Produksi Arang dari Tunggak Kayu Akasia

Setelah pohon-pohon akasia ditebang untuk produksi kertas, limbah-limbah kayu masih banyak yang tidak termanfaatkan, termasuk diantaranya tunggak kayu pohon tersebut. Batang kayu yang digunakan untuk produksi kertas hanya yang memiliki diameter 8 cm diatas, sedangkan diameter lebih kecil sebagai kayu limbah. Setelah pohon ditebang selanjutnya dilakukan penanaman baru (replanting) dan tunggak-tunggak tersebut ditinggalkan begitu saja. Padahal tunggak-tunggak itu jumlahnya banyak apalagi dengan luasan puluhan hingga ratusan ribu hektar hutan akasia tersebut. Apabila setiap satu hektar dihasilkan 16 ton tunggak kayu akasia, maka dengan luasan 20.000 hektar sudah dihasilkan 320.000 ton tunggak kayu akasia. 

Ada perbedaan penanganan tunggak kayu akasia atau eukaliptus dengan tunggak kayu kebun energi. Pada tunggak kayu akasia atau eukaliptus setelah pohon ditebang maka harus menanam lagi karena target utama mereka adalah produk kayu dengan diameter tertentu, yakni 8 cm ke atas. Apabila dari tunggak kayu tersebut ditumbuhkan lagi trubusan maka untuk mencapai diameter tersebut akan sangat lama sehingga tidak efisien. Hal itulah yang menjadi alasan mereka untuk menanam lagi setelah ditebang. Sedangkan pada kayu kebun energi setelah pohon-pohon tersebut ditebang, tunggak-tunggak yang tersisa dibiarkan tumbuh atau trubus kembali. Target utama dari kebun energi adalah mencapai volume produktivitas kayu tertinggi. Bahkan setelah ditebang tersebut jumlah trubusan atau cabang-cabang yang keluar dari tunggak kayu kebun energi semakin banyak sehingga produktivitasnya juga tinggi. Selain bisa dipanen berulang-ulang tanpa harus replanting setiap kali panen, produktivitas juga tetap tinggi karena jumlah trubusan yang banyak, bahkan bisa empat kali dari panen pertamanya. 

Volume tunggak akasia yang sangat banyak tersebut sangat potensial untuk produksi arang. Perusahaan perkebunan akasia bisa menciptakan lapangan kerja dengan memberdayakan masyarakat sekitar untuk mengambil dan mengumpulkan tunggak akasia tersebut. Tunggak-tunggak akasia tersebut selanjutnya diolah menjadi arang. Dengan teknologi karbonisasi yang sudah teruji dan kapasitas tinggi seluruh tunggak tersebut bisa diolah dan bernilai ekonomi. Dengan volume limbah tunggak akasia yang sangat banyak tersebut maka produksi arang juga bisa berkesinambungan, sama seperti produksi kayu akasia dari hutan akasia tersebut. Menciptakan lapangan kerja dalam jumlah besar dan berkesinambungan adalah suatu upaya positif yang sejalan dengan bioeconomy dan kesejahteraan masyarakat. Arang kayu yang dihasilkan dengan teknologi tersebut juga berkualitas tinggi, bahkan dengan fixed carbon lebih dari 82% melampaui standar yang dibuat Eropa NF EN 1860-2.

Akankah Material Untuk Produksi Kertas Bersaing Dengan Bioenergy?

Produksi kertas dan bioenergy khususnya wood pellet menggunakan bahan baku yang sama yakni kayu. Saat ini hampir sebagian besar wood pellet di Indonesia dan Asia Tenggara masih menggunakan limbah-limbah kayu seperti serbuk gergaji sebagai sumber bahan baku, sedangkan pabrik kertas menggunakan kayu-kayu dari perkebunan mereka sendiri seperti hutan akasia. Dengan kondisi seperti ini saja bahwa bahan baku kedua jenis industri tersebut sudah berbeda jalurnya sehingga tidak terjadi kompetisi. Bahkan industri kertas hanya menggunakan kayu berdiameter besar yakni 8 cm ke atas sehingga kayu dengan berdiameter kecil yakni kurang dari 8 cm bisa untuk produksi bioenergy seperti arang, wood pellet atau wood briquette. 

