Pembuatan Pulp Tandan Kosong Sawit Dengan

Prosiding : Seminar Nasional Sains & Teknologi III Lembaga Penelitian Universitas Lampung, 18 19 Oktober 2010 Peran Strategis Sains & Teknologi dalam Mencapai Kemandirian Bangsa

ISBN 978979-8510-20-5

PEMBUATAN PULP TANDAN KOSONG SAWIT DENGAN PROSES MILOX TAHAP TUNGGAL

Muhammad Iwan Fermi, Zulfansyah, Sari Kumala Dewi

Jurusan Teknik Kimia Universitas Riau

E-mail : [email protected]

ABSTRAK

Tandan kosong sawit merupakan salah satu limbah padat pabrik CPO yang belum termanfaatkan secara optimal. Sebagai bahan berlignoselulosa tandan kosong sawit cukup berpotensi untuk jadikan bahan baku pulp. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari proses pembuatan pulp tandan kosong sawit dengan pelarut organik asam formiat pada proses milox tahap tunggal, Percobaan pembuatan pulp dilakukan dalam reaktor bacth untuk melihat pengaruh variasi kondisi operasi terhadap kualitas pulp, baik yield maupun bilangan Kappa pulp. Variasi kondisi operasi yang dipelajari adalah, konsentrasi asam formiat 70, 80 dan 90%, nisbah cairan terhadap padatan 8/1, 10/1 dan 12/1, dan waktu pemasakan 1, 2 dan 3 jam. Sedangkan konsentrasi katalis hidrogen peroksida dibuat tetap 5%, dan suhu pemasakan pada titik didih normal cairan pemasak. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tandan kosong sawit dapat dijadikan pulp dengan proses milox tahap tunggal dengan yield 9,35 39, 75% dan bilangan Kappa pulp 3,5 28,9, yang bervariasi menurut kondisi operasi. Pengaruh variabel proses juga dipelajari dengan model empirik orde dua, dengan tingkat kesesuaian data terhadap model >95%. Konsentrasi asam formiat merupakan variabel yang paling berpengaruh terhadap yield dan bilangan Kappa pulp. Sedangkan waktu pemasakan hanya berpengaruh terhadap bilangan Kappa pulp dan nisbah cairan terhadap padatan hanya berpengaruh terhadap yield pulp. Kata kunci: tandan kosong sawit, pulp organosolv, milox pulping, model empirik PENDAHULUAN

Tandan kosong sawit (TKS) merupakan limbah padat berlignoselulosa yang berasal dari pengolahan tandan buah segar (TBS) menjadi crude palm oil (CPO). Pada tahun 2010, diperkirakan jumlah produksi TKS mencapai 12 juta ton [Darianto 2008]. Setiap pengolahan TBS akan mengeluarkan limbah padat TKS sebanding dengan jumlah CPO yang diproduksi pabrik CPO. Jumlah TKS yang dikeluarkan tersebut cukup besar sehingga jika tidak dimanfaatkan berpotensi menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan. Selama ini, penanganan TKS dilakukan dengan cara membakar TKS pada incenerator atau menebarkannya di

Prosiding : Seminar Nasional Sains & Teknologi III Peran Strategis Sains & Teknologi dalam Mencapai Kemandirian Bangsa

Seminar Nasional Sains & Teknologi III Lembaga Penelitian Universitas Lampung, 18 19 Oktober 2010

PROSIDING III

382

lahan perkebunan. Penanganan dengan cara tersebut selain tidak ekonomis juga berdampak negatif terhadap lingkungan.

Sebagai bahan berlignoselulosa TKS sangat berpotensi dijadikan bahan baku pulp. Selain itu TKS juga selalu tersedia sepanjang tahun di pabrik CPO, sehingga cukup mudah mengumpulkannya. Beberapa peneliti telah membuktikan bahwa TKS dapat dijadikan pulp, baik dengan proses konvensional maupun dengan proses alternatif [Haroen dan Fansyukri 1995, Pratiwi dkk 1998, Zulfansyah dan Susanto 1998, Azman dkk. 2002]. Hasil-hasil penelitian menunjukkan bahwa pulp tandan kosong sawit dapat dijadikan kertas maupun bahan kimia turunan selulosa.

