Penggunaan Selulosa TandanKosong Kelapa Sawit dan Selulosa Mikrobial dari Nata de Cassavasebagai Pensubstitusi Selulosa Kayu dalam Pembuatan Kertas
PENGGUNAAN SELULOSA TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DAN
SELULOSA MIKROBIALDARI NATA DE CASSAVA SEBAGAI
PENSUBSTITUSI SELULOSA KAYU DALAM PEMBUATAN KERTAS
GAMMA IRCA PRADIKTA
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Penggunaan Selulosa
TandanKosong Kelapa Sawit dan Selulosa Mikrobial dari Nata de Cassavasebagai
Pensubstitusi Selulosa Kayu dalam Pembuatan Kertas adalah benar karya saya
denganarahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun
kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip
dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2013
Gamma Irca Pradikta
NIM F34090079
ABSTRAK
GAMMA IRCA PRADIKTA. Penggunaan Selulosa TandanKosong Kelapa Sawit
dan Selulosa Mikrobial dari Nata de Cassavasebagai Pensubstitusi Selulosa Kayu
dalam Pembuatan Kertas. Dibimbing oleh KHASWAR SYAMSU dan HAN
ROLIADI.
Saat ini, selulosa yang berasal dari kayu alam masih mendominasi bahan
baku untuk pembuatan pulp dan kertas di Indonesia. Akibatnya, laju deforestasi
dikhawatirkan meningkat 2% per tahun. Perlu dicari sumber-sumber alternatif
selulosa yang ketersediaannya dapat diharapkan, diantaranya adalah Tandan
Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dan selulosa mikrobial yang disintesis dengan
bantuan mikroorganisme dari substrat yang mengandung glukosa, fruktosa,
sukrosa, atau karbohidrat sederhana lainnya, seperti limbah cair dari pengolahan
tapioka (misalnya nata de cassava). Pada penelitian ini, selulosa mikrobial dari
nata de cassava dicampur dengan pulp TKKS pada berbagai proporsi (w/w), yaitu
100%+0%, 75%+25%, 50%+50%, 25%+75%, 0%+100% untuk diproses menjadi
pulp dan kertas. Gramatur target yang dibuat yakni 60 gr/m2 dan 120 gr/m2.
Sebelum membentuk lembaran kertas, aditif ditambahkan ke dalam campuran
tersebut (tawas 2%, tepung tapioka 2,5% dan 5% kaolin). Lembaran kertas juga
dibuat tanpa aditif (sebagai kontrol). Setiap kombinasi antara proporsi campuran,
gramatur target dan penggunaan aditif/kontrol diulang sebanyak 2 kali, dan data
yang diperoleh terdiri dari sifat fisik pulp/kertas. Data yang dihasilkan dianalisis
menggunakan rancangan acak lengkap dengan pola faktorial. Rendemen pulp
selulosa mikrobial dan pulp TKKS berturut-turut 60,09% dan 61,619%(basis
kering oven) atau 1,76% dan 55,122% (basis basah).Sifat fisik dan kekuatan
kertas gramatur target 60 dan 120 gr/m2 berturut-turut yaitu kadar air (4,04-8,95%
& 3,83-9,01%), gramatur (59,8-78,92 gr/m2& 107,64-145,32gr/m2), indeks tarik
(0,0056-0,0424 & 0,01002-0.06499 kNm/g),indeks sobek (4,04-8,22 & 4,557,72mN m2/gr), ketahanan lipat (3,5-108,5 & 4-397,5), Cobb60 (56,86-211,32 &
75,03-398,12 g/m2 untuk permukaan halus; dan 51,07-218,91 & 57,65-404,46
g/m2 untuk permukaan kasar), derajat putih (15,64-38,03% & 13,1-26,26%) dan
opasitas cetak (62,81-97,55% & 42,99-99,38%). Analisis konversi biomassa
mengungkapkan bahwa pembuatan kertas dari campuran (w/w) selulosa mikrobial
dari nata de cassava(50%) dan pulp TKKS (50%) melalui luasan areal budidaya
masing-masing, dengan total dari keduanya 200 ha dapat menggantikan 4.247.156
pohon per tahun. Nilai penyelamatan pohon ini mampu menyerap CO2 dari udara
sekitar 594.601,85 ton CO2 per tahun.
