1

BAB I PENDAHULUAN1.1.

Latar Belakang

Industri kertas merupakan salah satu jenis industri terbesar di dunia dengan menghasilkan 178 juta ton pulp, 278 juta ton kertas dan karton, dan menghabiskan 670 juta ton kayu. Pertumbuhannya dalam dekade berikutnya diperkirakan antara 2% hingga 3,5% per tahun, sehingga membutuhkan kenaikan kayu log yang dihasilkan dari lahan hutan seluas 1 sampai 2 juta hektar setiap tahun [Rini, 2002]. Jumlah reject pulp yang dibuang sebagai limbah padat 2,28% dari total produksi pulp per hari sebesar 7000 ton [PT. RAPP, 2008]. Pada pabrik pulp dan kertas, reject pulp akan dibuang ke landfill. Hingga saat ini reject pulp belum dimanfaatkan secara optimal. Usaha untuk memanfaatkan reject pulp sebagai bahan bakar pernah dilakukan, namun dengan membakar langsung reject pulp kering dalam tungku ketel boiler tidak memberikan jumlah panas yang cukup untuk memproduksi steam. Akibatnya akumulasi reject pulp ini belum tertangani dengan baik. Selain itu reject pulp dimanfaatkan oleh pabrik kertas sebagai bahan bakar padat. Reject pulp berpotensi untuk dijadikan bioetanol, eksifien, dan bahan baku propelan. Reject pulp merupakan limbah padat yang terdapat pada pabrik pulp berupa sisa potongan kayu yang tidak sempurna dimasak dalam tangki digester. Reject pulp ini merupakan limbah padat yang terus-menerus akan terakumulasi. Secara kimia, kayu tersusun atas beberapa bagian utama yaitu selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Reject pulp masih mengandung lignoselulosa dimana selulosa merupakan komposisi paling banyak di dalamnya yaitu 32-54% dari jumlah total komposisi lignoselulosa [Taherzadeh et al., 1999]. Kebutuhan akan kayu dan kertas semakin meningkat seiring dengan laju pertumbuhan penduduk. Dengan meningkatnya kebutuhan akan kayu dan kertas, jumlah limbah padat yang dihasilkan juga semakin bertambah. Oleh sebab itu, perlu dicarikan penanganan limbah padat yang tepat serta bernilai ekonomis.

2

Pengkajian lebih dalam untuk menangani limbah reject pulp menjadi produk bernilai ekonomis tinggi akan dibahas dalam karya tulis ini dengan judul, Potensi Reject Pulp sebagai Bahan Baku Pembuatan Propelan.1.2.

Gagasan Kreatif

Jumlah reject pulp yang dibuang sebagai limbah padat industri kertas mencapai 2,28% dari produksi pulp per hari sebesar 7000 ton [PT. RAPP, 2008]. Ini menggambarkan besarnya limbah yang dibuang dari industri kertas. Kandungan selulosa dalam reject pulp berpotensi untuk dikonversi menjadi nitroselulosa. Nitroselulosa yang diperoleh merupakan bahan baku pembuatan propelan. Dengan mendapatkan kondisi optimum nitrasi selulosa menjadi nitroselulosa akan diperoleh nitroselulosa yang memenuhi standar sebagai bahan baku pembuatan propelan.1.3.

Batasan Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang di atas, batasan masalah yang akan dikaji dalam karya tulis ini adalah:1. Mengapa reject pulp bisa dijadikan bahan baku pembuatan propelan 2. Bagaimana penanganan reject pulp sehingga menjadi bahan baku

propelan1.4.

Tujuan

Tujuan pembuatan karya tulis ini untuk mengkuti Lomba Karya Tulis Ilmiah (LKTI) Mahasiswa Universitas Riau Tahun 2010.

1.5.