Proses milox merupakan salah satu proses alternatif pembuatan pulp menggunakan pelarut asam formiat. Keunggulan penggunaan asam formiat sebagai media pelarut organik adalah kemudahan operasi dan relatif lebih ramah lingkukan [Shatalov dan Pereira 2006, Tanskanen 2007, Ligero dkk. 2008]. Karena itu, upaya pemanfatan TKS sebagai bahan baku pulp sangat menarik, mengingat proses ini tidak hanya dapat menanggulangi limbah padat pabrik CPO, tetapi juga mampu menghasilkan produk dengan proses yang ramah lingkungan. Azman dkk. [2002] telah melakukan kajian pembuatan pulp TKS dengan proses milox dua tahap. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tahap pemasakan kedua tidak begitu berpengaruh terhadap peningkatan yield pulp dan kadar lignin pulp. Rata-rata peningkatan yield pulp hanya sekitar 5% dengan waktu lama pemasakan tahap kedua 2 jam, sehingga sangat memungkinkan untuk melakukan pemasakan TKS dalam media asam formiat dengan tahap tunggal.

Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari proses pembuatan pulp TKS dengan proses milox tahap tunggal. Pengaruh kondisi operasi terhadap kualitas pulp, baik yield maupun bilangan Kappa pulp dilihat melalui model empirik yang hasilkan dari data percobaan. Upaya ini dilakukan untuk mengembangkan proses pembuatan pulp TKS dengan pelarut asam formiat, sehingga diperoleh cara penanggulan limbah pabrik CPO yang lebih ramah lingkungan dan efisien. BAHAN DAN METODE

Gambar 1. Skema Percobaan Pembuatan Pulp TKS dengan Proses Milox tahap

Tunggal



PROSIDING III

383

Bahan baku yang digunakan pada penelitian ini adalah TKS yang diperoleh dari pabrik CPO PTPN V Sei. Galuh. Sebelum digunakan, TKS dibersihkan terlebih dahulu dan dirajang dengan panjang 2 cm, kemudian dikeringkan di bawah sinar matahari. Selain itu analisis terhadap bahan baku juga dilakukan untuk mengetahui kadar kimia TKS. Percobaan pembuatan pulp dilakukan dalam reaktor bacth bervolume 1000 ml, yang dilengkapi dengan pendingin balik dan pemasok energi, rangkaian alat percobaan seperti yang digunakan Azman dkk. [2002]. Tahap-tahap percobaan meliputi, pemasakan, penyaringan, pencucian padatan, pengeringan dan analisa kualitas pulp dapat dilihat pada Gambar 1. Analisa kadar air dan yield pulp dilakukan secara gravimetri, sedangkan penentuan bilangan Kappa pulp dilakukan dengan metode TAPPI 236 cm-85. HASIL DAN PEMBAHASAN

Rangkaian percobaan pembuatan pulp TKS dengan proses milox tahap tunggal dilakukan berdasarkan disain eksperimen 3 x 3 x 3 incomplete factorial, dengan 14 tempuhan percobaan dan satu replikasi. Variasi kondisi operasi dan kualitas pulp TKS yang dihasilkan, baik yield pulp maupun bilangan Kappa pulp ditampilkan pada Tabel 1. Yield pulp yang dihasilkan dari percobaan berkisar antara 19 39%, dengan bilangan Kappa pulp 0,5 30. Secara umum pulp TKS yang dihasilkan dengan proses milox tahap tunggal ini kualitasnya belum sebanding pulp komersil, disebabkan rendahnya yield pulp yang dihasikan. Walaupun demikian, kadar lignin yang dihasilkan termasuk cukup sedikit, berkisar antara 0,15 8,8%, dengan menggunakan korelasi bilangan Kappa terhadap lignin pulp organik dari Jahan dkk. [2006]. Tabel 1 Variasi kondisi operasi dan hasil percobaan pembuatan pulp TKS dengan

proses milox tahap tunggal

Run Kondisi Proses Kualitas Pulp

Asam Formiat (%-berat)

Waktu (jam)

