindahkan dan akibatnya bahan ini murah harganya.
2. Zat ini umumnya berbentuk serat, dan kekuatan tariknya benar-benar tinggi.
3. Zat ini bisa menarik air, yang mempermudah persiapan mekanik dari serat-serat atau ikatan-ikatan serat ketika campuaran serat tadi dikeringkan
4. Zat ini tidak dapat larut dalam air dan pelarut-pelarut organik
5. Tahan terhadap sejumlah bahan kimia yang menyebabkan dapat diisolasi dan dimurnikan dari kayu yang merupakan sumber utama selulosa.

Jenis – Jenis Proses
1. Proses Mekanik
Proses mekanik digunakan pada pembuatan kertas tingkat rendah yang memiliki stabilitas   warna rendah, seperti koran, kertas pembungkus dan kertas karton. Pelepasan serat pada proses me kanis dilakukan dengan penggerindaan dan penggerusan.

Beberapa cara pembuatan pulp secara mekanis adalah:

a. Stone Ground Wood Pulping (SGP) : Pada proses ini digunakan batu gerinda untuk menguraikan bahan baku. Bahan baku kayu digiling dan disemprotkan air. Rendemen yang diperoleh antara 93-98%. Kekuatan dan derajat putih pulp yang dihasilkan rendah. Energi dan air yang diperlukan cukup banyak.

b. Refiner Mechanical Pulping (RMP) : Proses ini menggunakan penggilingan dengan cakram untuk menguraikan bahan baku. Bahan baku utama yang digunakan adalah kayu jarum karena sifat fisik yang dihasilkan lebih baik dibandingkan pulp kayu asah, sedangkan energi yang digunakan lebih rendah jika dibandingkan dengan proses SGP.

c. Thermo Mechanical Pulping (TMP) : Proses ini juga menggunakan penggilingan dengan cakram untuk menguraikan bahan baku. Namun, perbedaan TMP dengan RMP adalah adanya proses pemanasan sebelum penggilingan sehingga ikatan-ikatan yang dibentuk lignin dilemahkan. Proses ini menyebabkan jumlah serat panjang lebih banyak sehingga memiliki kekuatan yang lebih besar. Perlakuan awal dengan pemanasan pada suhu tinggi menyebabkan komponen lignin menjadi lunak, serta komponen yang mudah larut dalam air dan mudah menguap hilang.

d. Chemical Thermo Mechanical Pulping (CTMP) : Proses ini adalah pengembangan da ri proses TMP. Pada proses ini, perlakuan awal yang diberikan selain pemanasan adalah perlakuan kimiawi yang diharapkan dapat lebih mudah menghilangkan lignin. Rendemen yang dihasilkan lebih rendah dari proses mekanik biasa tetapi menghasilkan pulp yang memiliki sifat fisik yang lebih baik. Fraksi serat panjang yang dihasilkan lebih banyak dari pulp yang berasal dari proses mekanik lainnya.

2.      Proses Semi Kimia.
Proses ini merupakan gabungan dari proses mekanik dan proses kimia. Tahap awal dari proses ini adalah pengolahan bahan baku dengan menggunakan bahan kimia untuk memutuskan ikatan lignin, selulosa, kemudian dilanjutkan dengan pengolahan kimia. Contoh pros es ini adalah proses pemasakan pulp dengan menggunakan Na2SO3 yang mengandung larutan buffer untuk menetralkan asam-asam organik yang terbentuk pada pemanasan sampai 120 oC atau lebih. Fungsi buffer adalah untuk mencegah korosi, menaikkan rendemen dan mengurangi waktu pemasakan. Contoh buffer adalah campuran NaOH dengan Na2CO3 atau Na2S dengan Na2 SO4 . Buffer yang sering digunakan adalah NaHCO3 karena menghasilkan pulp dengan warna yang lebih baik dan dengan pemakaian bahan kimia yang lebih sedikit. Proses semi kimia yang lain adalah proses alkali dingin yaitu perendeman bahan baku dalam larutan NaOH pada suhu kamar dan tekanan atmosfer. Brightness kertas yang dihasilkan lebih rendah jika dibandingkan dengan proses netral sulfit.