Manfaat Manfaat dari karya tulis ini dapat dikategorikan menjadi:

3

1. Bagi Pemerintah

Membantu pemerintah mengurangi impor bahan baku propelan Membantu pemerintah mengurangi limbah padat industri kertas

2. Bagi Perkembangan Ilmu dan Teknologi Menjadi alternatif penanganan limbah industri kertas yang bernilai

ekonomis tinggi. Mendapatkan kondisi proses yang optimal dalam pengolahan reject

pulp menjadi propelan

4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Reject Pulp

Reject pulp merupakan biomassa yang berasal dari limbah padat industri pulp yang merupakan sisa potongan kayu yang tidak sempurna yang dimasak dalam tangki digester pada pabrik pulp. Biomassa ini merupakan lignoselulosa yang komposisinya terdiri dari selulosa, hemiselulosa, lignin, dan bahan anorganik lainnya. Jumlah reject pulp yang dibuang sebagai limbah padat 2,28% dari total produksi pulp per hari sebesar 7000 ton [PT.RAPP, 2008]. Hingga saat ini reject pulp belum dimanfaatkan secara optimal. Usaha untuk memanfaatkan reject pulp sebagai bahan bakar pernah dilakukan, namun dengan membakar langsung reject pulp kering dalam tungku ketel boiler tidak memberikan jumlah panas yang cukup untuk memproduksi steam. Akibatnya akumulasi reject pulp ini belum tertangani dengan baik. Reject pulp masih mengandung lignoselulosa yang dapat diubah menjadi glukosa dari selulosa yang dimilikinya melalui proses hidrolisis [Taherzadeh et al., 1999]. Selulosa yang dihasilkan dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku bioetanol melalui proses fermentasi. Menurut Taherzadeh (1999), selulosa merupakan komposisi yang paling banyak dalam lignoselulosa, yaitu 32-54% dari jumlah total komposisi lignoselulosa. 2.2. Selulosa

Selulosa merupakan komponen kimia biomassa yang terbesar, yang jumlahnya mencapai hampir setengah bagian biomassa. Selulosa adalah komponen dasar pada dinding sel dan serat. Selulosa terdapat pada semua tanaman tingkat tinggi hingga organisme tumbuhan yang primitif. Selulosa juga terdapat pada binatang yakni jenis tunicin, zat kutikula tunicat dalam jumlah yang sedikit [Fengel dan Wegener, 1985].

5

Selulosa adalah polimer glukosa (hanya glukosa) yang tidak bercabang. Bentuk polimer ini memungkinkan selulosa saling menumpuk/ terikat menjadi bentuk serat yang sangat kuat. Panjang molekul selulosa ditentukan oleh jumlah unit glucan di dalam polimer, disebut dengan derajat polimerisasi. Derajat polimerisasi selulosa tergantung pada jenis tanaman dan umumnya dalam kisaran 2000 27000 unit glucan [Isroi, 2008].

Gambar 1. Struktur Selulosa [Hu, 2008] Selulosa dapat larut dalam asam pekat (seperti asam sulfat 72%) yang mengakibatkan terjadinya pemecahan rantai selulosa secara hidrolisis. Hidrolisis selulosa ini dapat terhalang oleh lignin dan hemiselulosa yang ada di sekitar selulosa. Namun laju hidrolisis selulosa akan meningkat seiring kenaikan temperatur dan tekanan [Fengel dan Wegener, 1985]. 2.3. Nitroselulosa

Nitroselulosa merupakan salah satu diantara polimer komersial yang paling awal, mula-mula dikembangkan abad ke-19 dan bahkan telah dipakai dalam pembuatan bahan-bahan peledak, film fotografik, lak, serat tekstil, dan beberapa aplikasi

6

percetakan. Nitroselulosa adalah suatu misnomer, karena tidak mengandung gugus-gugus nitro. Selulosa nitrat dipreparasi dari selulosa dan asam nitrat. Cell-OH + HONO2 Cell-ONO2 + H2O