Kebutuhan kertas sepertinya tidak banyak mengalami peningkatan sehingga produksi kertas cenderung stabil bahkan terjadi penurunan. Hal itu terjadi karena era teknologi informasi sehingga penggunaan kertas tergantikan media elektronik, penggunaan kertas daur ulang dan kondisi pandemi akhir-akhir ini. Hal tersebut tentu saja membuat penggunaan kayu sebagai bahan baku kertas cenderung stabil bahkan berkurang. Berbeda dengan bioenergy khususnya wood pellet, dengan semakin banyaknya biomasa khususnya kayu sebagai energi terbarukan maka kebutuhannya terus meningkat. Tetapi kualitas kayu yang dibutuhkan untuk wood pellet juga dibawah daripada kualitas kayu untuk produksi kertas. Luasnya lahan di Indonesia juga sangat memungkinkan untuk produksi wood pellet dari kebun-kebun energi. Produksi wood pellet Indonesia saat ini juga masih kecil yakni diperkirakan kurang dari 200 ribu ton per tahunnya. 

Produksi wood pellet selalu menggunakan kayu limbah ataupun kayu-kayu seharga kayu limbah. Kayu-kayu dari kebun energi seperti kaliandra dan gliricidia (gamal) adalah kayu-kayu murah seharga kayu limbah tersebut sehingga bisa dipergunakan untuk produksi wood pellet tersebut. Produktivitas kayu yang tinggi menjadi tujuan utama untuk kebun energi tersebut, bahkan kebun energi tersebut mengandalkan trubusan (coppice) untuk memaksimalkan produksi kayu kebun energi. Keuntungan lain dari kebun energi atau kebun biomasa adalah bisa diintegrasikan dengan usaha peternakan, untuk lebih detail bisa dibaca disini. Sedangkan kayu untuk produksi kertas selalu menggunakan kebun atau hutan kayu seperti akasia atau eucalyptus. Hal inilah yang membuat kebutuhan bahan untuk kertas dan bioenergy khususnya wood pellet tidak saling berkompetisi. Sedangkan di negara seperti Kanada yang menggunakan jenis kayu yang sama yakni pinus untuk produksi kertas dan wood pellet, memang ketika lonjakan atau kenaikkan drastis untuk wood pellet maka kompetisi kayu dengan bahan baku untuk kertas menjadi tidak bisa dihindari. Kanada saat ini termasuk produsen utama dunia dengan kapasitas produksi mencapai 3,9 juta ton per tahun. 

Pembriketan Limbah Industri Perkebunan Pisang

Pisang telah menjadi buah yang umum dikonsumsi dan digemari sejak lama. Seiring meningkatnya kebutuhan buah pisang yang semakin besar sejumlah perkebunan pisang dibuat dan tidak sedikit perkebunan pisang tersebut yang berskala besar hingga puluhan ribu hektar. Limbah biomasa dari perkebunan pisang ini juga akan sangat besar, seperti batang pisang, janjang dan daun. Volume limbah yang sangat banyak tersebut seharusnya diolah sehingga selain tidak mencemari lingkungan bahkan menimbulkan berpotensi menimbulkan penyakit pada pohon pisang itu sendiri, pengolahan limbah biomasa tersebut juga bisa memberi keuntungan secara ekonomi. Pembriketan adalah solusi efektif untuk mengatasi limbah tersebut. Produk briket batang pisang, janjang dan pelepah pisang tersebut digunakan untuk bahan bakar atau sumber  energi.