Kata kunci:selulosa mikrobial, nata de cassava, tandan kosong kelapa sawit,
pulp/kertas, analisis konversi biomassa, penyerapan karbon
ABSTRACT
GAMMA IRCA PRADIKTA. The Possible Use of Mixed Empty Oil Palm Fruit
Bunch-Cellulose and Microbial Cellulose from Nata de Cassava as WoodCellulose Substitute for Paper Manufacture. Supervised by KHASWAR
SYAMSU and HAN ROLIADI.
Nowadays, forest-extracted wood cellulose still predominantly serves as raw
material for pulp and paper manufacture in Indonesia. Consequently, the
deforestation rate has alarmingly increased 2% per year. Attempts are necessary to
seek alternative cellulose sources that sound potentially available, among which
are empty oil-palm fruit bunches (EOPFB) and microbial-cellulose, as
synthesizedwith the aid of microorganisms from substrate containing glucose,
fructose, sucrose, or other simple carbohydrates, such as juicy waste from tapioca
processing (e.g. nata de cassava). In this research, pulp of nata de cassava‟s
microbial cellulose was mixed with EOPFB pulp at various proportions (w/w), i.e.
100%+0%, 75%+25%, 50%+50%, 25%+75%, 0%+100%to be processed into
pulp and paper. Grammage target made was 60 gr/m2 and 120 gr/m2. Prior to
paper-sheet forming, additives were added to such mixture (i.e. 2% alum, 2.5%
tapioca starch, and 5% kaolin). Sheet forming also made without additives (as
control). The forming of each combination between mixture proportion,
grammage target and additive/control-use was replicated 2 times, and the data
examined comprised pulp/paper physical and strength properties. The data were
analyzed using a completely randomized design with factorial pattern. The yields
of microbial-cellulose pulp and of EOPFB pulp were consecutively (wet basis)
60,09% and 61,619%. Physical and strength properties of paper with grammage
60 gr/m2and 120gr/m2consecutively, i.e. water content (4,04-8,95% & 3,839,01%), grammage (59,8-78,92gr/m2& 107,64-145,32 gr/m2), tensile index
0,0056-0,0424 & 0,01002-0.06499 kNm/g), tear index (4,04-8,22 & 4,55-7,72 mN
m2/gr),folding endurance (3,5-108,5 & 4-397,5), Cobb60 (56,86-211,32 & 75,03398,12 g/m2 for the smooth surface; and 51,07-218,91 & 57,65-404,46 g/m2for the
rough/lower surface), brightness (15,64-38,03% & 13,1-26,26%) and printing
opacity (62,81-97,55% & 42,99-99,38%). Analysis on biomass conversion
revealed that the manufacture of paper from the mixture (w/w) of nata de
cassava‟s microbial cellulose (50%) and empty oil palm fruit bunch pulp (50%)
through the expansion of each cultivating areas, both totaling 200 ha can
substitute for 4.247.156forest-tree stands per year. With this tree-saving figure, it
can afford the CO2absorption (uptake) from the air equal to approximately
594.601,85 tons of CO2 per year.
Keywords:microbial cellulose, nata de cassava, empty oil-palm fruit bunch,
pulp/paper, biomass conversion analysis, carbon uptake
PENGGUNAAN SELULOSA TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DAN
SELULOSA MIKROBIALDARI NATA DE CASSAVA SEBAGAI
PENSUBSTITUSI SELULOSA KAYU DALAM PEMBUATAN KERTAS
GAMMA IRCA PRADIKTA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknologi Industri Pertanian
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi :Penggunaan Selulosa TandanKosong Kelapa Sawit dan Selulosa
Mikrobial dari Nata de Cassavasebagai Pensubstitusi Selulosa
Kayu dalam Pembuatan Kertas
Nama
: Gamma Irca Pradikta
NIM
: F34090079
Disetujui oleh
Prof Dr Ir Khaswar Syamsu, Msc. ST.