Campuran nitrasi terdiri dari nitrat dan asam sulfat berair adalah umum pada skala komersial. Bahan awal selulosa adalah pulp berkualitas kimia atau kapas lembut yang dirobek-robek sebelum perlakuan dengan asam-asam campuran dalam bejana nitrasi. Variasi asam penitrasi, waktu perlakuan dan suhu menentukan kualitas yang berbeda dari nitroselulosa yang dihasilkan. Pemisahan nitroselulosa dari sisa asam penitrasi terjadi dalam sentrifuge. Pencucian dan pemasakan dengan air cocok untuk menghilangkan asam yang menempel (stabilitas awal). Pemasakan berikutnya di bawah tekanan mengurangi panjang rantai molekul dan menyamakan distribusi gugus-gugus NO2 (stabilisasi). Nitroselulosa merupakan salah satu ester yang paling penting dan banyak diproduksi dalam bentuk komersial untuk berbagai keperluan. Di samping itu derajat polimerisasi (DP) produk-produknya berbeda dalam derajat substitusi (DS) yang dapat ditentukan dari kandungan nitrogen. Nitroselulosa yang tersubstitusi berbeda kelarutannya dalam pelarut-pelarut organik berbeda [Fengel dan Wegener. 1985]. Berbagai macam nitroselulosa tersebut dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 1. Penggunaan Nitroselulosa untuk Berbagai Kandungan Nitrogen Kandungan Nitrogen, % 10,5 11,1 11,2 12,2 12,0 13,7 Derajat substitusi 1,8 2,0 2,0 2,3 2,2 2,8 Pelarut yang umum Etanol Metanol, ester aseton, metil etil keton Aseton Penggunaan Plastik, cat laker Cat Laker, perekat Bahan Peledak

7

2.4.

Propelan

Propelan merupakan suatu bahan bakar yang proses pembakarannya tidak memerlukan udara (oksigen), karena kebutuhan oksigen yang diperlukan untuk proses pembakaran telah terkandung dalam Propelan itu sendiri. Berdasarkan fasa propelan dapat dibagi menjadi dua golongan, yaitu :a.

Propelan padat terdiri dari : dasar tunggal (single base), dasar ganda (double base) dan komposisi.

b. Propelan cair dapat dibedakan menjadi monopropelan dan bipropelan.

Monopropelan artinya dalam propelan tersebut telah mengandung unsur utama dalam tiap molekulnya. Bipropelan berarti bahan bakar dan oksidator terpisah dan baru akan tercampur di dalam ruang bakar. Berdasarkan sifat campurannya, propelan padat dapat menjadi dua macam, yaitu :a. Tipe propelan padat homogen, yaitu propelan padat dengan nitroselulosa

sebagai bahan dasar dalam komposisinya dan bahan lain yang pada umumnya berupa senyawa organik.1. Disebut single base propelan, jika propelan homogen tersebut

dibuat dari nitroselulosa sebagai bahan utama dalam komposisinya.2. Disebut double base propelan, jika propelan homogen tersebut

dibuat dengan nitroselulosa dan nitrogliserin sebagai bahan utama dalam komposisinya.3. Disebut triple base propelan, jika propelan homogen tersebut

dibuat dengan nitroselulosa, nitrogliserin, dan nitroguanidin sebagai bahan utama dalam komposisinya.b.

Tipe komposisi propelan padat, yaitu suatu jenis propelan padat

yang dibuat dengan mencampurkan bahan bakar dengan bahan pengikat lainnya dengan oksidator ditambah berbagai macam additive. Fuel/binder yang dipakai umumnya merupakan senyawa organik polimer tinggi (Poliviniklorida, Polibutadiena, Polisulfida, Poliuretan), sedangkan oksidatornya berupa kristal anorganik yang diserbukkan halus (50-400) mesh. [Emma, 2003]