Nisbah Cairan/Padatan

Yield (%)

Bilangan Kappa

1 70 2 8/1 19,35 6,5

2 70 1 10/1 24,49 13,1

3 70 3 10/1 27,98 19,9

4 70 2 12/1 29,68 7,1

5 80 1 8/1 31,55 6,2

6 80 3 8/1 31,62 21,7

7 80 2 10/1 35,25 26,4

8 80 2 10/1 33,40 25,2

9 80 1 12/1 34,80 8,4

10 80 3 12/1 37,15 3,4

11 90 2 8/1 39,06 20,2

12 90 1 10/1 39.73 28,9

13 90 3 10/1 34,19 21,0

14 90 2 12/1 30,11 13,54



PROSIDING III

384

Pengaruh variabel operasi terhadap yield pulp dan bilangan Kappa dimodelkan dengan persamaan polinomial orde dua. Koefisien-koefisien model dianalis statistik dengan uji-t pada tingkat signifikansi 95%, sedangkan kesahihan model dianalisis dengan uji F. Model empirik yang dihasilkan, baik untuk memperkirakan yield pulp maupun bilangan Kappa diberikan pada persamaan (1) dan (2). Persamaan yang dibentuk hanya memuat variabel yang memenuhi tingkat signifikansi statistik, dan menggambarkan pengaruh variabel konsentrasi asam formiat (x1), waktu pemasakan (x2), dan nisbah cairan padatan (x3) variabel, maupun interaksi antar variabel terhadap yield dan bilangan Kappa pulp.

.................. (1)

(2) dengan, Y1 = yield pulp, % Y2 = Bilangan Kappa x1 = konsentrasi asam formiat, (C,% - 80)/10 x2 = waktu pemasakan, (t, jam - 2)/1 x3 = nisbah cairan padatan, (nisbah - 10)/2

Gambar 1. Pengaruh kondisi proses terhadap yield pulp

Gambar 2. Pengaruh kondisi proses terhadap bilangan Kappa pulp



PROSIDING III

385

Secara umum seluruh variabel proses berpengaruh terhadap yield dan bilangan Kappa pulp. Konsentrasi asam formiat merupakan variabel yang paling berpengaruh terhadap yield dan bilangan Kappa. Waktu pemasakan merupakan variabel kedua yang berpengaruh pada bilangan Kappa pulp, tetapi hanya memberikan pengaruh interaksi kuadratik (x2

2) terhadap yield pulp. Sebaliknya, nisbah cairan terhadap padatan hanya berpengaruh pada yield pulp dan memberikan pengaruh interkasi kuadratik (x3

2) terhadap bilangan Kappa. Pengaruh variabel proses terhadap yield dan bilangan Kappa pulp digambarkan dalam grafik response surface pada Gambar 1 dan 2. PEROLEHAN PULP

Secara umum yield pulp cenderung menurun seiiring bertambahnya konsentrasi asam formiat dan nisbah cairan terhadap padatan. Namun, yield pulp cenderung meningkat dengan bertambahnya waktu pemasakan. Yield tertinggi (42%) dihasilkan pada kondisi konsentrasi asam formiat 70%, waktu pemasakan 3 jam dan nisbah cairan terhadap padatan 8/1. Sedangkan yield terendah (19%) dihasilkan pada kondisi proses konsentrasi asam formiat 90%, waktu pemasakan 3 jam dan nisbah cairan padatan 12/1.

Peningkatan konsentrasi asam formiat dari 70 hingga 90% pada waktu pemasakan 1 jam tidak memberikan pengaruh yang berarti terhadap yield pulp. Sebaliknya, dengan bertambahnya waktu pemasakan, yield pulp mengalami penurunan yang tajam, sekitar 10% dan 15% masing-masing pada lama pemasakan 2 dan 3 jam. Konsentrasi asam formiat yang tinggi ternyata kurang begitu baik untuk menghasilkan pulp dengan yield yang memadai. Biasanya proses pembuatan pulp kimia konvensional dapat menghasilkan yield berkisar antara 40 55%. Tingginya konsentrasi asam formiat tidak hanya melarutkan lignin ke dalam pelarut organik, tetapi selulosa juga turut terdegradasi. Kadar selulosa dalam bahan bahu TKS berkisar antara 36 50% [Pratiwi dkk, 1998 dan Azman dkk. 2002], sedangkan yield pulp yang dihasilkan dalam penelitian ini berkisar antara 19 42%. Sehingga penuruan yield pulp pada proses ini juga disebabkan terdegradasinya selulosa.