Pembimbing I
Dr Ir Han Roliadi, MSc
Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Nastiti Siswi Indrasti
Ketua Departemen
Tanggal Lulus: (tanggal penandatanganan skripsi oleh ketua departemen)
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2013 ini ialah Penggunaan
Selulosa Tandan Kosong Kelapa Sawit dan Selulosa Mikrobial dari Nata de
Cassava sebagai Pensubstitusi Selulosa Kayu dalam Pembuatan Kertas.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Prof Dr Ir Khaswar Syamsu
Mscdan Bapak Dr Ir Han Roliadi Msc selaku pembimbing. Di samping itu,
penghargaan penulis sampaikan kepada seluruh pihak di Balai Litbang
Keteknikan Kehutanan, yang telah membantu proses penelitian. Ungkapan terima
kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas segala doa
dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2013
Gamma Irca Pradikta
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR LAMPIRAN
ix
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
3
Tujuan Penelitian
4
Manfaat Penelitian
4
Ruang Lingkup Penelitian
5
TINJAUAN PUSTAKA
5
METODE
10
Bahan
10
Alat
10
Prosedur Analisis Data
10
HASIL DAN PEMBAHASAN
20
SIMPULAN DAN SARAN
31
Simpulan
31
Saran
32
DAFTAR PUSTAKA
33
LAMPIRAN
37
RIWAYAT HIDUP
63
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
Komposisi kimia Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Waktu pengujian Metode Cobb
Taraf dan kode perlakuan
Analisis konversi biomassa
8
17
20
30
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
Persebaran Produksi Kertas Dunia
Struktur Selulosa
Ikatan hidrogen intra dan antar rantai selulosa
Model fibril struktur supramolekul selulosa
Diagram alir pembuatan nata de cassava
Diagram alir pembuatan pulp TKKS
Niagara Beater
Diagram alir pembuatan kertas
Tensile Tester
Elmendorf Tearing Tester
Alat uji ketahanan lipat
Alat uji daya serap air kertas
Pulp selulosa TKKS (a) dan pulp selulosa mikrobial (b)
Kertas campuran TKKS &nata de cassava dalam berbagai komposisi
Gramatur untuk gramatur target 60 gr/m2(a) dan untuk gramatur target
120 gr/m2 (b)
Kadar air untuk gramatur target 60 gr/m2(a) dan untuk gramatur target
120 gr/m2 (b)
Indeks tarik untuk gramatur target 60 gr/m2(a) dan untuk gramatur
target 120 gr/m2 (b)
Indeks sobek untuk gramatur target 60 gr/m2(a) dan untuk gramatur
target 120 gr/m2 (b)
Ketahanan lipat untuk gramatur target 60 gr/m2(a) dan untuk gramatur
target 120 gr/m2 (b)
Daya serap air sisi halus untuk gramatur target 60 gr/m2(a), untuk
gramatur target 120 gr/m2 (c), sisi kasar untuk gramatur target 60
gr/m2(b) dan untuk gramatur target 120 gr/m2 (d)
Derajat putih untuk gramatur target 60 gr/m2(a) dan untuk gramatur
target 120 gr/m2 (b)
Opasitas cetak untuk gramatur target 60 gr/m2(a) dan untuk gramatur
target 120 gr/m2 (b)
1
6
6
7
11
12
12
14
15
16
17
18
20
21
22
23
24
25
26
27
29
29
DAFTAR LAMPIRAN
1 Hasil olah data uji gramatur kertas
2 Hasil olah data uji kadar air kertas
3 Hasil olah data uji indeks tarik kertas
37
40
44
4
5
6
7
8
9
10
11
Hasil olah data uji indeks sobek kertas
Hasil olah data uji ketahanan lipat kertas
Hasil olah data uji daya serap air kertas
Hasil olah data uji derajat putih kertas
Hasil olah data uji opasitas cetak kertas
Asumsi perhitungan analisis konversi biomassa
Perhitungan analisis konversi biomassa
Perbandingan hasil uji kertas campuran pulp TKKS dan pulp nata de
cassava dengan kertas lainnya
47
50
52
55
58
60
61
62
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kertas merupakan bagian yang tidak terpisahkan dalam kehidupan manusia,
sehingga industri pulp dan kertas mengalami perkembangan yang pesat di
Indonesia dan di dunia. Diperkirakan dunia membutuhkan tambahan produksi
kertas lebih dari 100 juta ton pertahun (Abhinimpuno, 2007).