8

BAB III METODE PENULISAN Penulisan karya tulis dilakukan dengan telaah pustaka. Dengan mempelajari berbagai literatur yang berhubungan dengan masalah maka diambil kesimpulan yang merupakan jawaban dari permasalahan yang dikaji. Literatur yang dijadikan referensi berasal dari beberapa buku, jurnal, dan artikel. Studi literatur dimulai dengan mendapatkan data produksi reject pulp serta pemanfaatan yang pernah dilakukan terhadap limbah industri kertas. Data ini sangat diperlukan sebagai dasar perlunya dicarikan alternatif pengolahan lain yang lebih bernilai ekonomis. Data berikutnya yang dicari adalah kandungan yang terdapat dalam reject pulp sehingga dapat dibuat asumsi- asumsi alternatif lain yang mungkin dilakukan. Beberapa asumsi yang ditemukan kemudian di analisis dengan mencari informasi pendukung sehingga asumsi tersebut mungkin dijadikan aternatif baru penanganan limbah industri kertas. Informasi tersebut berupa proses sintesis produk dari reject pulp serta pengujian produk yang menunjukkan kelayakan produk. Adanya flowchart sintesis produk sangat membantu menafsirkan proses yang terjadi mulai dari perlakukan bahan baku (reject pulp) sampai diperolehnya produk. Dengan menguji produk dan membandingkannya dengan literatur maka ditariklah sebuah kesimpulan yang merupakan jawaban dari permasalahan yang dikemukakan.

BAB IV

9

PEMBAHASAN 4.1. Potensi Reject Pulp sebagai Bahan Baku Propelan

Reject pulp merupakan biomassa yang berasal dari limbah padat industri pulp yang merupakan sisa potongan kayu yang tidak sempurna yang dimasak dalam tangki digester pada pabrik pulp. Biomassa ini merupakan lignoselulosa yang komposisinya terdiri dari selulosa, hemiselulosa, lignin, dan bahan anorganik lainnya. Adanya potensi reject pulp untuk dijadikan bahan baku propelan disebabkan karena adanya selulosa yang terkandung didalamnya. Selulosa adalah komponen dasar pada dinding sel dan serat yang dimiliki semua tanaman tingkat tinggi. Selulosa sangat bermanfaat untuk berbagai keperluan, salah satunya sebagai bahan baku pembuatan propelan. Propelan merupakan sejenis bahan pendorong yang biasa digunakan sebagai bahan bakar roket. Selama ini bahan baku pembuatan propelan yang salah satunya nitroselulosa masih diimpor. Nitroselulosa dapat diperoleh dari reaksi nitrasi. Reaksi ini melibatkan selulosa, asam nitrat, dan asam sulfat. Selulosa yang digunakan dapat diperoleh dari reject pulp. Selulosa yang terkandung di dalam reject pulp akan dinitrasi menjadi nitroselulosa dan pada kondisi tertentu akan diperoleh nitroselulosa yang memenuhi standar sebagai bahan baku propelan. Kondisi tersebut dipengaruhi oleh beberapa variabel, yaitu perbandingan reject pulp dan asam nitrat, temperatur, lama nitrasi, dan pengadukan. Diantara indikator nitroselulosa yang memenuhi standar sebagai bahan baku propelan adalah kadar nitrogen dan derajat subtitusi. Kadar nitrogen dari nitroselulosa yang memenuhi standar berada pada 12 13,7% dan derajat subtitusi berada pada 2,2 2,8. 4.2. Penanganan Reject Pulp Sebagai Bahan Baku Propelan

10

Alur proses produksi nitroselulosa dapat digambarkan secara sederhana pada Gambar 2.

