Produksi Biophenol, Bioformaldehyde dan Wood Adhesive dari Produk Cair Pyrolysis

Produk samping dari (slow) pyrolysis biomasa yakni berupa produk cair dan produk gas. Produk cair terdiri dari biooil dan biomass vinegar (pyroligneous acid). Biooil bisa langsung dimanfaatkan sebagai bahan bakar dengan burner tertentu, ataupun bisa juga diupgrade untuk bahan bakar kendaraan. Sedangkan apabila digunakan untuk produk non-energi, bisa digunakan untuk produksi green chemical atau renewable chemical seperti Bioformaldehyde dan perekat kayu (wood adhesive). Sedangkan fase  produk cair pyrolysis yang lebih encer yakni biomass vinegar (pyroligneous acid) bisa digunakan untuk bahan baku (feedstock) produksi biophenol. Sebelumnya biomass vinegar telah diketahui untuk berbagai penggunaan seperti campuran pengental getah karet, anti-rayap dan pupuk. Sedangkan skema proses produksi biophenol dari biomass vinegar seperti berikut. 

Konsumsi global untuk phenol saat ini mencapai 20 juta ton atau senilai 20 milyar dollar Amerika (280 trilyun rupiah). Renewable phenol atau biophenol tersebut bisa mensubtitusi phenol yang selama ini diproduksi berbasis minyak bumi (petroleum). Excess heat dan excess syngas dari proses pyrolysis bisa digunakan untuk proses produksi biophenol tersebut. Suatu unit produksi yang terintegrasi dan efisien akan menghasilkan produk-produk berdaya saing tinggi, seperti proses pirolisis yang produk utamanya berupa arang, dan dari produk sampingnya dibuat produk-produk turunan yang sangat dibutuhkan saat ini. 

Migrasi Dari Fossil Based Economy ke Bioeconomy Bagian 2

Bioeconomy berkelanjutan dimulai dari pasokan biomasa yang berkelanjutan dan harga murah/terjangkau. Tentu saja ini bukan hal sulit sebenarnya di Indonesia, karena tanah luas tersedia, subur dan beriklim tropis. Mindset untuk produksi biomasa berkelanjutan inilah yang digunakan. Ketika negara lain masih perlu mengembangkan teknologi untuk menangkap sinar matahari untuk mengoptimalkan produksi biomasa mereka, maka hal itu tidak perlu dilakukan disini. Alhamdulillah matahari bersinar sepanjang tahun. Bidang energi, bahan kimia, pangan, pakan dan material terutama menjadi fokus bioeconomy. Sebenarnya bioeconomy ini juga sebagian besar akan menggantikan fossil economy, yang saat ini seiring waktu mulai dikurangi dan ditinggalkan, karena dinilai tidak berkelanjutan (unsustainable). Migrasi dari fossil ekonomi ke bioeconomy inilah peluang emas bagi kita, yang tidak boleh kita lewatkan.

Indonesia memang sangat kaya berbagai potensi untuk bisa berjaya di era bioeconomy tersebut. Tetapi jika semua potensi tidak dikelola dengan benar, bukan kejayaan yang didapat tetapi malah kesengsaraan yang didapat. Mengapa bisa begitu? Ya karena semua potensi kekayaan alam malah mengundang negara-negara asing yang kuat untuk menguasainya. Bukankah sejarah telah menunjukkan karena kekayaan alam terutama rempah-rempahnya telah mengundang penjajah ke negeri ini lalu menjajah dan bercokol ratusan tahun? Itu penjajahan secara fisik dan militer yang dialami negeri ini. Setelah era itu berakhir, maka penjajahan ekonomi dengan sistem kapitalis merajalela, maka kembali negeri yang kaya raya ini hanya dikuasai beberapa gelintir orang saja. Tentu kita tidak mau kedua hal tersebut berulang, sehingga tetap saja mayoritas rakyat negeri ini masih dalam kondisi memprihatinkan. 