3.      Proses Kimia.
       Pembuatan pulp dengan proses kimia adalah proses untuk merusak dan melarutkan zat pengikat serat yang terdiri dari lignin, pentosa dan lainnya dengan menggunakan bahan-bahan kimia. Proses untuk merusak dan melarutkan ini umum disebut sebagai proses pemasakan. Proses pemasakan bahan baku dengan larutan kimia dilakukan dalam reaktor yang disebut sebagai digester. Selama pemasakan berlangsung, lignin bereaksi dengan larutan kimia pemasak dan membentuk senyawa-senyawa terlarut yang mudah dicuci. Namun karena kesamaan sifat fisik dan kimia dari selulosa dan lignin, sebagian selulosa ikut bereaksi juga, sehingga dapat menurunkan rendemen pulp yang dihasilkan. Berdasarkan bahan kimia yang digunakan untuk pemasakan, pembuatan pulp dengan proses kimia dapat dibedakan menjadi tiga macam, yaitu:
1.      Proses Sulfat.
    Pada proses sulfat, larutan pemasak yang digunakan adalah sodium hidroxide dan sodium sulfite. Sodium sulfite dihasilkan dari reduksi sulfat selama proses pembakaran dengan reaksi:                              Na2SO4+ 2C → Na2 S + 2CO2
    Sodium hidroxide dihasilkan dari hidrolisis sodium sulfite di dalam air dengan reaksi:                              Na2S + H2O ↔ NaOH + NaHS
    NaHS berfungsi sebagai buffer dan mengurangi efek degradasi selulosa oleh NaOH. NaHS dapat bereaksi dengan lignin menghasilkan thio-lignin yang mudah larut dalam alkali sehingga pemasakan dapat berlangsung lebih singkat dan temperatur dapat diturunkan sekitar 160-170 0C. Serat yang dihasilkan sangat baik tetapi memiliki warna yang jelek, sehingga proses ini digunakan untuk membuat kertas berkekuatan tinggi seperti kantong semen dan kertas bungkus.Proses sulfat memakai alkali aktif dan sulfiditas sebagai bahan pemasak, sebagai bahan baku hampir semua jenis kayu dan non kayu baik kayu lunak maupun kayu keras. Pulp yang dihasilkan berwarna coklat dan mempunyai kekuatan fisik yang tinggi sehingga biasanya digunakan untuk pembuatan kertas semen, kertas bungkus dan kertas liner, dan udah diputihkan ( bleaching ).

2.Proses Sulfit.                                                                                                                      

Proses ini menggunakan bahan kimia aktif, yaitu asam sulfit, kalsium bisulfit, sulfur dioksida yang dinyatakan dalam larutan Ca(HSO3)2 dengan H2SO3 berlebih. Bahan baku yang digunakan biasanya kayu lunak dan larutan pemasak SO2 dan Ca(HCO3)2.
Reaksi pembuatan larutan pemasak adalah:
                                                     S + O2 —> SO2
                 2SO2 + H2 O + CaCO3 —–> Ca(HSO3)2 + CO2
                 Lignin yang terikat pada selulosa akan bereaksi dengan larutan Ca(HSO3)2 membentuk lignin sulfonat dengan reaksi sebagai berikut:
Ca(HSO3)2 ——> Ca 2+ + 2HSO3-
Lignin + HSO 3- —-> SO2+ Lignin-OH
Lignin-OH + HSO3 —>  Lignin-SO3 + H2O

Pulp yang dihasilkan dari proses sulfit baik untuk pembuatan kertas tissue dan kertas-kertas cetak bermutu.
Beberapa keuntungan pulp sulfit adalah:
1.    Rendemen yang lebih tinggi pada bilangan kappa tertentu, yang melibatkan kebutuhan kayu yang rendah;
2.    Derajat putih pulp yang tidak dikelantang lebih tinggi; dan
3.    Persoalan pencemaran sedikit.
            Cara ini sudah sangat jarang dipakai, karena biayanya yang terlalu mahal

4.      Proses Soda (NaOH)
Proses ini digunakan untuk bahan baku non kayu seperti bagasse, jerami, damen dan jenis rumput-rumputan yang lain. Larutan pemasak yang digunakan adalah NaOH sebanyak 18-35% berat bahan baku kering. Degradasi selulosa oleh larutan NaOH pekat dapat terjadi pada suhu di atas 100 0C. Semakin tinggi temperatur pemasakan maka perbandingan jumlah selulosa yang hilang akan lebih banyak daripada lignin yang hilang.
Beberapa hal yang berpangaruh pada proses soda adalah:
a.       Perbandingan cairan pemasak terhadap bahan baku yang digunakan.
Kekurangan bahan kimia atau laru tan pemasak menyebabkan pulp berwarna gelap dan sukar diputihkan pada tahap bleaching . Namun, bahan pemasak yang berlebihan dapat menurunkan rendemen dengan terjadinyadegradasi serat-serat selulosa.
b.      Waktu dan temperatur pemasakan.
Bila waktu pemasakan terlalu lama maka selulosa juga akan larut dalam jumlah besar. Jika temperatur terlalu tinggi, jumlah karbohidrat yang terdegradasi akan lebih besar daripada lignin yang terlarut sehingga akan menurunkan rendemen dan kekentalan pulp.