Limbah padat industri kertas (Reject Pulp)

Analisa bahan baku (kadar selulosa)

Nitrasi reject pulp dengan memperhatikan variabel perbandingan reject pulp dan asam nitrat, waktu nitrasi, kecepatan agitasi, dan temperatur nitrasi

Produksi nitroselulosa sebagai bahan baku pembuatan propelan berbasis limbah industri kertas (reject pulp)

Analisa produk (kadar nitrogen dan derajat

Gambar 2. Flowchart Produksi Nitroselulosa dari Reject Pulp Proses diawali dengan persiapan bahan baku berupa reject pulp. Reject pulp dianalisa untuk mengetahui kadar selulosa. Reject pulp yang memenuhi standar untuk dikonversi menjadi nitroselulosa harus memiliki kadar alfaselulosa lebih besar dari 92 %. Analisa selulosa dapat dilakukan dengan metode TAPPI (Technical Association for the Pulp and Paper Industry). Reject pulp dengan selulosa yang memenuhi standar dinitrasi untuk menghasilkan nitroselulosa. Proses nitrasi merupakan proses inti dalam pembuatan nitroselulosa. Pada proses ini, reject pulp direaksikan dengan asam nitrat dengan memperhatikan variabel perbandingan reject pulp dengan asam nitrat, waktu nitrasi, kecepatan pengadukan, dan temperatur nitrasi. Proses nitrasi dilangsungkan dalam sebuah reaktor yang dilengkapi pengaduk dan kondensor. Temperatur dijaga di bawah 15 oC dengan menggunakan water bath. Nitroselulosa hasil nitrasi kemudian dicuci untuk menghilangkan asam- asam yang tidak bereaksi. Untuk skala industri asam- asam ini bisa di-recovery sehingga tidak menimbulkan limbah baru. Proses akhir yang dilakukan adalah analisa nitroselulosa untuk memastikan nitroselulosa yang dihasilkan telah memenuhi standar sebagai bahan baku

11

propelan. Analisa yang dapat dilakukan diantaranya analisa kadar nitrogen dan derajat subtitusi. Salah satu metode pengujian kadar nitrogen dengan analisa Kjeldahl dan derajat subtitusi dengan bantuan instrumentasi penguji. Nitroselulosa yang memenuhi standar berarti layak digunakan sebagai bahan baku pembuatan propelan.

BAB V

12

KESIMPULAN DAN SARAN5.1.

Kesimpulan1. Reject pulp berpotensi dijadikan sebagai bahan baku pembuatan

propelan karena mengadung selulosa yang menjadi bahan dasar pembuatan propelan.2. Penanganan reject pulp sebagai bahan baku propelan dilakukan

dengan reaksi nitrasi, yaitu mereaksikan reject pulp dengan asam nitrat dalam sebuah reaktor.3. Keberhasilan

nitrasi bergantung

pada beberapa faktor, yaitu

perbandingan reject pulp dengan asam nitrat, waktu nitrasi, kecepatan pengadukan, dan temperatur nitrasi.5.2.

Saran1. Semua tanaman umumnya mengandung selulosa yang bisa

dinitrasi menjadi nitroselulosa sehingga disarankan mencari alternatif sumber lain untuk dijadikan bahan baku propelan. 2. Reaksi nitrasi akan sangat ditentukan oleh kondisi proses sehingga sangat disarankan untuk merancang reaktor khusus yang sesuai dengan kondisi proses untuk memperoleh hasil maksimal.

DAFTAR PUSTAKA

13

Fengel, D. Wegener, G. 1985. Kayu: Kimia, Ultrastruktur, Reaksi-Reaksi. Translated from the English by H. Sastrohamidjojo. Yogyakarta, Gajah Mada University Press. Hu, Gang. 2008. Feedstock Pretreatment Strategies for Producing Ethanol from Wood, Bark, And Forest Residu. Bioresources 3(1): 270-294. Isroi. 2008. Karakterisrik Lignoselulosa sebagai Bahan Baku Bioetanol. http://isroi.wordpress.com/2008/05/01/karakteristik-lignoselulosa-sebagai-bahan baku-bioetanol. [29 April 2010] PT.RAPP. 2008. Data Produksi Pulp dan Reject Pulp. (Komunikasi internal dengan staf PT. RAPP) Pusgrafin. 2009. HTI, Industri Kertas dan Industri Grafik.

