Tag Archives: selulosa

Bioplastik Pengganti Kotak Styrofoam

biofoam

Kotak tempat makan pengganti styrofoam

Plastik ada banyak jenisnya, salah satunya adalah styrofoam (polystyrene). Plastik ini banyak dimanfaatkan sebagai tempat makan (kotak/box). Selain bahanny yang ringan dan kuat, plastik ini juga tahan air. Sayangnya, seperti halnya plastik-plastik yang lain. Styrofoam tidak bisa terurai. Sampah plastik ini menjadi masalah besar di kota-kota di Indonesia. Pak Ridwan Kamil, walikota Bandung bahkan membuat larangan terhadap penggunaan styrofoam di kota Bandung.

Sebagai pengantinya adalah bahan semacam styrofoam yang dibuat dari biomassa. Bahan ini lebih ramah lingkungan karena bisa dikomposkan dan bisa terdegradasi di alam.

Saya mendapatkan contoh penganti styrofoam ini yang produk import. saya ingin membuatnya dari bahan-bahan bioplastik sawit yang sudah saya kembangkan sebelumnya. Semoga bisa terwujud.

Amiin.

Biofoam penganti styrofoam

Biofoam penganti styrofoam

Biofoam penganti styrofoam

Biofoam penganti styrofoam

Advertisements

Suprastuktur Selulosa

cellulosa sellulosa kayu serat

Gambar ini yang sering kita pelajari ketika belajar tentang selulosa. Ini adalah model rantai selulosa yang tersusun dari glukosa. Glukosa tersusun bersambung-sambung. Uniknya, selulosa hanya tersusun dari glukosa saja, tidak ada gula jenis lain. Salah satu keunikan lainnya adalah rantai glukosa ini lurus rus tidak bercabang.

cellulose-ibeta-from-xtal-2002-3d-balls

Dulu saya sering membayangkan kalau selulosa ini bentuknya panjang banget, dan memang tersusun seperti itu. Pada kenyataannya di alam raya ini, tidak ada selulosa yang hanya satu rantai saja. Ada yang disebut dengan suprastruktur selulosa. Maksudnya, rantai selulosa tersebut saling bergabung membentuk struktur sekunder yang lebih besar dan lebih rumit.

Kadang-kadang saya mengamati selulosa di bawah mikroskop. Banyak selulosa yang saya amati. Salah satunya seperti gambar di bawah ini. Ini adalah bentuk dari serat/fiber selulosa. Bentuknya panjang-panjang seperti rambut. Permukaannya umumnya terlihat halus di bawah mikroskop.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Namun, jika serabut selulosa tersebut ‘dirusak’, ternyata di muncul sesuatu yang menarik di bawah mikroskop. Seperti yang terlihat di gambar di bawah ini. Serabut selulosa tersebut seperti terkelupas dan muncul serabut-serabut yang lebih kecil. Atau terlihat ada struktur lain di dalam serat selulosa ini.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Foto ini menunjukkan bahwa serabut selulosa tersusun dari serabut-serabut yang lebih kecil lagi. Serabut kecil itu juga tersusun dari beberapa rantai selulosa yang berukuran lebih kecil lagi. Saya coba mencari foto mikroskopik selulosa di internet. Dan ketemu gambar di bawah ini. Meski dari biomassa yang berbeda, gambar ini cukup menunjukkan kalau selulosa memang tersusun dari serabut-serabut selulosa yang kecil-kecil.

silkatp2500x2

Susunan Selulosa dalam Matrik Bioplastik

selulosa sawit dalam bioplastik

Susunan selulosa tankos sawit di dalam matrik bioplastik. Pembesaran 400x. Foto diambil dengan menggunakan mikroskop cahaya biasa.

Selulosa yang diisolasi dari tandan kosong kelapa sawit dan dimodifikasi digunakan sebagai bahan baku bioplastik. Susunan selulosa dalam matrik komposit bioplastik ini memiliki susunan yang khas dan menarik untuk diamati. Foto-foto ini diambil menggunakan mikroskop cahaya biasa dengan pembesaran 40x s/d 400x. Susunannya unik. Selulosa saling bersilangan membentuk jaring-jaring di dalam komposit bioplastik. Susunan ini kemungkinan yang memberi kekuatan pada bioplastik dan sifat plastik dari bioplastik itu sendiri.