5.      Proses Organosolv
Pembuatan biomassa secara efisien dapat dilakukan dengan menerapkan konsep ”biomass refining ” yaitu pemrosesan dengan menggunakan pelarut organik ( organosolve process ). Prinsipnya adalah melakukan fraksionasi biomassa menjadi komponen-komponen utama penyusunnya (selulosa, hemiselulosa, dan lignin) tanpa banyak merusak ataupun mengubahnya, serta dapat diolah lebih lanjut menjadi produk yang dapat dipasarkan. Fraksionasi biomassa menggunakan pelarut organik yang telah menjadi suatu metode alternatif bagi proses-proses konvensional dalam pembuatan pulp, yang lebih dikenal dengan organosolve pulping.

Kelebihan dari proses organosolv dibandingkan dengan proses  konvensional adalah:
1.        Berdampak kecil bagi lingkungan, yaitu tidak menyebabkan timbulnya pencemaran seperti  gas-gas berbau 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, pentosa, fulfural, adhesiv serta bahan-bahan kimia.

6.      Proses Bioteknologi
Peningkatan kualitas kayu yang menyangkut modifikasi biokimia kayu  sangat berkaitan erat dengan usaha-usaha dalam memodifikasi kandungan lignin dalam kayu. Lignin bersama-sama dengan selulosa merupakan suatu komponen penting pada tumbuhan-tumbuhan berpembuluh dan dapat ditemukan dalam jumlah yang besar pada dinding sel sekunder, serat dan pembuluh angkut xilem.      Fungsi lignin dalam tumbuhan selain sebagai penunjang mekanik (mecanical support) juga sangat penting dalam membantu pertahanan tumbuhan terhadap patogen. Untuk kepentingan industri ada dua kemungkinan berlawanan yang  menyangkut modifikasi kandungan lignin dalam kayu. Pertama, bila kayu yang diproduksi diperlukan untuk penghasil energi, maka kandungan lignin perlu ditingkatkan karena secara kimia lignin mengandung energi yang banyak  bila dibandingkan dengan komponen-komponen kayu lainnya. Kedua, bila kayu yang diproduksi diperlukan sebagai bahan baku kertas dan pulp, maka kandungan lignin di dalam kayu perlu dikurangi karena dalam pembuatan kertas dan pulp yang diperlukan hanyalah selulosa. Jadi untuk keperluan ini bioteknologi dapat digunakan dalam usaha meningkatkan kandungan selulosa dan mengurangi kandungan lignin dalam kayu tanpa melewati batas-batas fungsi kedua senyawa tersebut. Pengurangan kandungan lignin dalam kayu juga dapat memberikan dampak positif terhadap lingkungan, yakni dapat mengurangi kadar polutan kimia yang dihasilkan dari proses pembuangan lignin selama proses pembuatan kertas dan pulp. Modifikasi kandungan lignin dalam kayu dapat dilakukan melalui pengontrolan enzim-enzim yang terlibat dalam jalur biosintesis lignin. Karena enzim merupakan produk dari gen, maka modifikasi kandungan lignin ini dapat dilakukan melalui modifikasi gen secara rekayasa genetik. Modifikasi gen ini tidak hanya berpengaruh terhadap kuantitas lignin saja, melainkan juga terhadap komposisi dan lokalisasi lignin di dalam kayu.
Mikroorganisme yang terdiri atas sejumlah mikroba membantu proses pelapukan sehingga sampah alam itu terurai, kembali menjadi tanah berupa humus. Hasil kerja mikroorganisma yang sempurna tak menghasilkan polusi  tersebut memberi inspirasi pada para ilmuwan kita untuk memanfaatkannya dalam sektor industri. Industri kertas dan pulp terkenal dengan limbahnya yang sulit diatasi. Limbah ini berasal dari bahan kimia seperti soda api, sulfit dan garam sulfida dalam proses penghilangan kandungan lignin. Bahan kimia inilah yang dianggap sebagai sumber pencemaran lingkungan. Proses penggunaan sulfur mencemari udara dan sudah dilarang di se jumlah negara maju seperti Jerman. Di Indonesia tidak semua pabrik kertas mempunyai unit pulping karena diisyaratkan harus mempunyai pengolahan limbah yang investasinya lebih dari 20 persen dari nilai investasi,” ujar Ba mbang Prasetya dalam orasi pengukuhannya  sebagai Ahli Peneliti Utama (APU) Bidang Konversi Biomassa di Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI), Jakarta, pekan silam.  Pengolahan pulp yang ideal adalah biopulping, yakni mengolah pulp  dengan menggunakan bantuan mikroba. Bambang menjelaskan, manfaat biopulping yang menonjol adalah penghematan energi dan pengurangan pemakaian bahan kimia. Proses pembuata n bubur kayu alias pulp dan kertas biasa dilakukan dengan memasak serpihan kayu, jerami atau ampas tebu. Semuanya menggunakan bahan kimia. Tujuan proses ini untuk memisahkan komponen lignin. Dalam biopulping, bahan-bahan kimia tadi digantikan oleh sejenis mikroba yang bisa mengeluarkan enzim dan mendegradasi lignin. Mikroba ini adalah golongan jamur atau fungi pelapuk kayu yang banyak dijumpai di alam bebas. Bahan pemutih kertas yang selama ini menggunakan bahan kimia seperti chlorite dan hydrogen peroksida dapat digantikan dengan enzim-enzim yang dikeluarkan oleh fungi pelapuk. Beberapa enzim yang sangat dikenal untuk menguraikan lignin adalah manganese peroksidase, laccase dan lignin peroksidase.