Bertambahnya nisbah cairan padatan dari 8/1 menjadi 12/1 cenderung menurunkan yield pulp pada setiap konsentrasi asam formiat dan waktu pemasakan. Walaupun demikian, pada konsentrasi asam formiat yang tinggi (90%), yield pulp cenderung stabil. Peningkatan nisbah cairan menyebabkan bertambahnya kadar air dalam cairan pemasak, sehingga mendorong terjadinya hidrolisis polisakarida, baik terhadap hemiselulosa maupun selulosa. Kemudian, waktu pemasakan yang semakin lama juga cenderung menurunkan yield pulp. Bertambahnya waktu pemasakan menyebabkan semakin banyaknya lignin dan polisakarida yang terdegradasi dan menyebabkan yield pulp terus menurun. Degradasi lignin dan hidrolisis polisakarida dalam proses-proses berbasis pelarut organik terjadi secara serempak [Sarkanen 1990 dan Murinen 2000]. Hidrolisis terhadap polisakarida diharapkan hanya terjadi pada hemiselulosa, dan menghasilkan pulp yang kaya selulosa. Namun demikian, pulp TKS yang dihasilkan dengan proses milox tahap tunggal degrasi selulosa tidak dapat



PROSIDING III

386

dihidari, terutama pada konsentrasi asam formiat yang pekat, nisbah cairan-padatan yang tinggi dan waktu pemasakan yang lebih dari 2 jam. KADAR LIGNIN PULP

Bilangan kappa atau kadar lignin pulp dengan proses milox tahap tunggal cenderung meningkat dengan bertambahnya konsentrasi asam formiat. Sebaliknya, dengan bertambahnya waktu pemasakan cenderung menurunkan bilangan Kappa pulp, walaupun pada awalnya cenderung meningkat. Sedangkan pada kenaikan nisbah cairan, bilangan Kappa pulp cenderung meningkat dengan bertambahnya nisbah dari 8/1 ke 10/1, dan turun kembali pada nisbah 12/1. Bilangan Kappa tertinggi (30) dihasilkan pada kondisi konsentrasi asam formiat 90%, waktu pemasakan sekitar 2 jam dan nisbah cairan padatan 8/1. Sedangkan, bilangan Kappa terendah (0,5) dihasilkan dengan kondisi konsentrasi asam formiat 70%, waktu pemasakan 1 jam dan nisbah cairan padatan 8/1.

Peningkatan konsentrasi asam formiat memberikan pengaruh negatif terhadap bilangan Kappa pulp, terutama pada nisbah cairan-padatan 8/1. Bertambahnya konsentrasi asam formiat dari 70 90% menyebabkan bilangan Kappa naik sekitar 2 hingga 3 kali setiap penambahan 10% konsentrasi asam formiat pada nisbah 8/1 dan 10/1. Tetapi, pada nisbah cairan-padatan 12/1, bilangan Kappa pulp relatif stabil pada setiap kenaikan konsentrasi asam formiat. Waktu pemasakan memberikan pengaruh yang berbeda terhadap bilangan Kappa pulp dibanding konsentrasi asam formiat dan nisbah cairan-padatan. Pada nisbah cairan-padatan 12/1, bilangan Kappa pulp yang cenderung menurun tajam dengan bertambahnya waktu pemasakan, terutama pada kenaikan waktu dari 2 hingga 3 jam pemasakan. Namun demikian, pola ini tidak terjadi pada nisbah 8/1 dan 10/1, bertambahnya waktu pemasakan dari 1 hingga 3 jam, bilangan Kappa pulp yang awalnya meningkat pada jam kedua, turun kambali pada jam ketiga dengan nilai yang relatif berimbang dengan lama pemasakan 1 jam.