Photo diambil dari sini

Tanah-tanah yang luas yang banyak terdapat di Indonesia harus kita optimalkan jika memang mau berperan penting dalam era bioeconomy tersebut. Kita ambil contoh Belanda, negeri yang pernah menjajah negeri kita.  Belanda bisa kita ambil sebagai referensi dari sisi ini karena produksi biomasa perhektarnya tertinggi di Eropa, negara yang kuantitas produksi biomasanya juga tinggi, bioeconomy sudah cukup maju dan juga turut terlibat dalam program bioeconomy 2020 di Eropa (Renewable Energy Objective) dengan target 14% dan naik menjadi 16% pada 2023. Dengan bioeconomy Eropa menargetkan bisa menggerakan ekonomi sebesar 2 trilyun Euro (sekitar 34.000 trilyun rupiah) dan menciptakan 20 juta lapangan kerja. Belanda bahkan mampu mengeksport sejumlah produk pangannya ke berbagai negara dari hasil olahan pertanian mereka. Belanda hanya memiliki 2 juta hektar tanah pertanian, yang terbagi 0,5 juta hektar untuk tanaman pangan (gandum), produksi susu dan ternak 1,2 juta hektar dan sisanya kebun hortikultura. Kelebihan di Belanda adalah sistem irigasi yang baik sehingga bisa mengairi berbagai pertanian dan peternakan tersebut. Biomasa untuk produksi sektor energi berasal dari kehutanan, limbah pertanian, limbah rumah tangga dan industri. Biomasa untuk energi juga telah digunakan pada skala besar disana. Agroforestry dan peternakan sudah diterapkan untuk optimalisasi produksi biomasa tersebut. Bioeconomy di Belanda diestimasi memberikan nilai tambah ekonomi sebesar 2.6-3 milyar Euro (sekitar 50 trilyun rupiah). Walaupun sudah sedemikian intensif, tetapi Belanda masih mengimport sejumlah biomasa untuk memenuhi kebutuhannya. Bagaimana jika produksi biomasa Indonesia dioptimalkan? InsyaAllah Indonesia akan menjadi pemimpin dalam bidang tersebut. 

Mengapa bioeconomy di Belanda bisa sedemikian maju? Salah satu faktor pentingnya adalah karena suku bunga di Belanda sangat rendah atau hampir 0%, yakni hanya 0,05% sehingga orang-orang bergairah untuk berbisnis. (Bandingkan dengan di Indonesia dengan suku bunga sekitar 6%).Dengan gairah tinggi untuk berbisnis tersebut membuat mereka mampu menguasai sejumlah teknologi terkait bidang tersebut, misalnya bio-based polymer, bio-based building block, resin, bio-based chemical,  dan bioethanol. Padahal mayoritas penduduk Indonesia muslim dan riba adalah haram, yang derajatnya diatas bangkai, babi, anjing, bangkai dan darah, tetapi bukannya dihilangkan malah prosentasenya tinggi, bisa disimak kajiannya disini. Tingginya suku bunga telah membuat manusianya malas mengembangkan bisnis atau gairah berbisnis menjadi rendah, misalnya usaha peternakan atau industri yang memberikan keuntungan 20-30% pertahun, dengan kongsi maka keuntungan dibagi dua menjadi 10-15%, tetapi karena usaha sektor riil tersebut ada kemungkinan rugi, maka umumnya orang ogah melakukannya dan memilih menyimpan uangnya di bank yang dijamin pemerintah dan tidak perlu kuatir kehilangan uangnya. Sementara di Belanda, keuntungan 5% bahkan 10% menjadi sangat menarik dibandingkan uangnya disimpan di bank. Indonesia semakin kalah pertumbuhan ekonominya, akibat tingginya suku bunga yang diterapkan. Betapa keras ancaman Allah SWT terhadap pelaku riba dan ekonomi berbasis riba telah terbukti menghancurkan perekonomian kita, tetapi herannya belum ada satupun calon bupati/walikota, gubernur hingga presiden yang berjanji untuk menghancurkan riba tersebut. 