Produsen kertas dunia terus menjamur, di sisi lain bahan baku kertas
semakin langka dan mahal. Total produksi kertas dunia didominasi oleh kawasan
Asia (40%, atau sekitar 156 juta ton) walaupun sebagian besar produksi di
kawasan ini terserap untuk konsumsi lokal. Amerika Selatan yang memiliki
kawasan hutan lebih luas dari Asia hanya menghasilkan 5% (atau sekitar 20 juta
ton) total produksi kertas dunia.
Gambar 1 Persebaran Produksi Kertas Dunia (total sekitar 391 juta ton)
Sumber : PPIseperti disitir Skogsindustrierna, The Swedish Forest Industry Facts
& Figures 2009, April 2010
Data Asosiasi Pulp dan Kertas Indonesia (APKI) menyebutkan, tahun 2010
peringkat Indonesia sebagai produsen kertas dunia menduduki tempat ke-9 atau
naik 1 peringkat dibanding tahun 2009 yang menempati peringkat ke-10. Tahun
2009 produksi kertas Indonesia sebanyak 9,363 juta ton, naik menjadi 9,951 juta
ton di tahun 2010. Namun jumlah tersebut kurang dari 10 persen produktivitas
kertas Cina yang mencapai 92,59 miliar ton. Menurut Ketua Umum APKI,
Misbahul Huda, untuk demand dan supply kertas diperkirakan akan meningkat
sekitar 10,5% di periode 2010-2015 mengingat potensi pulp dan kertas Indonesia
besar karena kualitasnya diakui dunia.
Saat ini, mayoritas pulp dan kertas dunia diproduksi dengan bahan baku
kayu, baik kayu yang berasal dari Hutan Tanaman Industri (HTI) maupun dari
hutan alam. Pohon-pohon yang selama ini diambil untuk digunakan menjadi
kertas semakin menipis ketersediaannya, terutama pada kayu hutan alam. Pohon
memerlukan waktu yang lama untuk dapat diambil manfaatnya. Pada tanaman
akasia misalnya, perlu menunggu enam hingga delapan tahun untuk siap dipanen
gunamemproduksi pulp, sementara di Eropa bisa mencapai 30 tahun. Selama ini
2
telah terjadi pengeksploitasian besar-besaran terhadap pohon yang tumbuh di
hutan. Banyak pohon alam yang di eksploitasi untuk diambil kayunya dan diolah
menjadi lembaran-lembaran kertas. Maraknya pengeksploitasian hutan itu tidak
bisa dilepaskan dari sistem pengelolaan hutan melalui Hak Pengusahaan Hutan
(HPH) dan perkembangan industri perkayuan didalam negeri yang berlangsung
selama ini. Eksploitasi hutan melalui sistem HPH yang telah berlangsung sekitar
40 tahun, dari 1970 hingga saat ini, menurut Ketua Masyarakat Perhutan
Indonesia (MPI) Reformasi, telah membuat semakin menyusutnya kawasan hutan,
dari 140,4 juta hektar pada tahun 1970 kini hanya 92,4 juta hektar. Hal ini
sungguh ironi mengingat isu global warming yang kini tengah menjadi masalah
yang global.