http://pusgrafin.go.id/main/index.php. [03 Mei 2010] Rini, Daru Setyo. 2002. Minimasi Limbah dalam industri Pulp And Paper. http://www.terranet.or.id/masukandetil.php. [03 Mei 2010] Taherzadeh, M.J, Niklasson, C., dan Liden, G. 1999. Conversion of Dilute-Acid Hydrolyzates of Spruce and Birch to Ethanol by Fed-Batch Fermentation. Bioresource Technology 69 (1): 59-66. Zaidar, Emma. 2003. Nitrogliserin Dapat Digunakan sebagai Bahan Peledak. http://library.usu.ac.id/download/fmipa/kimia-emma2.pdf. [03 Mei 2010]

LAMPIRAN DAFTAR RIWAYAT HIDUP PENULIS

14

Data Pribadi

Nama NIM Tempat / Tanggal Lahir Jenis Kelamin Jurusan Fakultas Angkatan Alamat Telp/Hp EmailLatar Belakang Pendidikan

: : : : : : : : : :

Alfein Rahmad 0707112432 Payakumbuh/ 11 Desember 1988 Laki-laki Teknik Kimia Teknik 2007 Jl. Cendrawsih Sakti, Pondok Merak, Panam, Pekanbaru 085274206456 alfein_rahmad@yahoo.com

Sekolah Universitas SMU SLTP SDKarya Ilmiah

Tempat : Teknik Kimia S1 Fakultas Teknik Universitas Riau : SMA Negeri 2 Payakumbuh : SLTP Negeri 4 Payakumbuh : SD Negeri 02 Pekan Sinayan

Tahun 2007 2004 - 2007 2001 2004 1995 2001

Kesehatan Pemeliharaan Anjing di Provinsi Sumatera Barat. Tahun 2007, tingkat Provinsi Sumatera Barat. Fakultas Kedokteran Universitas Andalas (Harapan I).

Cepatnya Pemahaman Siswa terhadap Bacaan yang Berbentuk Tabel. Tahun 2007, tingkat Provinsi Sumatera Barat. Dinas Pendidikan Provinsi Sumatera Barat (10 Finalis terbaik).

Nama NIM Tempat / Tanggal Lahir Jenis Kelamin

Data Pribadi: : : : Junia 0707112636 Bengkalis/ 22 Juni 1989 Perempuan

15

Jurusan Fakultas Angkatan Alamat Telp/Hp EmailLatar Belakang Pendidikan

: : : : : :

Teknik Kimia Teknik 2007 Jl. Tengku Zainal Abidin, Gg. Sutomo, No. 6B, Pekanbaru 085271421421 junia_2206@yahoo.co.id

Sekolah Universitas SMU SLTP SD

Tempat : Teknik Kimia S1 Fakultas Teknik Universitas Riau : SMA Negeri 1 Tualang Perawang : SMP Swasta YPPI : SD Negeri 065 Tualang Perawang

Tahun 2007 2004 - 2007 2001 2004 1995 2001

Nama NIM Tempat / Tanggal Lahir Jenis Kelamin Jurusan

Data Pribadi: : : : : Jaka Wirayudha 0707112417 Tembilahan/ 2 September 1989 Laki-laki Teknik Kimia

16

Fakultas Angkatan Alamat Telp/Hp EmailLatar Belakang Pendidikan

: : : : :

Teknik 2007 Jl. Manggis, No. 21, Panam, Pekanbaru 085265973033 jaka_wirayudha@yahoo.com

Sekolah Universitas SMU SLTP SD

Tempat : Teknik Kimia S1 Fakultas Teknik Universitas Riau : SMA Negeri 8 Pekanbaru : SMPN 13 Pekanbaru : SD Negeri 006 Tampan

Tahun 2007 2004 - 2007 2001 2004 1995 2001