Produksi wood pellet dari kebun energi, peternakan domba dengan penggembalaan, dan peternakan lebah madu yang diintegrasikan adalah model bioeconomy kita. Wood pellet adalah bentuk energi yang fleksibel, sebagai bahan bakar rumah tangga (memasak), industri dan pembangkit listrik yang ramah lingkungan, sedangkan domba adalah harta terbaik muslim yang bisa dibaca disini, sini, sini dan sini. Domba adalah sumber daging terbaik, karena semua Nabi dan Rasul juga penggembala domba. Hal tersebut juga menunjukkan Allah SWT memberikan makanan terbaik bagi Nabi dan Rasul-Nya berupa daging domba tersebut. Daging domba tersebut merupakan sumber protein terbaik pangan kita. Bukan seperti protein yang diekstrak dari limbah organik tertetu seperti yang dilakukan di Belanda atau sumber protein dari jangkrik seperti yang dilakukan professor di Jepang. Hal ini menegaskan kita juga harus selektif terhadap suatu teknologi dari sejumlah opsi teknologi yang ada, apalagi terkait soal pangan kita.

Selanjutnya peternakan lebah madu juga akan semakin mengoptimalkan kebun energi tersebut. Lebah juga berperan besar untuk berbagai penyerbukan buah-buahan. Nah bagaimana supaya integrasi tersebut bisa maksimal? Lokasi kita beriklim tropis adalah keunggulan tersendiri yang patut kita syukuri, tetapi seperti halnya di Belanda pengairan menjadi faktor penting untuk mengoptimalkan pertanian dan peternakan tersebut. Para pengusaha dan investor muslim yang hendak berbisnis bebas riba, sehingga berkah maka bisa bersyirkah untuk mengupayakan bisnis ini. Dan bukan berbasis riba yang membawa petaka, lebih rinci bisa dibaca disini.  Kalau sekarang orientasi hasil investasi adalah yang memberikan imbal hasil materi yang tinggi, suatu waktu akan berubah menjadi bagaimana investasi itu akan mencerdaskan dan menjadi jalan untuk pengamalan ilmu yang bermanfaat – karena orang tahu bahwa ilmu yang bermanfaat inilah yang akan dibawa mati, bukan hasil investasi yang tinggi. 

Pemanfaatan Kulit Kayu (Bark) Untuk Energi, Pertanian dan Bahan Kimia

Photo diambil dari sini

Pada sejumlah industri pengolahan kayu seperti kayu lapis, barecore dan sebagainya limbah kulit kayu masih banyak yang belum dimanfaatkan. Kulit kayu tersebut bisa dimanfaatkan secara langsung sebagai sumber bahan bakar misalnya untuk pengeringan kayu itu sendiri dan inilah umumnya yang dilakukan saat ini, tetapi seringkali akibat jumlahnya yang berlebih ternyata tidak semuanya bisa termanfaatkan. Kulit kayu (bark) juga bisa digunakan untuk energi dalam bentuk lain, yakni dengan dibuat pellet seperti halnya wood pellet, tetapi karena nilai kalorinya tidak cukup tinggi akibat kandungan abu yang besar, maka cenderung dihindari. Pada proses produksi wood pellet untuk premium grade, kulit (bark) ini juga dipisahkan pada proses pengelupasan kulit (debarking) karena untuk mendapatkan kadar abu yang kecil yakni kurang dari 1%. Tentu ada banyak pilihan proses untuk memanfaatkan atau mengolah limbah kulit kayu tersebut, yang pada akhirnya dipilih adalah yang memberikan manfaat terbesar.

Hampir semua industri pengolahan membutuhkan energi baik berupa panas, listrik atau mekanik, sehingga kebutuhan energi sangat besar demikian juga usaha pertanian membutuhkan pupuk berkualitas tinggi untuk produktivitas hasil pertanian. Melihat potensi kebutuhan pasar yang besar tersebut maka pemanfaatan limbah kulit kayu sebaiknya diarahkan untuk kedua hal tersebut. Dengan (slow) pirolisis maka akan dihasilkan sejumlah produk yang bermanfaat dan bernilai ekonomi tinggi. Produk utamanya adalah arang, kemudian sejumlah produk samping yakni biooil, syngas dan pyrolysis acid (biomass vinegar) atau asap cair.  Arang selain bisa digunakan energi, tetapi karena kandungan abu-nya cukup tinggi penggunaan untuk pertanian lebih efektif. Arang pertanian (biochar)   memiliki banyak keunggulan pada pertanian, walaupun secara nutrisi arang (biochar) rendah tetapi kandungan karbon yang tinggi membuat material tersebut berpori-pori yang mampu menahan pupuk (slow release) dari pencucian, menjaga kelembaban tanah, menaikkan pH tanah dan rumah mikrorganisme penyubur tanah. Pada akhirnya penggunaan arang (biochar) untuk pertanian tersebut akan meningkatkan produktivitas dan kualitas hasil pertanian.