Daya saing Indonesia di pasar dunia akan semakin menurun jika terus
menanggung beban seperti ini. Maka tingginya kebutuhan kertas setidaknya harus
diimbangi oleh pasokan bahan baku yang memadai. Bahan baku kertas yang
berasal dari kayu ketersediannya semakin terbatas meskipun pemerintah telah
mengembangkan hutan tanaman industri. Selain kayu sebagai sumber selulosa,
dapat dilakukan pemanfaatan limbah dari sektor perkebunan sebagai bahan baku
pembuatan pulp.Salah satunya yaitu pemanfaatan limbah dari proses produksi
Crude Palm Oil (CPO)berupaTandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). Seperti
bahan kayu dan jaringan penunjang tumbuh-tumbuhan lainnya kandungan
selulosa TKKS masih cukup tinggi. Menurut Hermiati dkk (2010) komposisi
kimia TKKS terdiri dari 41,3-46,5% selulosa, 25,3-33,8% hemiselulosa, dan 27,632,5% lignin. Dari komposisi di atas serat limbah kelapa sawit yang berasal dari
TKKS dapat diolah menjadi selulosa dengan penghilangan lignin. Selulosa inilah
yang dapat menggantikan peran selulosa kayu dalam pembuatan pulp kertas.
Tandan Kosong Kelapa Sawit merupakan limbah padat terbesar yang
dihasilkan oleh Perkebunan Kelapa Sawit (PKS). Setiap pengolahan 1 ton Tandan
Buah Segar (TBS) dihasilkan sebanyak 22 – 23% TKKS atau sebanyak 220 – 230
kg TKKS. Jika PKS berkapasitas 100 ton/jam maka dihasilkan sebanyak 22 – 23
ton TKKS. Jumlah limbah TKKS seluruh Indonesia pada tahun 2012 diperkirakan
mencapai 26,5 juta ton (Ditjen Perkebunan, 2012). Tandan kosong kelapa sawit
merupakan limbah berlignoselulosa yang belum termanfaatkan secara optimal.
Selama ini pemanfaatan tandan kosong hanya sebagai bahan bakar boiler, kompos
dan juga sebagai pengeras jalan di perkebunan kelapa sawit. TKKS sangat baik
digunakan sebagai bahan baku pembuatan pulp karena memiliki kadar selulose
45,19%, merupakan serat pendek
SELULOSA MIKROBIALDARI NATA DE CASSAVA SEBAGAI
PENSUBSTITUSI SELULOSA KAYU DALAM PEMBUATAN KERTAS
GAMMA IRCA PRADIKTA
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Penggunaan Selulosa
TandanKosong Kelapa Sawit dan Selulosa Mikrobial dari Nata de Cassavasebagai
Pensubstitusi Selulosa Kayu dalam Pembuatan Kertas adalah benar karya saya
denganarahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun
kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip
dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2013
Gamma Irca Pradikta
NIM F34090079
ABSTRAK
GAMMA IRCA PRADIKTA. Penggunaan Selulosa TandanKosong Kelapa Sawit
dan Selulosa Mikrobial dari Nata de Cassavasebagai Pensubstitusi Selulosa Kayu
dalam Pembuatan Kertas. Dibimbing oleh KHASWAR SYAMSU dan HAN
ROLIADI.