Untuk bisa dibriket limbah biomasa tersebut dikecilkan ukurannya (down sizing / size reduction) hingga sekitar 1 cm. Limbah biomasa dengan ukuran partikel kecil tersebut selanjutnya dioperas (squeeze) airnya dengan screw press. Setelah air bisa dipisahkan dari limbah tersebut hingga kadar air sekitar 10%  selanjutnya bisa dibriketkan. Jika kadar air belum mencapai kadar air tersebut pengeringan dengan alat pengering (dryer) bisa dilakukan. Cairan yang dipisahkan dari limbah tersebut kaya akan kalium/potassium sehingga bisa digunakan kembali sebagai pupuk cair untuk perkebunan pisang tersebut. Pembriketan dengan mechanical press adalah opsi terbaik untuk pilihan teknologi pembriketan. Berbeda dengan pemelletan yang hanya dengan satu teknologi yakni roller press, pembriketan ada 3 variasi teknologi yang bisa digunakan, untuk lebih detail bisa dibaca disini. Pembriketan tersebut juga secara teknis juga lebih mudah dan secara ekonomi juga lebih murah biaya produksinya. 

Batang pisang memiliki banyak kemiripan dengan batang enceng gondok. Enceng gondok merupakan gulma perairan sehingga jumlahnya harus dikurangi atau dihilangkan.Keduanya material biomasa yang tidak berkayu seperti pepohonan. Upaya pemadatan enceng gondok menjadi pellet sudah ada yang melakukan beberapa waktu lalu. Pembriketan enceng gondok tersebut juga sangat memungkinkan, bahkan kaidahnya semua material yang bisa dipellet pasti bisa dibriketkan tetapi tidak sebaliknya artinya semua material yang bisa dibriket belum tentu bisa dipellet. Hal tersebut karena selain teknologi pembriketan yang variatif juga tingkat toleransi terhadap sifat-sifat material juga lebih longgar, seperti ukuran partikel dan kadar air. Ukuran partikel terlalu halus yang tidak bisa dipellet seperti limbah pellet bahkan bisa dibriket demikian juga untuk ukuran partikel lebih besar. Sedangkan kadar air hingga 16% juga masih bisa bekerja dengan baik pada pembriketan tetapi tidak bisa dilakukan pada produksi pellet. Tingkat kepadatan (density) briket juga bisa disesuaikan dan umumnya briket juga lebih padat daripada pellet, bahkan hingga 1,4 ton/m3.

Modifikasi Proses Untuk Inovasi Produk Baru

 

Sejarah pembuatan kertas dimulai sejak beribu-ribu tahun yang lalu. Hal tersebut karena manusia punya kebutuhan untuk berkomunikasi dan mencatat pikiran-pikiran atau gagasan-gagasannya, sehingga mendorong menciptakan media untuk maksud tersebut. Diawali dari media sangat sederhana seperti batu, tulang, daun tanaman, kulit binatang, hingga lembaran kertas seperti yang kita temui saat ini. Bahkan kata kertas yang dalam bahasa Inggris paper berasal dari kata papyrus yakni sejenis tanaman alang-alang yang tumbuh di pinggir alliran sungai. Nenek moyang bangsa Mesir menemukan material seperti kertas dari papyrus tersebut, bahkan selama sekitar 4000 tahun Mesir memonopoli produksi papyrus tersebut. Hal tersebut terutama karena papyrus hanya tumbuh subur di pinggriran sungai Nil di Mesir. Bahan baku, teknik produksi dan kualitas kertas yang dihasilkan senantiasa berubah-ubah mengikuti kemajuan teknologi dan bahan baku yang tersedia. Penemuan kertas pertama tercatat di China sekitar tahun 100 masehi dan selanjutnya menyebar ke jazirah Arab. Sementara muslim Arab pada abad kedelapan masehi membawa kertas dan teknik pembuatannya di kawasan Mediterania dan pada akhir abad kedelapan tersebut kertas telah diproduksi di Baghdad, ibukota kekhalifahan Abbasiyah di pusat Iraq. Hal tersebut membuat teknik pembuatan kertas tersebut menyebar ke seluruh wilayah kekuasaannya. Hal tersebut khususnya juga menyebar ke kawasan Mediterania dan menggantikan papyrus dan perkamen (dari kulit domba atau kambing) yang sebelumnya mendominasi beribu-ribu tahun. Sedangkan Eropa Kristen baru mulai belajar membuat kertas pada abad kedua belas. 

