ARTIKEL PENGEMBANGAN TEKNOLOGI BLEACHING PULP

ARTIKEL PENGEMBANGAN TEKNOLOGI BLEACHING PULP

DI SUSUN OLEH :

Nama : Eddy Susilo

                                                  NIM   : 1204015040

FAKULTAS KEHUTANAN

UNIVERSITAS MULAWARMAN

SAMARINDA

2014

Dalam pengembangan teknologi bleaching juga telah ditemukan beberapa

metoda bleaching yang lebih aman terhadap lingkungan, antara lain teknologi

bleaching dengan konsep ECF (elementally chlorine free) dan TCF (totally chlorine

free) serta penerapan bio-bleaching. 

Proses pemutihan bertujuan untuk menghilangkan sisa lignin yang masih

terdapat dalam pulp. Apabila pada proses pemutihan digunakan khlorin, maka dari

unit ini akan dihasilkan limbah cair yang mengandung chlorinated organic

compounds yang diketahui sangat berbahaya terhadap lingkungan. Untuk

mengurangi hal tersebut, maka diperkenalkan konsep ECF (elementally chlorine

free) dan TCF (totally chlorine free). Pada konsep ECF unsur khlor masih boleh

digunakan, tetapi tidak dalam bentuk Cl2 melainkan dalam bentuk senyawa lain

misalnya ClO2, sedangkan pada konsep TCF sama sekali tidak digunakan unsur

khlor. Sebagai pengganti khlorin pada konsep TCF biasanya digunakan oksigen atau

ozon. 

Dalam Proses pulping tidak dapat 100 % melarutkan lignin sehingga pada

pulp yang dihasilkan masih terdapat sisa lignin yang berwarna coklat/gelap dimana

pada masing-masing metode pulping berbeda derajatnya.

Proses pemutihan pulp harus menggunakan bahan kimia yang bersifat reaktif

untuk melarutkan sisa lignin yang ada didalam pulp agar diperoleh derajat putih yang

tinggi, namun harus dijaga agar penggunaan bahan kimia tersebut tidak

menyebabkan kerusakan selulosa yang lebih besar dan pencemaran lingkungan yang

berbahaya.

Bahan kimia yang digunakan dalam proses pemutihan terbagi menjadi dua

macam yaitu :

1. Oksidator.  

Oksidator berfungsi untuk mendegradasi dan menghilangkan lignin dari gugus

kromoform.  Oksidator yang sering digunakan adalah Khlor (C), Oksigen (O),

Hipoklorit (H), Klordioksida (D), Peroksida (P), Ozon (Z) dan Nitrogen dioksida

(N)

Ridwanti Batubara : Teknologi Bleaching Ramah Lingkungan, 2006

                             USU Repository ? 2006

2. Alkali. 

Alkali berfungsi untuk mendegradasi lignin dengan cara hidrolisa dan melarutkan

gugus gula sederhana yang masih bersatu dalam pulp.  Alkali disini

menggunakan NaOH sebagai basa kuat.

 

Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi proses pemutihan, antara lain:

1. Konsentrasi

Reaksi lebih dapat ditingkatkan dengan meningkatkan konsentrasi bahan pemutih

atau dengan konsentrasi pulp yang akan diputihkan 

2. Waktu Reaksi.

Pada umumnya perlakuan bahan kimia pemutih terhadap pulp akan menjadi lebih

reaktif dengan memperpanjang waktu reaksi.  Namun waktu reaksi yang terlalu

lama juga akan merusak rantai selulosa dan hemiselulosa. 

3. Suhu

Peningkatan suhu menyebabkan terjadinya peningkata pada reaksi pemutihan. 

Penentuan suhu bervariasi tergantung pada jenis bahan kimia pemutih yang

digunakan.  Suhu poemutihan biasanya berkisar antara 20 s/d 110˚C

4. pH

pH mempunyai pengaruh yang sangat vital terhadap semua proses pemutihan. 

Nilai pH tergantung pada bahan pemutih yang digunakan. 

Umumnya pulp yang berasal dari daun lebar lebih mudah diputihkan dan

memerlukan bahan kimia pemutih yang lebih banyak dibanding dengan pulp yang

berasal dari kayu daun jarum.  Hal ini disebabkan oleh sisa lignin yang tergantung

dalam pulp daun lebar lebih sedikit, serta adanya heteropolimer pada lignin pulp

kayu daun lebar, dasn kecenderungan yang lebih kecil terhgadap reaksi kondenasasi

saat proses pulping berlangsung.