Sedangkan produk samping berupa biooil dan syngas, keduanya bisa langsung dibakar untuk menghasilkan energi. Pada tahap lebih lanjut biooil juga bisa dimurnikan menjadi grade bahan bakar yang lebih bagus seperti bensin atau solar (minyak diesel). Demikian juga syngas dengan diproses lanjut menggunakan katalis tertentu akan menjadi produk bahan kimia yakni metanol atau etanol. Bagaimana dengan pyrolysis acid (biomass vinegar)? Pyrolysi acid (biomass vinegar) atau asap cair pada porsi tertentu bisa digunakan untuk pengawet kayu, anti rayap dan pengental getah karet. Bau yang tidak enak pada karet akan sangat tereduksi drastis apabila menggunakan biomass vinegar sebagai bahan pengentalnya. Produk-produk tersebut juga lebih alami dan ramah lingkungan karena menggunakan bahan baku yang terbarukan, bukan dari sumber kelompok fossil. Pada prakteknya biasanya sejumlah bahan dari bahan baku fossil masih dibutuhkan dalam prosentase tertentu, tetapi secara bertahap tentu hal ini bisa dikurangi seiring kecenderungan penggunaan dari sumber terbarukan.

Sebuah pabrik pengolahan kayu yang efisien dan zero waste tentu menjadi idaman bagi pemilik pabrik. Zero waste juga sangat bagus dari perspektif lingkungan. Pemilik pabrik bisa mengintegrasikan pengolahan pemanfaatan limbah kulit kayu tersebut dalam sistem produksi yang sudah ada ataupun menjualnya ke pihak lain karena sudah cukup sibuk dan kewalahan dengan operasi harian yang dilakukan. Banyaknya limbah kulit kayu dari pabrik-pabrik pengolahan kayu yang belum termanfaatkan bahkan cenderung mencemari lingkungan dan prospek menarik dari produk-produk yang dihasilkan pengolahan limbah kulit kayu, bisa mendorong berbagai pihak untuk menjadikannya suatu usaha atau bisnis.  

Potensi Biomasa Untuk Produksi Bahan Kimia

Biomasa adalah sumber terbarukan berbasis karbon sehingga semua produk yang bisa diproduksi dengan bahan baku minyak dan gas bumi di industri petrokimia, juga bisa diproduksi dari biomasa di industri yang bisa dikatakan biorefinery dan sejenisnya. Senyawa kimia hidrokarbon yang paling digunakan dan diproduksi saat ini adalah etilene (ethylene). Pabrik petrokimia dengan produksi ratusan ribu hingga  jutaan ton per tahun banyak berdiri di seantero dunia. Dari senyawa etilene tersebut bisa dibuat banyak sekali produk terutama berbagai jenis plastik antara lain polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS) dan berbagai kimia organik lainnya. Produk-produk tersebut banyak sekali penggunaannya dalam kehidupan manusia seperti kemasan, transportasi, kelistrikan, elektronik, tekstil, konstruksi dan pengguna bahan kimia, pelapisan (coating) dan bahan perekat (adhesive).

Penggunaan terbesar ethylene terhitung sekitar 60% dari penggunaan global adalah untuk polyethylene, dengan jenis Low density polyethylene (LDPE), Linear low density polyethylene (LLDPE) dan High density polyethylene (HDPE). Konsumen pengguna terbesar kedua dari etilen adalah untuk ethylene oxide (EO) yang utamanya untuk membuat ethylene glycol.  Ethylene dichloride (EDC) dibuat dari klorinasi ethylene dan kemudian dipecah rantainya menjadi vinyl chloride monomer (VCM). Hampir semua VCM kemudian digunakan untuk membuat polyvinyl chloride (PVC) dengan aplikasi utama untuk industri konstruksi.  Ethylene dapat direaksikan dengan benzene untuk membuat ethylbenzene yang kemudian diproses lanjut menjadi styrene. Produk akhir dari styrene adalah polimer dan synthetic rubber seperti polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) dan styrene butadiene rubber (SBR).