Saat ini, selulosa yang berasal dari kayu alam masih mendominasi bahan
baku untuk pembuatan pulp dan kertas di Indonesia. Akibatnya, laju deforestasi
dikhawatirkan meningkat 2% per tahun. Perlu dicari sumber-sumber alternatif
selulosa yang ketersediaannya dapat diharapkan, diantaranya adalah Tandan
Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dan selulosa mikrobial yang disintesis dengan
bantuan mikroorganisme dari substrat yang mengandung glukosa, fruktosa,
sukrosa, atau karbohidrat sederhana lainnya, seperti limbah cair dari pengolahan
tapioka (misalnya nata de cassava). Pada penelitian ini, selulosa mikrobial dari
nata de cassava dicampur dengan pulp TKKS pada berbagai proporsi (w/w), yaitu
100%+0%, 75%+25%, 50%+50%, 25%+75%, 0%+100% untuk diproses menjadi
pulp dan kertas. Gramatur target yang dibuat yakni 60 gr/m2 dan 120 gr/m2.
Sebelum membentuk lembaran kertas, aditif ditambahkan ke dalam campuran
tersebut (tawas 2%, tepung tapioka 2,5% dan 5% kaolin). Lembaran kertas juga
dibuat tanpa aditif (sebagai kontrol). Setiap kombinasi antara proporsi campuran,
gramatur target dan penggunaan aditif/kontrol diulang sebanyak 2 kali, dan data
yang diperoleh terdiri dari sifat fisik pulp/kertas. Data yang dihasilkan dianalisis
menggunakan rancangan acak lengkap dengan pola faktorial. Rendemen pulp
selulosa mikrobial dan pulp TKKS berturut-turut 60,09% dan 61,619%(basis
kering oven) atau 1,76% dan 55,122% (basis basah).Sifat fisik dan kekuatan
kertas gramatur target 60 dan 120 gr/m2 berturut-turut yaitu kadar air (4,04-8,95%
& 3,83-9,01%), gramatur (59,8-78,92 gr/m2& 107,64-145,32gr/m2), indeks tarik
(0,0056-0,0424 & 0,01002-0.06499 kNm/g),indeks sobek (4,04-8,22 & 4,557,72mN m2/gr), ketahanan lipat (3,5-108,5 & 4-397,5), Cobb60 (56,86-211,32 &
75,03-398,12 g/m2 untuk permukaan halus; dan 51,07-218,91 & 57,65-404,46
g/m2 untuk permukaan kasar), derajat putih (15,64-38,03% & 13,1-26,26%) dan
opasitas cetak (62,81-97,55% & 42,99-99,38%). Analisis konversi biomassa
mengungkapkan bahwa pembuatan kertas dari campuran (w/w) selulosa mikrobial
dari nata de cassava(50%) dan pulp TKKS (50%) melalui luasan areal budidaya
masing-masing, dengan total dari keduanya 200 ha dapat menggantikan 4.247.156
pohon per tahun. Nilai penyelamatan pohon ini mampu menyerap CO2 dari udara
sekitar 594.601,85 ton CO2 per tahun.
Kata kunci:selulosa mikrobial, nata de cassava, tandan kosong kelapa sawit,
pulp/kertas, analisis konversi biomassa, penyerapan karbon
ABSTRACT
GAMMA IRCA PRADIKTA. The Possible Use of Mixed Empty Oil Palm Fruit
Bunch-Cellulose and Microbial Cellulose from Nata de Cassava as WoodCellulose Substitute for Paper Manufacture. Supervised by KHASWAR
SYAMSU and HAN ROLIADI.
Nowadays, forest-extracted wood cellulose still predominantly serves as raw
material for pulp and paper manufacture in Indonesia. Consequently, the
deforestation rate has alarmingly increased 2% per year. Attempts are necessary to
seek alternative cellulose sources that sound potentially available, among which
are empty oil-palm fruit bunches (EOPFB) and microbial-cellulose, as
synthesizedwith the aid of microorganisms from substrate containing glucose,
fructose, sucrose, or other simple carbohydrates, such as juicy waste from tapioca
processing (e.g. nata de cassava). In this research, pulp of nata de cassava‟s
microbial cellulose was mixed with EOPFB pulp at various proportions (w/w), i.e.