7.      Delignifikasi Oksigen.
       Delignifikasi oksigen merupakan salah satu aplikasi industri pulp dan kertas dalam melakukan bleaching (pemutihan) pulp selama beberapa tahun  terakhir ini. Keuntungan dari proses ini adalah pelestarian lingkungan. Proses delignifikasi oksigen biasanya dilakukan selama 15 sampai 90 menit di bawah tekanan 400-1.000 kPa dan pada suhu 90-110°C.

          Berkurangnya kandungan lignin dalam biomassa menunjukkan terjadinya proses delignifikasi selama pemrosesan dilakukan. Kandungan lignin dalam pulp untuk proses-proses komersil secara sederhana dan cepat diperkirakan dengan Bilangan Kappa, yang berkorelasi dengan lignin Klason atau kandungan lignin total dalam pulp. Besarnya nilai ko relasi Bilangan Kappa dengan kandungan lignin dalam pulp bervariasi menurut biomassa dan proses yang digunakan. Bilangan kappa dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
Bilangan kappa x 0.15% = % lignin dalam pulp

Kertas merupakan alat dokumentasi, komunikasi, administrasi, dan transaksi yang sampai saat ini tetap menjadi pilihan utama. Pengguna kertas hamper di setiap kota besar, yang memiliki kegiatan atau lalu lintas perekonomian tinggi. Di kota- kota tersebut terdapat sejumlah besar pertokoan, perkantoran, lembaga baik profit maupun non profit, sekolah, Perguruan Tinggi dan sebagainya. Semua komponen tersebut adalah pengguna kertas yang tinggi.




DAFTAR PUSTAKA

1. Erich J. Schulz .(1996). Lestari Toba Pulp. DIESEL MECHANICS. Porsea;  Toba Pulp
2. Badan Perencanaan Nasional. 2009. Sumber-sumber Pencemaran Udara.
http://udarakota.bappenas.go.id/view.php?page=sumber (diakses tanggal
17 Noember 2009)
3. Casey. 1981. Pulp and Paper Chemistry and Chemical Technology, Vol III.  JohnWiley and Sons inc. New York.
4.  Hanif, M. 2008. Mempelajari Aspek Teknologi Proses Produksi Kertas di PT
     Indah Kiat Pulp & Paper Tbk Tangerang Mill. Laporan Praktek Lapang. Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor.

 5. Chang, R. 2003. Kimia Dasar Konsep-Konsep Inti. Edisi Ketiga. Jilid I. 

 6.Hambali, E., Ani S., Dadang, Hariyadi, Hasim H., Iman K. R., Mira R., M.  Ihsahnur, Prayoga S., Soekisman T., Tatang H. S., Theresia P., Tito P., dan Wahyu P. 2006. Jarak Pagar Tanaman Penghasil Biodisel. Penebar Swadaya. Depok.