Proses pemutihan diaplikasikan menggunakan beberapa tahap (multi tahap)

untuk memperoleh pulp yang memiliki derajat put6ih yang angat tin ggi dan stabil. 

Proses pemutihan dengan multitahap merupakan sebuah metode pemurn ian pulp

dengan cara menambahakan bahan kimia pemutih dan pemurni dslsm beberapa tahap

yang dipisahkan dengan perlakuan pencucian dengan air atau alkali diantaranya,

dimana hasil reaksi akan dikeluarkan dalam perlakuan pencucian.  Di dalam proses

pemutihan yang menggunakan beberapa tahap, beragam kotoran di dalam serat

dikeluarkan sedikit demi sedikit dan tampak menyebabkan kerusakan yang serius

pada serat.

Adapun tahap pemilihan jumlah tahapan dalam proses pemutihan

berdasarkan pada:

1. Asal serat yang akan diputihkan (kayu daun jarum atau daun lebar) serta tingkat

derjat putih yang diinginkan,

2. Tipe proses pulping yang digunakan (proses kimia, mekanik, atau kombinasi

keduanya),

3. Penggunaan pulp yang telah digunakan faktor lingkungan 

Proses Pemutihan Menggunakan Oksigen (Tahap O)

Oksidasi merupakan reaksi pokok dalam pemutihasn yang bertujuan untuk

menghilangkan ligni sehingga oksigen dapat digunakan sebagai bahan pengoksidasi

paling mudah dan paling murah untuk proses pemutihan.  Namun karena oksigen b

ukan untuk mengdegradasi lignin yang selektif maka pulp kimia tidak dsapat

diputihkan hanya dengan oksigen untuk memperoleh derajat putih yang tinggi tanpa

merusak polisakarida, yang pada akan akhirnya akan menghasilkan sifat-sifat

kekuatan yang sangat jelek.

Penggunaan oksigen sebagai bahan pemutihan memilki keuntungan yang

antara lain pengurangan pemakain gas klor atau klordioksida sehingga masalah

pencemaran dapat dicegah seminimal mungkin.

Di samping keuntungan di atas pemutihan menggunakan gas oksigen

berlakangsung pada temperatur 90-110 ˚C

selama 60-120 menit dengan konsistensi

rendah hingga sedang (3 -17%).  Pertimbangan pemutihan  oksigen pada konsistensi

sedang di dasarkan pada teknik industrinya yang lebih mudah dan selektivitas

kelarutan lignin yang lebih tinggi .

Proses Pemutihan Menggunakan Peroksida (Tahap P)

            Peroksida tidak hanya digunakan untuk memutihkan pulp mekanik tapi juga

diguanakan dalam serangkaian tahap pemutihan pada industri pulp kimia.  Bahan

kimia ini sering digunakan pada tahap kahir rangkaian proses pemutihan, dan

menghasilkan peningkatan derajat putih dsan stabiloitas pada pulp tanpa mengalami

penurunan rendemen dan lignin yang signifikan.  Keuntungan lain dari penggunaan

peroksida sebagai bahan pemutih adaklah kemudahan dalam penagnsan dan

penerapan, serta menghasilkan produk yang relatif tidak beracun dan tidsk

berbahaya.  Namun kekurangannya adalah harga bahan kimia peroksida dan bahan

aditifnya yang masih tinggi.

Umumnya tahap peroksida menggunakan bahan kimia berupa Natrium

peroksida (Na2O2), Hidrogen peroksida (H2O2), atau kombinasi keduanya.

Hidrogen peroksida mudah untuk didekomposisi  secara katalis oleh ion

logam tertentu dan enzim di mana kesetabilannya cenderung untuk meurun dengan

meningkatnya alkalinitas.  Dengan cara demikian maka oksigen dilepas

menggunakan sedikit atau tanpa perlakuan pemutihan yang dapat membahayakan

pada komponen selulosa di dalam pulp.  Oksigen yang dilepaskan ini dapat

membentuk dan setidaknya menstabilkan kromofor di dalam pulp yang mengandung

ligin daklam jumlah besar.

Proses Pemutihan Menggunakan Gas Ozon (Tahap Z)

Gas Ozon dapat mengoksidasi semua ikatan ramngkap pada semua gugus

alipatik dan aromatik.  Gas Ozon merupakan gas yang tidak stabil dan dapat berubah

secara perlahan-lahan pada temperatur ruangan dan tekanan atmosfir.  Selektifitas

gas ozon lebih tinggi apabila dilarutkan dalam asam asetat jika dibandingkan dengan

air.