selulosa sawit dalam bioplastik

Susunan selulosa tankos sawit di dalam matrik bioplastik. Pembesaran 40x. Foto diambil dengan menggunakan mikroskop cahaya biasa.

selulosa sawit dalam bioplastik

Susunan selulosa tankos sawit di dalam matrik bioplastik. Pembesaran 100x. Foto diambil dengan menggunakan mikroskop cahaya biasa.

selulosa sawit dalam bioplastik

Susunan selulosa tankos sawit di dalam matrik bioplastik. Pembesaran 100x. Foto diambil dengan menggunakan mikroskop cahaya biasa.

selulosa sawit dalam bioplastik

Susunan selulosa tankos sawit di dalam matrik bioplastik. Pembesaran 100x. Foto diambil dengan menggunakan mikroskop cahaya biasa.

selulosa sawit dalam bioplastik

Susunan selulosa tankos sawit di dalam matrik bioplastik. Pembesaran 100x. Foto diambil dengan menggunakan mikroskop cahaya biasa.

Biji Bioplastik Selulosa Sawit

Biji bioplastik selulosa sawit

Biji bioplastik selulosa sawit

Selangkah demi selangkah penelitian bioplastik dari selulosa sawit terus maju. Meski langkah-langkahnya tidak lebar, kemajuan ini menggebirakan bagi kami. Dengan bantuan teman yang baik hati, saya bisa memcoba untuk membuat biji bioplastik. Uji coba ini menggunakan selulosa yang berhasil saya buat sebelumnya. Tentu saja selulosa ini sudah mengalami modifikasi agar kompatible dan bisa memiliki sifat plastis.Saya belum bisa membuat biji bioplastik sendiri karena memang belum memiliki peralatannya. Harga peralatannya cukup mahal, dana penelitian bisa habis kesedot semua. Kecuali ada donatur yang berbaik hati untuk membantu kami memiliki peralatan ini.

Biji bioplastik selulosa sawit ini masih banyak kekurangannya sana-sini. Propertiesnya masih belum seperti yang kami inginkan. Namun demikian, hasil ini membuktikan bahwa langkah kami sudah di jalan yang benar. Segala kekurangan-kekurangan ini bisa diatasi dengan penelitian, pengembangan dan perbaikan lagi.

Selulosa murni dari tandan kosong kelapa sawit

Selulosa murni dari tandan kosong kelapa sawit

Biji bioplastik ini juga dicoba untuk dibuat kantong. Alhamdulillah juga bisa dibuat kantong meski dibuat agak tebal. Alhamdulillah.

Biji bioplastik selulosa sawit

biji bioplastik sawit

Selulosa dari Sawit (tankos)

selulosa tandan kosong kelapa sawit

Selulosa dari tandan kosong kelapa sawit

Ini adalah selulosa yang dimurnikan dari tankos sawit (tandan kosong kelapa sawit). Selulosa adalah salah satu komponen utama penyusun lignoselulosa. Kandungannya bisa mencapai sepertiga dari total biomassa lignoselulosa. Tankos sawit juga sangat tinggi kandungan selulosanya. Angka kasar saja, andaikan ada 21 juta ton tankos di Indonesia, potensi selulosanya sangat besar sekali. Tulisan ini update dari tulisan sebelumnya tentang selulosa (https://isroi.com/2015/08/27/selulosa-dari-tandan-kosong-kelapa-sawit/).

Isolasi selulosa dari tankos gampang-gampang susah. Gampang banget juga tidak, susah banget juga tidak. Kalau beruntung kita bisa dapat rendemen yang cukup tinggi ketika mengisolasi dan menurnikan selulosa. Tankos dengan kadungan selulosa tinggi (>35%), rendemennya bisa di atas 25%. Banyak sekali.

Selulosa ini bisa dimanfaatkan untuk berbagai macam bahan baku. Misalnya saja dihidrolisis untuk menghasilkan glukosa. Kalau sudah dapat glukosanya bisa diolah menjadi berbagai macam produk. Tantangannya, menghidrolisis selulosa juga gampang-gampang susah.

Selulosa juga bisa dijadikan menjadi nano selulosa. Yang suka main-main dengan nano, pasti akan tertarik dengan nano selulosa. Ada banyak pemanfaatan nano selulosa.

Selulosa juga bisa dimanfaatkan sebagai bahan baku bioplastik. Secara alami, selulosa tidak bersifat plastis, jadi perlu banyak modifikasi untuk membuat agar selulosa bisa jadi bioplastik.