100%+0%, 75%+25%, 50%+50%, 25%+75%, 0%+100%to be processed into
pulp and paper. Grammage target made was 60 gr/m2 and 120 gr/m2. Prior to
paper-sheet forming, additives were added to such mixture (i.e. 2% alum, 2.5%
tapioca starch, and 5% kaolin). Sheet forming also made without additives (as
control). The forming of each combination between mixture proportion,
grammage target and additive/control-use was replicated 2 times, and the data
examined comprised pulp/paper physical and strength properties. The data were
analyzed using a completely randomized design with factorial pattern. The yields
of microbial-cellulose pulp and of EOPFB pulp were consecutively (wet basis)
60,09% and 61,619%. Physical and strength properties of paper with grammage
60 gr/m2and 120gr/m2consecutively, i.e. water content (4,04-8,95% & 3,839,01%), grammage (59,8-78,92gr/m2& 107,64-145,32 gr/m2), tensile index
0,0056-0,0424 & 0,01002-0.06499 kNm/g), tear index (4,04-8,22 & 4,55-7,72 mN
m2/gr),folding endurance (3,5-108,5 & 4-397,5), Cobb60 (56,86-211,32 & 75,03398,12 g/m2 for the smooth surface; and 51,07-218,91 & 57,65-404,46 g/m2for the
rough/lower surface), brightness (15,64-38,03% & 13,1-26,26%) and printing
opacity (62,81-97,55% & 42,99-99,38%). Analysis on biomass conversion
revealed that the manufacture of paper from the mixture (w/w) of nata de
cassava‟s microbial cellulose (50%) and empty oil palm fruit bunch pulp (50%)
through the expansion of each cultivating areas, both totaling 200 ha can
substitute for 4.247.156forest-tree stands per year. With this tree-saving figure, it
can afford the CO2absorption (uptake) from the air equal to approximately
594.601,85 tons of CO2 per year.
Keywords:microbial cellulose, nata de cassava, empty oil-palm fruit bunch,
pulp/paper, biomass conversion analysis, carbon uptake
PENGGUNAAN SELULOSA TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DAN
SELULOSA MIKROBIALDARI NATA DE CASSAVA SEBAGAI
PENSUBSTITUSI SELULOSA KAYU DALAM PEMBUATAN KERTAS
GAMMA IRCA PRADIKTA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknologi Industri Pertanian
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi :Penggunaan Selulosa TandanKosong Kelapa Sawit dan Selulosa
Mikrobial dari Nata de Cassavasebagai Pensubstitusi Selulosa
Kayu dalam Pembuatan Kertas
Nama
: Gamma Irca Pradikta
NIM
: F34090079
Disetujui oleh
Prof Dr Ir Khaswar Syamsu, Msc. ST.