Keuntungan pemutihan denga gas ozon di dalam air antara lain: bahan

pemutih yang baik, waktu reaksi yang pendek, temperatur pemutiohan yang rendah

dan tanpa tekanan, serta tidak terjadi pencemaran lingkungan.  Sementara kerugian

pemutihan dengan menggunakan gas ozon adalah kerusakan karbohidrat di dalam

pelarut air relatif lebih besar akan tetapi dapat diatasi dengan pelarut asam asetat,

biaya produksi untuk pembuatan generator ozon relatif mahal, kulit dan sisa-sisa

kayu yang tidak temasak menyebabkan derajat bersih kertas menurun.

Proses Pemutihan Menggunakan Asam Perasetat

Asam perasetat di dalam sistem reaksi bolak-balik dapat membentuk asam

perasetat dan hidrogen peroksida dalam suasana asam.  Pembuatan  asam perasetat

dapat dilakukan secara langsung yaitu dengan cara mereaksikan asam asetat dan

hidrogen peroksida yang diberi tambahan asam sulfat pekat.

Asam asetat di dalam media asam akan membentuk asam perasetat, hidrogen

peroksida, ion hidroksonium.  Terdapat dugaan bahwa asam perasetat juga dapat

membentuk ion asetonium dalam jumlah klecil dimana ion tersebut sangat

berpengaruh di dalam proses oksidasi.

Asam perasetat digunakan bukan hanya untuk memutihkan pulp melainkan

juga digunakan di dalam proses pulping.  Pemutihan pulp dengan asam perasetat

dapoat dilakukan pada semua kjenis pulp yang dimasak menggunakan metode yang

berbeda seperti metode sulfit, sulfat, acetosov, dan lain-lain.

Tujuan pemutihan pulp menggunkan asam perasetat adalash delignifikasi dan

peningkatan nilai derajat poutih kertas pada media asam atau netral sampai

alkali/basa lemah.  Semakin tinggi konsentrasi asam perasetat, maka semakin rendah

sisa lignin di dalam pulp dan derajat putih kertas akan semakin meningkat.  Sisa

lignin, rendemen, dan derajat polimerisasi selulolsa akan semakin menurun seiring

dengan meningkatnya waktu pemutihan, dan sebaliknya derajat putih kertas akan semakin meningkat.

III.  BIOBLEACHING (MEMANFAATKAN JAMUR DAN ENZIM)

A.  BIO-BLEACHING

Proses pulping konvensional baik dengan cara mekanis maupun cara kimia

membutuhkan energi yang sangat tinggi. Di lain pihak, secara alami ada sejumlah

mikroorganisme perusak kayu (dalam hal ini jamur) yang mampu mendegradasi

lignin. Kemampuan jamur dalam mendegradasi lignin secara alami ini selanjutnya

diteliti dan dikembangkan untuk dimanfaatkan sebagai agen dalam proses

delignifikasi dalam teknologi pulping dan bleaching. 

Teknologi ini selanjutnya disebut sebagai teknologi bio-pulping dan

teknologi bio-bleaching. Dari sisi lingkungan, penemuan ini merupakan terobosan

besar dalam teknologi pulping dan bleaching dan diharapkan mampu menjawab

permasalahan lingkungan yang ditimbulkan oleh industri pulp dan kertas karena

pemrosesannya tidak menggunakan bahan kimia. 

Namun, bila dibandingkan dengan proses pulping secara kimia yang

berlangsung pada suhu dan tekanan tinggi serta pH yang ekstrem, proses ini sangat

lambat. Karena prosesnya lambat, maka aplikasi bio-pulping secara penuh belum

bisa diterapkan dalam skala industri.  Saat ini aplikasi bio-pulping baru pada tahap

pretreatment terhadap kayu yang akan dimasak, baik pada proses mekanis maupun

proses kimia. Proses mekanis yang diberi perlakuan biologis disebut biomechanical

pulping, sedangkan proses kimia yang diberi perlakuan biologis disebut biochemical

pulping. 

Beberapa penelitian melaporkan, dengan adanya fungal pretreatment

konsumsi energi pada saat proses pulping menjadi berkurang. Perlakuan ini juga

terbukti dapat menurunkan bilangan kappa serta dapat meningkatkan sifat

bleachability pulp yang dihasilkan.