Ketidaktersediannya bahan baku seperti di China membuat produksi kertas di Arab menggunakan pakaian-pakaian bekas yang tidak terpakai, begitu juga terjadi pengembangan teknik produksinya. Pembuatan kertas pada saat itu sangat tergantung suplai air bersih. Hal tersebut karena hanya dengan air tersebut untuk memucatkan (bleaching) serat tersebut sebelum penemuan klorin pada abad kedelapan belas, yang selanjutnya dikeringkan dengan sinar matahari untuk mendapatkan kertas putih. Kondisi tersebut terus berlanjut hingga ke daratan Eropa sehingga teknik produksi dan kualitas kertas semakin baik. Bahkan penemuan mesin cetak oleh Johann Gutenberg pada 1436 membuat buku lebih mudah diproduksi lebih cepat dan murah. Era ini juga menandai akselerasi peradaban baru tersebut karena budaya membaca buku menjadi meningkat pesat sehingga kebutuhan kertas juga dengan sendirinya meningkat.  Penggunaan bahan kimia untuk produksi kertas dimulai sekitar tahun 1800 yakni kayu yang telah dihancurkan selanjutnya “dicerna” dengan bahan kimia termasuk penggunaan sulfate. Kertas mampu memberi dorongan dari budaya lisan (oral) menjadi budaya tulis dan pengembangan sejumlah sistem notasi seperti bahasa, matematika, transaksi komersial, architectural drafting, rumus-rumus kimia, yang merupakan dari produk sejumlah penemuan dan persebaran buku-buku cetak.  Singkat kata kertas telah menadai “era peradaban baru” seperti yang kita alami saat ini. 

Produksi bubur kertas (pulp) pada dasarnya adalah melepaskan serat selulose dan hemiselulose dari lignin dengan bahan kimia tertentu. Pada saat proses ektraksi selulose tersebut, bahan ekstraktif juga ikut dipisahkan.  Serat selulose dan hemiselulose tersebut juga dijaga untuk tetap utuh, sehingga meningkatkan yield dari serat yang bisa digunakan. Serat yang dihasilkan tersebut secara alamiah juga berwarna sesuai jenis bahan bakunya dan harus dipucatkan (bleaching) sebelum bisa digunakan untuk kertas. Dalam proses pemucatan (bleaching) itupun harus diupayakan sedemikian rupa sehingga serat selulose tersebut tidak sampai tambah rusak, termasuk penggunaan bahan kimia selektif untuk bleaching agent tersebut. Selulose adalah bahan organik utama pada tanaman kayu-kayuan, ketika diolah menjadi kertas maka bisa menjadi produk kertas yang beraneka ragam. Setelah serat selulose tersebut dipisahkan atau dilepaskan dari pengikatnya yakni lignin sehingga menjadi pulp, dari pulp tersebut selanjutnya direkatkan kembali sehingga membentuk kertas dengan perekat tertentu. Kayu lunak adalah bahan baku yang lebih banyak digunakan untuk produksi bubur kertas tersebut karena serat selulose-nya lebih panjang (sekitar 3–4 mm panjangnya dengan diameter 25–30 mikro). Kandungan lignin yang rendah pada kayu keras digunakan untuk produksi kertas khusus dimana kehalusan dan kelembutan diinginkan.