 

Rute proses kimia pada dasarnya adalah sangat banyak dan lebih merupakan sisi “seni” bagi para perancang proses kimia terutama tergantung dari karakteristik bahan baku dan spesifikasi produk akhir yang menjadi target. Etilen dapat diproduksi dari gas metana. Pirolisis biomasa dan fermentasi limbah organik (proses biogas/bio-proses) akan dihasilkan gas terutama metana. Proses fermentasi biomasa mungkin akan dihasilkan jumlah gas metana lebih banyak tetapi proses produksi lebih lama. Hal ini karena proses biologi (bio-process) seperti fermentasi pada umumnya akan memakan waktu lebih lama daripada rute thermal (thermochemical) seperti pirolisis. Sedangkan pada industri petrokimia bahan baku untuk memproduksi ethylene sebagian besar menggunakan naphta. Harga gas metana dari proses tersebut dibandingkan gas metana dari tambang gas (LNG atau CNG) menjadi salah satu faktor penentu keekonomiannya. Metana dari proses pengolahan biomasa tersebut juga bisa diolah menjadi metanol.  Metanol dapat digunakan sebagai bahan baku produk kimia lainnya atau bahan bakar seperti bahan bakar jet. Tantangan terbesar untuk produksi bahan kimia dari biomasa saat ini adalah biaya produksi lebih rendah tetapi memiliki kualitas setara bahan kimia minyak bumi atau memberikan keunggulan lebih dengan biaya yang sama.

Produksi Bahan-Bahan Kimia dari Biomasa

Hampir semua bahan kimia yang dibuat dari minyak bumi (petroleum based chemical) juga bisa dibuat dari biomasa (bio-based chemical).  Itulah mengapa biomasa punya peran strategis ketika terjadi kelangkaan minyak bumi (fossil fuel). Masalah teknologi dan keekonomian umumnya yang menjadi kendala implementasi produksi bahan kimia dari biomasa. Walaupun produksi bahan kimia dari biomasa belum sesiap produksi bahan bakar (biofuel) dan sudah banyak terimplementasi saat ini tetapi diprediksi produksi bahan kimia dari biomasa akan mencapai kemajuan lebih cepat daripada biofuel, hal ini karena bahan kimia memiliki nilai tambah atau kentungan lebih besar daripada biofuel.   

Tantangan terbesar untuk bahan kimia dari biomasa adalah biaya produksi lebih  rendah tetapi memiliki kualitas setara bahan kimia minyak bumi atau memberikan keunggulan lebih dengan biaya yang sama. Ada dua rute yang digunakan untuk produksi bahan kimia dari biomasa saat ini, yakni rute biologi (bio-process)  dan rute thermal (thermochemical). Rute biologi dengan mikroorganisme dan fermentasi  memiliki kecepatan proses lebih lambat daripada rute thermal. Saat ini sebagian besar produksi bahan kimia menggunakan rute biologi dan beberapa menggunakan rute thermal.  

Asam asetat, ethyl asetat dan etanol adalah beberapa bahan kimia telah diproduksi dari biomasa. Bahan kimia khusus seperti succinic acid yang banyak digunakan pada plastics,  fibers,  polyesters and  pigments, diproduksi dengan rute biologi.  Dengan kapasitas sekitar 15.000 ton/tahun pabrik succinic acid dibuat di Lousiana, US.  Sedangkan levulinic  ketal adalah bahan kimia khusus yang dibuat melalui rute thermochemical,  yang akan diproduksi kurang lebih 5.000 ton/tahun pada tahap awal di Golden Valley Minnesota. Levulinic ketal sebagai alternatif petroleum-based plasticizers, polyols dan solvent.