Selulosa dari Tankos Sawit

selulosa tankos sawit

selulosa tankos sawit

Selulosa adalah tahapan antara untuk produksi berbagai macam turunan tankos. Selulosa ini berhasil diisolasi dari tankos sawit. Selulosa 100% dari tankos sawit. Dari selulosa ini bisa dibuat berbagai macam turunan, misalnya saja kalau mau dihidrolisis untuk menghasilkan gula/glukosa. Dari glukosa bisa dibuat berbagai macam produk lagi; bisa jadi etanol, asam organik dan lainnya. Dari asam organik seperti asam laktat bisa dipolimerisasi menjadi poly lactic acid, salah satu bahan bioplastik. Jalur tahapan yang saya tempuh adalah: tankos –> selulosa –> bioplastik. Semoga lancar dan bisa ekonomis.

tankos sawit cacah

Tankos sawit yang sudah dicacah dan dikeringkan.

down_arrow

pulp tankos sawit

Pulp tankos sawit

down_arrow

selulosa tankos sawit

selulosa tankos sawit

down_arrow

down_arrow

Bioplastik dari tankos sawit

Prottotipe bioplastik dari tankos sawit

Pulp Tadan Kosong Kelapa Sawit

image

Kertas yang dibuat dari tankos sawit

Pembuatan bioplastik dari tandan kosong kelapa sawit/tankos diawali dengan proses pulping dan isolasi selulosa tankos. Saya pernah mencoba proses ini kurang lebih 10 tahun yang lalu. Bos saya lebih dulu melakukannya 15 tahun yang lalu. Waktu itu masih banyak kendalanya.

Pulp dan kertas yang dihasilkan masih berkualitas rendah. Beberapa literatur menyebutkan jika serat tankos pendek dan tebal. Ini membuat karakteristik  kertasnya kurang bagus. Permasalah lainnya adalah kontaminasi kernel/cangkang sawit dan sisa duri yang merusak kertas. Cangkang dan duri bukan selulosa/serat, jadi tidak bisa menjadi kertas. Kontaminasi ini membuat bercak2 hitam pada kertas. Kendala lainnya adalah masih adanya sisa minyak pada pulp. Sisa minyak ini menyebabkan munculnya busa pada saat proses pembuatan kertas.  Selain itu, proses pembuatannya pun masih tidak/belum efisien.

Ketika sedang melakukan penelitian bioplastik ini, saya jadi teringat dengan kawan lama saya Pak Gunawan Surya yang kerja di pabrik kertas. Sudah 10 tahun tidak pernah kontak2 lagi. Untungnya nomornya masih tersimpan. Saya cek nomornya masih aktif. Saya coba kontak, tidak diangkat. Beberapa kali saya coba tetap tidak tersambung. Saya coba lagi di hari lain. Alhamdulillah berhasil tersambung. Pak Gunawan masih ingat dengan saya dan ternyata mengikuti kegiatan penelitian saya. Pembicaraan pun semakin fokus.

Tertanya Pak Gunawan telah melakukan banyak penelitian dengan tankos untuk pulp dan berhasil. Lihat linknya di sini https://gunawansuryapaper.wordpress.com/2013/08/05/efb-tandan-kosong-kelapa-sawit-sebagai-bahan-baku-pulp-kertas/. Hasilnya bagus dan semua problem di atas sebagian besar sudah bisa diatasi. Masih ada sedikit kendala. Menariknya lagi pulp ini sudah diproduksi secara komersial besar-besaran. Saya diperbolehkan oleh Pak Gunawan untuk berkunjung ke pabriknya.

Ini artinya setengah pekerjaan saya untuk membuat bioplastik sudah terselesaikan. Mempermudah lagi fokus penelitian saya. Saya akan lebih fokus untuk memodifimasi selulosa tankos agar bisa menjadi bioplastik. Alhamdulillah.

image
Pulp 100% tankos.

image
Roll kertas 50% tankos

Bioplastik, Plastik yang Lebih Ramah Lingkungan

contoh bioplastic bioplastik

Contoh bioplastik yang terbuat dari bahan renewable

Masalah plastik untuk alam dan lingkungan sudah jadi rahasia umum. Sudah diketahui jika plastik sangat-sangat zulit untuk terdegradasi.Konon kabarnya sampai ratusan tahun pun plastik belum terdegradasi. Wujudnya tetap utuh meski terpemdam ratusan tahun. Plastik memang kuat dan tahan lama. Sifat ini banyak memberi manfaat bagi kehidupan manusia. Namun, di sisi lain, sifat ini lah yang mendatangkan banyak masalah bagi manusia sendiri atau juga lingkungan. Kalau dirinci ada masalah-masalah lain yang ditimbulkan karena sulitnya plastik terdegradasi ini.Plastik konvensional juga dibuat dari bahan-bahan minyak fosil. Artinya dibuat dari bahan baku yang non-renewable alias tidak terbarukan.