Kraft Pulping Proces

Ada sejumlah proses dan variasi dari proses dasar yang bisa digunkan untuk produksi pulp dari kayu. Proses utama yang digunakan oleh industri kertas saat ini proses kraft (biasa dikenal proses sulfate), proses termokimia, proses semi-kimia dan proses sulfit. Proses kraft masih paling popular dan paling banyak digunakan saat ini atau arus utama pada proses produksi kertas. Hal tersebut seperti penggunaan limestone scrubber pada treatment gas buang pembangkit listrik khususnya pembangkit listrik batubara, lebih detail bisa dibaca disini. Keunggulan proses kraft dibandingkan proses lainnya adalah yield selulose tinggi dan recovery liquor, sehingga proses menjadi efisien atau cost produksi murah. Proses produksi kertas dimulai dengan penggunaan kayu berdiameter 8 cm up, selanjutnya kayu tersebut dikupas kulitnya (debarking). Proses debarking bisa dilakukan secara mekanik maupun dengan air bertekanan tinggi pada 1400 psi tegak lurus dengan batang kayu tersebut. 

Blu Karb Carbonisation

Pabrik kertas selalu ditopang oleh perkebunan kayu yang luas sebagai sumber bahan bakunya, seperti perkebunan atau hutan akasia. Kayu-kayu berdiameter kurang dari 8 cm atau kisaran 5-8 cm bisa digunakan untuk produksi arang. Dengan teknologi karbonisasi yang teruji dan proses semi-kontinyu kapasitas 3000 ton/tahun dengan kualitas arang melebihi standar Eropa (fixed caron >82%) bisa dicapai, untuk lebih detail bisa dibaca disini. Sedangkan kayu-kayu berupa ranting-ranting yang lebih kecil juga bisa dimanfaatkan untuk produksi briket atau pellet. Briket lebih mudah secara teknis dan lebih murah biaya produksinya, lebih detail bisa dibaca disini. Dengan cara seperti itu maka limbah-limbah kayu tersebut bisa dimanfaatkan secara optimal atau bahkan zero waste. 

 

Setelah kayu-kayu besar tersebut dikupas dan dikupas kulitnya selanjutnya dikecilkan ukurannya menjadi chip. Wood chip tersebut lalu dimasukkan ke dalam digester (pressure vessel) yang berkapasitas 1500-3600 cubic feet dan recovered cooking liquor ditambahkan.  Setelah proses digestion dalam digester (pressure vessel) tersebut selesai selanjutnya tekanan diturunkan menjadi 80 PSI dan isinya dituang ke dalam tangki. Selanjutnya pulp tersebut difilter dan diolah lanjut seperti diagram diatas sehingga menjadi produk akhir berupa kertas.

Lalu bagaimana jika proses kraft tersebut dibalik prosesnya? Pada proses kraft yang terjadi adalah serat selulose dipisahkan dari lignin dan dijaga dalam kondisi utuh atau selulose menjadi produk utama. Ketika proses dibalik berarti lignin dipisahkan dari selulose dan dijaga utuh atau lignin menjadi produk utama. Hal tersebut berarti lignin yang dihasilkan dari proses kraft berbeda dengan lignin dari proses kebalikannya secara kualitas, demikian juga selulose yang dihasilkan dari proses kraft juga akan berbeda kualitas dari proses kebalikannya tersebut. Mengapa perlu membalikkan proses kraft tersebut? Apa tujuannya dan apakah memberi keuntungan? Tentu saja alasan utamanya adalah untuk menciptakan bisnis baru yang lebih menguntungkan. Diversifikasi produk tersebut diproyeksikan memiliki peluang pasar dan keekonomian lebih baik pada masa mendatang daripada produk kertas. Produk yang dihasilkan dari proses tersebut adalah gula selulose dan lignin dari kayu-kayu pohon tersebut. 