Bio-bleaching adalah proses pemutihan pulp dengan memanfaatkan enzim

dari mikroba. Mikroba yang digunakan untuk penelitian adalah kelompok white-rot

fungi yang diketahui mempunyai kemampuan tinggi dalam mendegradasi lignin.

Secara teoretis, teknologi ini sangat aman terhadap lingkungan karena tidak

menggunakan bahan kimia. 

Ridwanti Batubara : Teknologi Bleaching Ramah Lingkungan, 2006

                             USU Repository ? 2006

Namun, dalam praktiknya proses bio-bleaching belum bisa diterapkan

sepenuhnya karena teknologi ini baru digunakan sebagai fungal pretreatment

terhadap pulp dalam proses pemutihan. Dalam fungal treatment ini digunakan dua

jenis enzim, yaitu enzim hemiselulase (xylanase dan mannase) yang dapat

meningkatkan bleachability pulp secara tidak langsung dan enzim lignase yang dapat

mendegradasi lignin secara langsung pada pulp yang diputihkan. 

Beberapa penelitian melaporkan, dengan adanya fungal treatment ternyata

brightness (derajat putih) pulp bisa meningkat serta dapat menurunkan konsumsi

bahan kimia secara signifikan dalam proses pemutihan pulp. 

B. PEMANFATAN ENZIM

Proses pembuatan pulp (bubur kayu) yang berkembang saat ini relatif tidak

efisien dan memiliki biaya lingkungan cukup tinggi (environmental cost), sehingga

diperlukan proses baru yang lebih efisien dan ramah lingkungan. Bioteknologi,

nantinya akan mengambil peran besar dalam proses pembuatan pulp dan kertas. Saat

ini, sudah terlihat bahwa komersialisasi enzim telah meningkatkan proses bleaching

dan pulping, dan perubahan ?pitch? enzimatik telah terlihat nyata. Dalam jangka

panjang, kita akan dapat melihat introduksi proses berbasis enzim yang jika

dikombinasikan dengan proses pulping secara mekanis dan ekstraktif, akan

menghasilkan jumlah pulp lebih besar dengan kualitas yang jauh lebih baik,

dibandingkan dengan yang dihasilkan oleh proses pembuatan kraft sekarang ini.

Proses kraft, mengubah kayu gelondongan menjadi pulp dengan hasil total

mencapai 45-55 persen. Melalui proses pulp secara mekanis dan kemo-mekanis, pulp

yang dihasilkan dapat mencapai 97 persen, hanya saja kualitasnya rendah. Dalam

perombakan kayu menjadi pulp, hal yang paling penting adalah menghilangkan

lignin. Pemecahan lignin dapat diselesaikan melalui suatu rangkaian proses yang

meliputi: pra perlakuan kemo-mekanis (chemo-mechanical pretreatmen), hidrolisis

enzimatis dan proses ekstraktif. Akhirnya, dapat dihasilkan pulp dalam jumlah besar

dan di recover lebih banyak dengan kualitas produk yang tinggi.

 1. Proses Bleaching

Pada tahun 1986, pertama kali muncul laporan bahwa enzim endoxylanase

mampu mengurangi bahan-bahan kimia yang diperlukan pada proses bleaching pulp

kraft. Banyak peneliti telah merekomendasikan penelitian dan pengembangan

teknologi ini ke arah komersialisasi.  Sedikitnya ada dua penjelasan mengenai

bagaimana xylanase mampu meningkatkan proses bleaching pulp. Model pertama

yang diajukan adalah bahwa mereka meningkatkan akses dari bahan kimia bleaching

ke serat-serat pulp dengan menghilangkan xylan yang terendapkan. Serat yang

terbuka (uncoated fibers) ternyata lebih rentan terhadap bahan kimia bleaching dan

ekstraksi lignin.  

Secara esensial, model ini mengusulkan bahwa xylan secara fisik menjebak

lignin dan kromofor dalam matriks pulp.  Model kedua yang diajukan adalah bahwa

hemiselulase membebaskan kromofor dan lignin dari matriks pulp selulosik melalui

pemecahan ikatan kovalen antara hemiselulosa dan lignin.  Agaknya berdasarkan

usulan penjebakan fisik, diketahui bahwa lignin dan kromofor yang tersisa terikat

secara kimiawi di dalam pulp.  Bukti terakhir mendukung peran xylanase dalam

pemecahan ikatan lignin dengan karbohidrat.

             perombakan hemiselulosa, terjadi peningkatan kromofor yang cukup

tinggi. Selama proses pulping kraft, asam metilglukuronat dan komponen

hemiselulosa lainnya terpecah menjadi satuan-satuan asam kromofor yang tetap

terikat pada rantai utama xylan. Terdapat banyak jenis hasil perombakan dan

kondensasi yang belum terdokumentasi dengan baik. Produk hasil perombakan lignin

dan hemiselulosa dapat bereaksi silang (cross-react) dengan xylan dan terikat ke

dalam matriks hemiselulosa. 