Minimal, dua hal inilah yang menjadi pendorong pencarian/penelitian bahan plastik yang ‘lebih ramah lingkungan’. Masalah-masalah tersebut bisa dihilangkan, atau paling tidak dikurangi. Maka lahirlah yang dinamakan ‘BIOPLASTIK‘. Dari namanya sendiri bioplastik berasal dari dua suku kata: Bio dan Plastik. Bio artinya hidup. Jadi kurang lebih kalau diartikan secara kata adalah plastik dari bahan biologi. Dalam salah satu artikel di Wikipedia.com, bioplastik diartikan sebagai plastik yang dibuat dari biomassa yang terbarukan (renewable). Memang, dalam prakteknya bioplastik dibuat dari bahan-bahan biomassa, seperti: minyak nabati/hewani, tepung-tepungan, gelatin dan selulosa atau dari diproduksi oleh mikroba.

Bioplastik bukanlan senyawa tunggal. Bioplastik merupakan komposit dari berbagai macam klas bahan yang memiliki fungsinya masing-masing. Menurut lembaga bioplastik Eropa, meterial plastik dimasukkan ke dalam kelompok bioplastik jika memenuhi persyaratan biobased (berbahan baku dari biomassa), biodegradable (bisa dihancurkan melalui proses biologi/alami) atau memiliki kedua sifat tersebut. Definisi ini berimplikasi sangat luas.

Biobased berarti bahwa material yang digunakan untuk membuat plastik tersebut adalah seluruhnya/sebagian berasal dari biomassa, seperti: gula, tepung-tepungan, minyak nabati/hewani dan selulosa. Biomassa tersebut bisa diolah terlebih dahulu agar bisa menjadi bioplastik.

Biodegradable berarti bahwa materialt plastik tersebut bisa dihancurkan secara kimia oleh mikroba di alam menjadi senyawa-senyawa alamiah seperti: air, karbon dioksida, dan kompos (tanpa penambahan bahan aditif). Proses degradasinya tergantung pada kondisi lingkungan sekitarnya.

Karakteristik biodegradable tidak tergantung pada asal bahan bakunya, tetapi lebih pada struktur kimiawinya. Jadi bisa saja bioplastik yang 100% dibuat dari biomassa bisa non-biodegradable, atau bahkan ada materkal plastik yang 100% dari baha fosil tetapi bisa didegradasi oleh mikroba.

Tipe Bahan Baku Bioplastik

Secara kasar ada tiga tipe bahan untuk membuat bioplastik:

  1. Biobased atau partialybiobased non-biodegradable plastik, misalnya: biobased PP (Polypropylene), PE (Polyethylene), PET (Polyethylene terephthalate).
  2. Bahan plastik yang berasal dari biomassa dan biodegradable, misalnya: PLA (Polylactic acid), PHA (Polyhydroxyalkanoates), PHB (Poly-3-hydroxybutyrate).
  3. Bahan plastik yang berasal dari fossil dan biodegradable, misalnya: PBAT (polybutyrate adipate terephthalate).
bioplastic

Pembagian kelompok bioplastik (European Bioplastic http://www.european-bioplastics.org/)

Beberapa Contoh Material Bioplastik yang Sudah Ada

Biobased, non-biodegradable polyolefines dan PET (“drop-in” solutions)

Material plastik umum seperti: PE, PP dan PVC bisa dibuat dari material biologi, umumnya dari bioetanol. Brazil adalah salah satu negara yang sudah memproduksi Bio-PE dalam jumlah yang sangat besar. Seperti kita tahu, Brazil adalah produsen bioetanol terbesar di dunia. Brazil juga memanfaatkan bioetanolnya sebagai bahan baku bioplastik Bio-PE. Karakteristik Bio-PE identik dengan PE yang dibuat dari bahan baku minyak bumi (fossi). Solusi ini juga dikenal dengan ‘drop-in solution bioplastic‘.