Gula selulosa berasal dari biomassa non-makanan (misalnya kayu dan limbah-limbah pertanian). Biomassa terutama terdiri dari polimer karbohidrat selulosa , hemiselulosa , dan polimer aromatik (lignin). Hemiselulosa adalah polimer yang sebagian besar terdiri dari gula lima karbon C 5 H 10 O 5 ( xilosa ) dan selulosa adalah polimer dari gula enam karbon C 6 H 12 O 6 ( glukosa ).  Selulosa adalah senyawa organik yang paling umum di Bumi. Sekitar 33% dari semua materi tanaman adalah selulosa (isi selulose dari kapas adalah 90% dan dari kayu adalah 40-50%). Selulosa tidak dapat dicerna oleh manusia, hanya dapat dicerna oleh hewan yang memiliki enzim selulose. Serat selulosa dianggap sebagai blok bangunan struktural tanaman dan terikat erat dengan lignin, tetapi biomassa dapat didekonstruksi menggunakan hidrolisis asam , hidrolisis enzimatik , disolusi organosolv, autohidrolisis atau hidrolisis superkritis. 

 

Teknik Fraksinasi Organosolv

Teknik Hidrolisis Enzimatik

Ketika akan produksi gula C5 dan C6 tersebut dengan menggunakan hidrolisis enzimatik, maka enzim harus bisa mengunyah selulose tersebut dengan mudah dan mengkonversinya menjadi gula C5 dan C6 dan selanjutnya memisahkan gula-gula tersebut dari lignin. Sehingga output yang keluar dari unit proses tersebut ada dua arus utama yakni gula dan lignin. Struktur molekul dari lignin yang dihasilkan juga mendekati seperti yang ada pada pohon daripada lignin yang dihasilkan dari proses kraft. Lignin yang dihasilkan juga bisa digunakan pada produksi resin, bahkan ada potensi besar penggunaan lignin dan gula tersebut untuk menciptakan feed additives pada ternak. 

Produksi gula selulose dengan berbiaya murah dan kapasitas besar juga sudah dilakukan oleh perusahaan berbasis di Amerika Serikat, dan ini bisa jadi merupakan satu-satunya pemain komersial yang memanfaatkan teknologi hidrolisis superkritis sebagai jalur produksi gula selulosa, yakni dengan produksi 100.000 ton/tahun. Gula ini dapat diproduksi dari berbagai macam bahan baku dan dapat diubah menjadi berbagai produk biokimia , biofuel , dan polimer baik melalui jalur biologis maupun kimiawi. Salah satu aplikasi penggunaan gula selulosa tersebut adalah bahan baku bioplastic. Plastik sendiri adalah salah satu produk polimer. Tingginya pencemaran lingkungan akibat plastik dari petrokimia mendorong penggunaan dari bahan terbarukan. Bahkan perusahaan tersebut telah membuat kerjasama dengan industri kertas di Eropa untuk produksi gula selulose tersebut. Menurut perusahaan Rentmatix, 1 juta ton gula selulose dikatakan mencukupi untuk membuat biodiapers untuk 24 juta bayi selama 3 tahun atau menerbangkan 100 pesawat Boeing 747 selama 8 hari berturut-turut atau membuat 120 milyar compostable plastic cup atau menjalankan 1 juta mobil sejauh 2000 mil dengan bioethanol atau membuat cat untuk 14 juta rumah baru. Bahan-bahan kimia terbarukan juga bisa diproduksi dengan bahan baku gula selulose tersebut. Saat ini juga banyak bermunculan pabrik-pabrik yang produksi bioetanol untuk bahan bakar cair dengan rute proses tersebut, yakni gula C5 dan C6 yang dihasilkan lalu difermentasi untuk menghasilkan ethanol, sehingga biasa disebut proses biomasa ke ethanol. 

 

Gula selulosa digunakan sebagai sumber daya terbarukan untuk industri biokimia dan biofuel dan dapat digunakan untuk memproduksi zat antara melalui proses fermentasi. Ketersediaan gula industri dari sumber daya terbarukan, dalam jumlah yang cukup dan dengan biaya yang menguntungkan memungkinkan produk tersebut bersaing biaya dibandingkan produk berbasis bahan bakar fosil. Sebuah studi tahun 2012 oleh Nexant memperkirakan bahwa di masa depan, akan memungkinkan dan berpotensi secara ekonomi untuk menghasilkan semua jenis produk kimia berbasis gula dari biomassa karena perkembangan dalam pemrosesan selulosa.