Tag Archives: selulosa

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

Modifikasi Gugus Fungsional Selulosa

selulosa murni TKKS sawit

Modifikasi gugus fungsional selulosa murni dari TKKS

Melanjutkan lagi hasil-hasil percobaan yang lalu (selulosa murni dari TKKS). Selulosa murni masih sangat rigid, sulit untuk diajak ‘bergandengan’ dengan bahan-bahan lain. Selulosa murni lebih suka ‘bergandengan’ dengan selulosa sendiri. Karena itu, perlu dilakukan sedikit modifikasi pada gugus fungsional selulosa.

Alhamdulillah, setelah gagal berkali-kali, sejak beberapa bulan yang lalu, hari ini mulai ada titik terang. Setelah seharian kemarin saya dan teknisi kerja di lab, hasilnya sudah mulai terlihat. Sampel selulosa yang sudah diberi perlakuan kami analisa dengan FTIR, metode analisis gugus fungsional. Alhamdulillah, peak gugus fungsional yang kami inginkan sudah muncul. Sedangkan di kontrolnya tidak ada.

Selangkah lebih maju. Alhamdulillah.
Semoga bisa terus berhasil ketika selulosa ini ‘digandengkan’ dengan bahan-bahan lainnya.

Selulosa Murni dari Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)

Selulosa murni dari TKKS

Selulosa murni dari TKKS

Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) adalah potensi biomasa lignoselulosa yang sangat melimpah dari limbah pabrik kelapa sawit (PKS). Volumenya sangat-sangat besar dan belum termanfaatkan. Biomassa lignoselulsoa ini merupakan potensi yang luar biasa. TKKS tidak hanya berpotensi untuk dijadikan kompos atau pupuk organiks saja. Ada banyak yang bisa dihasilkan dari TKKS ini.

tkks tankos sawit

Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) yang masih utuh.

Tiga komponen utama TKKS adalah selulosa, hemiselulosa dan lignin. Setiap komponen punya potensinya sendiri-sendiri. Misalnya saja selulosa. Selulosa adalah polimer dari glukosa. Rantainya lurus. Selulosa dan glukosa adalah bahan yang bisa dijadikan bahan baku untuk berbagai macam produk. Yang paling umum pemanfaatan dari selulosa adalah pulp atau bubur kertas. Pulp masih mengandung sedikit lignin dan sedikit hemiselulosa. Pulp bisa dimurnikan lebih lanjut menjadi selulosa murni.

biopulp tkks

Biopulp TKKS

Selulosa murni masih berukuran mikron. Ukuran selulosa masih bisa diperkecil lagi menjadi berukuran nano yang dikenal dengan sebutan Nano Kristal selulosa (NCC, Nano Crystalline Cellulose) dan Serat Nano Selulosa (NFC, Nano Fiber Cellulose). Nano selulosa banyak dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, antara lain untuk bahan baku bioplastik atau untuk filler produk-produk tertentu.

image

Selulosa dari Tkks

Selulosa bisa dipecah-pecah lagi menjadi glukosa penyusunnya. Sebagaimana halnya gula yang lain, glukosa dari selulosa juga berasa manis dan semut juga menyukainya. Kalau sudah jadi gula banyak yang bisa dibuat, antara lain: ethanol, asam sitrat, asam laktat, atau asam-asam organik lainnya. Etanol bisa jadi bahan bakar atau pelarut. Asam laktat juga bisa jadi bahan baku bioplastik.

tankos sawit tkks

Semut sedang mengerumini sirup glukosa yang dibuat dari TKKS.

Mengisolasi dan memurnikan selulosa dari TKKS adalah langkah awal yang baik untuk memanfaatkan TKKS menjadi produk-produk baru yang memiliki manfaat dan memiliki nilai ekonomi.

Selulosa dari Tandan Kosong Kelapa Sawit

Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) volumenya luar biasa besarnya di Indonesia. TKKS bisa dimanfaatkan untuk bermacam-macam produk, tidak hanya sekedar kompos saja. Salah satu langkah awal pemanfaatan TKKS adalah mengekstrak selulosa.

Beberapa tahun yang lalu, saya sudah bisa membuat pulp dari TKKS. Prosesnya dengan sedikit memodifikasi teknik yang banyak dipakai di industri pulp. Saya juga mencoba membuat pulp dengan memanfaatkan jamur.

image

Pulp dari tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)

Continue reading

Analisa Kandungan Lignosellulosa dengan Metode Chesson – updated

Analisis Kandungan Lignoselulosa Dengan Metode Chesson

Alternatif link: Analisis Kandungan Lignin dengan Metode Chesson-Datta

Metode analisis lengkap kandungan biomassa lignoselulosa dengan metode Chesson-Datta

Analisa Kandungan Lingin, Selulosa, dan Hemiselulosa dalam biomassa lignocellulosa

Banyak yang bertanya kepada saya bagaimana menganalisa kandungan lignin, selulosa (cellulosa), dan hemiselulosa (hemicellulosa) di dalam biomassa lignoselulosa. Ada banyak metode yang bisa digunakan, seperti metode dari TAPPI dan metode dari NERL. Namun, karena keterbatasan peralatan laboratorium di Indonesia, jadi tidak jarang metode ini sulit dilakukan atau kalau bisa dilakukan biayanya lumayan mahal.