Biobased, non-biodegradable technical/performance polymers
Kelompok material yang terdiri dari senyawa polimer spesifik seperti; biobased polyamida (PA_, polyester (PTT, PBT), poly-urethanes (PUR) dan polyepoxides. Polimer plastik ini dimanfaatkan untuk serat/fiber tekstile (karpet, pebungkus tempat duduk), berbagai macam aplikasi untuk automotif. Bahan-bahan ini memang dibuat kuat dan tidak ‘rapuh’.

Biobased dan Biodegradable
Kelompok ini meliputi campuran dari berbagai macam polymber biologi dengan polimer lain yang bisa terdegradasi. Misalnya saja: pati termodifikasi dengan PLA, PHA dan selulosa termodifikasi. Bahan-bahan ini relatif ‘rapuh’, jadi banyak digunakan untuk material/penggunaan yang masa pakainya singkat. Misalnya saja: plastik kemasan. PLA adalah salah satu bioplastik yang sudah diproduksi dalam skala besar saat ini. PLA juga mulai dikembangkan untuk aplikasi-aplikasi jangka panjang. Beberapa penelitian sudah diarahkan untuk mendaur ulang PLA.

Biodegradabel, plastik berbahan baku dari bahan bakar fosil
Penelitian dan pengembangan dilakukan pada plastik yang terbuat dari bahan baku fossil. Beberapa bahan dibuat dengan memadukan bahan baku fossil dengan biomassa. Beberapa bahan yang dibuat sedemikian rupa, sehingga stuktur kimianya memungkinkan untuk terdegradasi di alam.

bioplastic bioplastik European Bioplastik

bioplastik

Belajar Lagi Tentang Selulosa

Pekerjaanku sekarang dan dalam beberapa tahun ke depan akan lebih fokus pada selulosa dan biomassa lignoselulosa. Banyak hal yang bisa dibuat dari kedua material alam ini. Karena itu, saya mulai belajar lagi khususnya tentang selulosa. Saya coba ingat-ingat lagi dulu ketika kuliah kimia organik dulu. Mulai belajar lagi rantai karbon.

Selulosa adalah salah satu bahan alam yang sangat melimpah di muka bumi ini. Pemanfaatannya sangat beragam dan memiliki struktur yang unik. Monomer selulosa adalah glukosa. Gula C6 yang rasanya manis. Gula yang sama seperti pada gula pasir yang biasa kita gunakan untuk minuman. Gula ini juga ada di buah-buahan yang kita makan. Gula ini juga yang menyusun pati-pati yang ada di beras, tepung, terigu yang kita makan juga.

Ibaratnya batu bata, glukosa itu adalah batu batanya. Batu bata ini lalu disusun-susun menjadi senyawa atau material lain, seperti gula pasir, pati, beras, tepung dan lain-lain. Nah, ternyata urutan penyusunan dan bentuk susunannya inilah yang membedakan karakteristik masing-masing bahan itu. Di sinilah menariknya glukosa dan selulosa.

Saya ingin kembali belajar lagi tentang selulosa. Mulai dari awal lagi.

Coba-coba membuat bioplastik dari tankos sawit

Prototipe awal bioplastik selulosa

Prototipe awal bioplastik selulosa

Alhamdulillah, selangkah demi selangkah tim kami berhasil melangkah lebih maju lagi untuk mengembangkan bioplastik dari tankos sawit. Beberapa waktu sebelumnya kami sudah berhasil memurnikan selulosa dari TKKS (selulosa TKKS). Selanjutnya, setelah mencoba berkali-kali dan gagal berkali-kali, akhirnya bisa juga memodifikasi gugus fungsional selulosa murni tersebut (Modifikasi gugus fungsional selulosa). Hari ini, saya merasa senang sekali, karena tim kami di lab berhasil membuat bioplastik dari selulosa yang sudah kami buat sebelumnya. Kami sadar, jalan masih panjang, tapi sedikit keberhasilan ini membuat kami semakin bersemangat.

Bioplastik yang pertama kami buat ini bentuknya masih jelek banget. Warnanya masih item, karena ada sedikit kesalahan pada prosesnya. Bentuknya pun masih belum halus, maklum dikerjakan ‘handmade’ alias manual. Kekuatannya juga belum bagus. Tapi, secara fisik ini adalah plastik.

Selulosa murni dari TKKS

Selulosa murni dari TKKS

Selulosa murni dari TKKS.

Selulosa murni dari TKKS.


Continue reading