Hidrolisis hemiselulosa dapat melepaskan ikatan antara kromofor dan lignin,

namun penghilangan xylan, tidaklah disarankan karena akan mengurangi hasil pulp,

dan jika dilakukan secara ekstrim maka penghilangan xylan akan mengurangi

kekuatan pulp (pulp strength).  Sehingga tujuan utama penggunaan enzim dalam

proses bleaching adalah tidak menghilangkan xylan secara keseluruhan, hanya

melepaskan kromofor dan lignin. Alasan penggunaan enzim-enzim dalam proses

pulping dan bleaching adalah untuk meningkatkan spesifikasi dan keuntungan baik

secara ekonomis maupun lingkungan. 

Mekanisme enzim xylanase adalah melakukan pemindahan ganda (double

displacement mechanism) yang akan mengikat intermediet reaktif. Hal ini

memudahkan enzim xylanase untuk melakukan reaksi transglycosylasi.  Dalam

proses bleaching pulp, penggunaan enzim xylanase mampu mengurangi kebutuhan

bahan kimia untuk bleaching. Secara komersial saat ini sudah tersedia jenis enzim

aktif yang termostabilalkalin dan mampu meningkatkan kemampuan akses pulp serta

pelepasan kromofor. Tujuan lain adalah menghilangkan warna, dan bukan xylan.

Dan jika kita mengawasi pelepasan kromofor, kita dapat memperoleh peningkatan

implementasi teknologi ini pada industri pulp.

2.  Ramah Lingkungan

Di masa mendatang, Indonesia merupakan salah satu produsen pulp dan

kertas yang potensial karena keunggulan komparatif yang dimiliki. Salah satu

kendala yang dihadapi industri ini adalah proses pembuatan, terutama pada tahap

pemutihan, yang masih menggunakan senyawa khlorin yang terbukti sangat

berbahaya bagi lingkungan. 

Dengan semakin kuatnya tekanan untuk menggunakan teknologi ramah lingkungan,

maka perlu dicari pilihan pengganti terhadap teknologi yang digunakan saat ini.

Proses pemutihan pulp secara biologi (biobleaching) menggunakan enzim xylanase,

merupakan pendekatan baru yang menawarkan proses ramah lingkungan dan

kompatibel dengan proses pabrik yang ada di Indonesia.

Penggunaan enzim xylanase dalam proses bleaching kraft pulp dapat

mengurangi pemakaian bahan kimia dan meningkatkan kualitas maupun kuantitas

pulp. Banyak peneliti telah merekomendasikan penelitian dan pengembangan

teknologi ini ke arah komersialisasi.  Perlakuan enzim xylanase terbukti efektif baik

untuk hardwood dan softwood, tapi pengaruhnya terhadap hardwood lebih baik

dibandingkan terhadap softwood. 

Penanganan dengan menggunakan enzim xylanase memungkinkan terjadinya

proses yang selektif dibandingkan dengan penggunaan bahan kimia. Hal ini

menyebabkan kualitas yang dihasilkan juga lebih baik dibandingkan pulp hasil

proses kimiawi. Dalam kaitan dengan proses pulping secara keseluruhan perlu

diperhatikan bahwa proses biobleaching tidak bisa berdiri sendiri, melainkan

merupakan proses integral yang terdiri atas chemo-mechanical pretreatment,

hidrolisis enzimatis dan proses ekstraksi.

Dengan makin majunya penguasaan teknologi biobleaching maka kita

harapkan proses bisa berjalan dengan efektivitas dan efisiensi tinggi, menghasilkan

produk yang lebih banyak dengan kualitas tinggi. Satu hal yang tidak kalah penting

adalah bahwa teknologi ini tergolong ramah lingkungan. Artinya, mampu

meminimalkan risiko pencemaran lingkungan yang sangat berat akibat pembuangan

bahan-bahan kimia yang berbahaya dan beracun yang digunakan selama proses

produksi. (Ridwanti Batubara : Teknologi Bleaching Ramah Lingkungan, 2006)