Proses penyisihan lignin dalam media pelarut organik terjadi melalui degradasi lignin oleh ion H+ dari asam organik dan larutnya fragment lignin dalam media pemasak. Kemudian, lignin yang terlarutkan dalam media pemasak dapat terpolimerisasi kembali jika waktu pemasakan diperpanjang dan banyaknya air dalam media pemasak [Muurinen 2000]. Meningkatnya kadar lignin atau bilangan Kappa pulp TKS yang dihasilkan penelitian ini disebabkan banyaknya polisakarida yang terdegradasi, bukan terjadinya repolimerisasi lignin. Karena, yield pulp yang dihasilkan cenderung turun, sehingga kadar lignin dalam pulp menjadi besar.

KESIMPULAN

Pembuatan pulp TKS dengan proses milox tahap tunggal dapat dilakukkan dan menghasilkan pulp dengan yield berkisar antara 19 42%, dengan bilangan Kappa 0,5 30. Model empirik yang dihasilkan dapat digunakan untuk memperkirakan kualitas pulp dan melihat pengaruh variabel proses terdahap kualitas pulp, dengan tingkat signifikansi statistik >95%. Konsentrasi asam



PROSIDING III

387

formiat merupakan faktor yang paling berpengaruh terhadap kualitas pulp TKS proses milox. Waktu pemasakan hanya berpengaruh terhadap bilangan Kappa pulp, sebaliknya nisbah cairan padatan hanya berpengaruh terhadap yield pulp. DAFTAR PUSTAKA Azman, N., A. E. Putra, Zulfansyah dan P.S Utama, 2002, Pembuatan Pulp dari

Tandan Kosong Sawit dengan Proses Milox, Prosiding Skripsi Terbaik Universitas Riau 2002, Lembaga Penelitian Universitas Riau, Pekanbaru.

Darianto, J.S., 2008, Limbah Sawit, Bahan Baku Pulp yang Murah, http://www.SitusHijau.co.id, [diakses pada 21 November 2009].

Jahan, M.S., Z.Z. Lee, Y. Jin, 2006, Organic Acid Pulping of Rice Straw: I. Cooking, Turk. J. Agr. For. 30. 231 239.

Haroen, W.K, L. Fansyukri, 1995, Pembuatan Pulp Rendemen Tinggi dari Tandan Kosong Sawit dengan Proses NSCC, Berita Selulosa, Vol. XXXI.

Kham L., Y.L. Bigot, M. Delmas, G. Avignon, 2005, Delignification of Wheat Straw Using A Mixture of Carboxylic Acids and Peroxoacids, Industrial Crops and Products An International Journal, 21: 9-15.

Ligero, P., J.J Villaverde, A. Vega, M. Bao, 2008, Pulping cardoon (Cynara cardunculus) with Peroxiformic Acis (Milox) in One Single Stage, Bioresource Technology, 99: 5687-5693.

Muurinen, E, 2000, Organosolv Pulping: A Review and Distilation Study Related to Peroxy Acid Pulping, PhD Thesis, University of Oulu, Finland.

Pratiwi, W, O. Atmawidjaja, R.S. Pujosunoto, 1998, Pembuatan Pulp Kertas dari Tandan Kosong Sawit dengan Proses Soda Antrakinon, Menara Perkebunan, 56 (2), 49 - 52

Shatalov, A. A., H. Pereira, 2006, Papermaking Fibers from Giant Reed (Arundo Donax L.) by Advanced Ecologically Friendly Pulping and Bleaching Technologies, Bioresource Technology, 1(1), 45-61.

Tanskanen J., 2007, Paper, Bioenergy and Green Chemicals from Nonwood Residues by A Novel Biorefinery, PEGRES Project, University of Oulu.

Zulfansyah dan H. Susanto, 1998, Pembuatan Pulp dari Tandan Kosong Sawit dengan Proses Asam Asetat, Prosiding Seminar Nasional Fundamental dan Aplikasi Teknik Kimia 1998, ITS Surabaya.

Pembuatan Pulp Tandan Kosong Sawit Dengan

Documents

Transcript of Pembuatan Pulp Tandan Kosong Sawit Dengan