Ada metode lama yang bisa digunakan dengan peralatan laboratorium yang relatif mudah di dapat dan lebih murah. Memang metode ini ada kelemahannya, namun setidaknya bisa digunakan untuk memprediksi kandungan lignin, selulosa, dan hemiselulosa. Metode ini dijelaskan oleh Datta (1981) yang dimodifikasi dari metode yang dijelaskan oleh Chesson (1978). Prinsip dasar dari metode ini adalah gravimetri, jadi berdasarkan berat biomassa yang hilang. Biomassa dihidolisis secara bertahap dengan menggunakan asam sulfat. Tahapa utama metode ini bisa dilihat di dalam gambar di bawah ini.
Continue reading

Keunikan Jamur Pelapuk Putih: Selektif mendegradasi lignin

grafik jamur pelapuk putih
Grafik perubahan komponen lignoselulosa (selulosa, hemiselulosa, HWS, dan lignin setelah diinkubasi dengan jamur pelapuk putih). Perhatikan lignin terdegradasi dengan cepat, sedangkan selulosa relatif konstants


Jamur pelapuk putih memiliki keistimewaan yang unik, yaitu kemampuannya untuk mendegradasi lignin. Jamur pelapuk putih sanggup menguraikan lignin secara sempurna menjadi air (H2O) dan karbondioksida (CO2). Lebih menajubkan lagi, dia lebih suka ‘makan’ lignin daripada selulosa.

Secara garis besar selulosa terdiri dari 3 komponen utama, yaitu lignin, selulosa, dan hemiselulosa. Selulosa berbentuk serat panjang. Rantai selulosa menyatu dengan ikatan hidrogen membentuk serat selulosa. Serat-serat ini diikat menjadi satu oleh hemiselulosa membentuk benang halus. Beberapa serat diikat dan diselubungi oleh lignin.

Hemiselulosa adalah komponen yang paling mudah didegradasi. Selanjutnya, selulosa ‘agak’ mudah terdegradasi. Kebanyakan mikroba suka ‘makan’ selulosa & hemiselulosa ini. Sedangkan lignin adalah komponen yang paling sulit didegradasi, sangat cocok untuk tugasnya sebagai pelindung.  Pelindung lignin ini yang membatasi pemanfaatan biomassa lignoselulosa sebagai bahan baku produk2 lain.

Kekuatan lignin ini bisa dicontohkan sebagai berikut. Dalam proses pembuatan kertas, lignin ini harus dihilangkan. Untuk mengurangi & melarutkan lignin ini dipergunakan asam kuat. Misalnya saja H2SO4, bahan air aki. Air aki saja kalau kena baju langsung bolong. Konsentrasi asam yg digunakan sampai 20% dan dilakukan pada suhu >180oC, takanan 2 bar, selama sekitar 2 jam. Luar biasa energi yang diperlukan untuk melarutkan lignin ini. Pantesan saja banyak mikroba yang tidak suka.

Namun, ternyata lignin ini ada musuhnya, yaitu jamur pelapuk putih. Jamur pelapuk putih hobinya makan lignin, makan yang keras-keras. Heran juga saya. Si jamur ini memngeluarkan enzim yang sangat kuat yang disebut enzim ligninolitik. Paling tidak ada empat enzim, yaitu: LiP, MnP, Lac, dan VP.

Sudah lama aku baca diliteratur klo jamur ini lebih memilih makan lignin daripada holoselulosa. Ada  juga yang mengatakan kalau jamur ini makan lignin dan sedikit makan holoselulosa. Aku lebih percaya pendapat kedua daripada pendapat pertama. Awalnya seperti itu.

Beberapa hari ini aku sedang mengkoreksi data penelitian temen. Data percobaan degradasi lignoselulosa dengan jamur. Awalnya data itu ditampilkan agak membingungkan. Kemudian aku minta data mentahnya. Aku coba olah sendiri. Hitung sana, hitung sini. Bandingkan antar data. Buat grafiknya. Dan coba analisis statistiknya.

Datanya benar-benar mengejutkan aku. Biomassa lignoselulosa mengalami degradasi. Lignin dan hemiselulosa terdegradasi sangat cepat. Tetapi, selulosanya tidak terdegradasi sama sekali. Massa selulosa relatif tetap sama dari awal  sampai akhir percobaan. Aku minta temen dicek ulang data ini untuk lebih meyakinkan lagi. Datanya masih sama. Data ini memperkuat pendapat bahwa jamur pelapuk putih lebih suka makan lignin daripada selulosa.

Hanya saja ada fonomena penurunan kecepatan degradasi lignin dan hemiselulosa. Aku belum tahu kenapa seperti ini.
Data ini masih awal dan saya belum tahu penjelasannya. Perlu analisa pendukung untuk mencari jawabannya.

Namun demikian, hasil ini membuka peluang pemanfaatan jamur yang lebih luas. Dengan bantuan jamur ini selulosa bisa dipanen tanpa perlu melakukan proses yang membutuhkan energi dan biaya tinggi. Setelah selulosa bisa dipanen, mau diolah jadi apa saja bisa.

Jamur mudah ditumbuhkan, mudah diperbanyak, syarat tumbuhnya juga mudah. Ini sangat potensial dilakukan dalam skala sangat besar.

Saat ini penelitian mesti lebih fokus lagi. Pertama, melakukan optimasi dan memepercepat prosesnya. Kalau itu berhasil, target berikutnya adalah melakukannya dalam skala yang besar. Insya Allah.


Artikel saya tentang pemanfaatan jamur pelapuk putih:
BIOLOGICAL PRETREATMENT OF LIGNOCELLULOSES WITH WHITE-ROT FUNGI AND ITS APPLICATIONS: A REVIEW


Posted from WordPress for Android