Pembimbing I
Dr Ir Han Roliadi, MSc
Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Nastiti Siswi Indrasti
Ketua Departemen
Tanggal Lulus: (tanggal penandatanganan skripsi oleh ketua departemen)
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2013 ini ialah Penggunaan
Selulosa Tandan Kosong Kelapa Sawit dan Selulosa Mikrobial dari Nata de
Cassava sebagai Pensubstitusi Selulosa Kayu dalam Pembuatan Kertas.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Prof Dr Ir Khaswar Syamsu
Mscdan Bapak Dr Ir Han Roliadi Msc selaku pembimbing. Di samping itu,
penghargaan penulis sampaikan kepada seluruh pihak di Balai Litbang
Keteknikan Kehutanan, yang telah membantu proses penelitian. Ungkapan terima
kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas segala doa
dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2013
Gamma Irca Pradikta
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR LAMPIRAN
ix
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
3
Tujuan Penelitian
4
Manfaat Penelitian
4
Ruang Lingkup Penelitian
5
TINJAUAN PUSTAKA
5
METODE
10
Bahan
10
Alat
10
Prosedur Analisis Data
10
HASIL DAN PEMBAHASAN
20
SIMPULAN DAN SARAN
31
Simpulan
31
Saran
32
DAFTAR PUSTAKA
33
LAMPIRAN
37
RIWAYAT HIDUP
63
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
Komposisi kimia Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Waktu pengujian Metode Cobb
Taraf dan kode perlakuan
Analisis konversi biomassa
8
17
20
30
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
Persebaran Produksi Kertas Dunia
Struktur Selulosa
Ikatan hidrogen intra dan antar rantai selulosa
Model fibril struktur supramolekul selulosa
Diagram alir pembuatan nata de cassava
Diagram alir pembuatan pulp TKKS
Niagara Beater
Diagram alir pembuatan kertas
Tensile Tester
Elmendorf Tearing Tester
Alat uji ketahanan lipat
Alat uji daya serap air kertas
Pulp selulosa TKKS (a) dan pulp selulosa mikrobial (b)
Kertas campuran TKKS &nata de cassava dalam berbagai komposisi
Gramatur untuk gramatur target 60 gr/m2(a) dan untuk gramatur target
120 gr/m2 (b)
Kadar air untuk gramatur target 60 gr/m2(a) dan untuk gramatur target
120 gr/m2 (b)
Indeks tarik untuk gramatur target 60 gr/m2(a) dan untuk gramatur
target 120 gr/m2 (b)
Indeks sobek untuk gramatur target 60 gr/m2(a) dan untuk gramatur
target 120 gr/m2 (b)
Ketahanan lipat untuk gramatur target 60 gr/m2(a) dan untuk gramatur
target 120 gr/m2 (b)
Daya serap air sisi halus untuk gramatur target 60 gr/m2(a), untuk
gramatur target 120 gr/m2 (c), sisi kasar untuk gramatur target 60
gr/m2(b) dan untuk gramatur target 120 gr/m2 (d)
Derajat putih untuk gramatur target 60 gr/m2(a) dan untuk gramatur
target 120 gr/m2 (b)
Opasitas cetak untuk gramatur target 60 gr/m2(a) dan untuk gramatur
target 120 gr/m2 (b)
1
6
6
7
11
12
12
14
15
16
17
18
20
21
22
23
24
25
26
27
29
29
DAFTAR LAMPIRAN
1 Hasil olah data uji gramatur kertas
2 Hasil olah data uji kadar air kertas
3 Hasil olah data uji indeks tarik kertas
37
40
44
4
5
6
7
8
9
10
11
Hasil olah data uji indeks sobek kertas
Hasil olah data uji ketahanan lipat kertas
Hasil olah data uji daya serap air kertas
Hasil olah data uji derajat putih kertas
Hasil olah data uji opasitas cetak kertas
Asumsi perhitungan analisis konversi biomassa
Perhitungan analisis konversi biomassa
Perbandingan hasil uji kertas campuran pulp TKKS dan pulp nata de
cassava dengan kertas lainnya
47
50
52
55
58
60
61
62
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kertas merupakan bagian yang tidak terpisahkan dalam kehidupan manusia,
sehingga industri pulp dan kertas mengalami perkembangan yang pesat di
Indonesia dan di dunia. Diperkirakan dunia membutuhkan tambahan produksi
kertas lebih dari 100 juta ton pertahun (Abhinimpuno, 2007).
Produsen kertas dunia terus menjamur, di sisi lain bahan baku kertas
semakin langka dan mahal. Total produksi kertas dunia didominasi oleh kawasan
Asia (40%, atau sekitar 156 juta ton) walaupun sebagian besar produksi di
kawasan ini terserap untuk konsumsi lokal. Amerika Selatan yang memiliki
kawasan hutan lebih luas dari Asia hanya menghasilkan 5% (atau sekitar 20 juta
ton) total produksi kertas dunia.
Gambar 1 Persebaran Produksi Kertas Dunia (total sekitar 391 juta ton)
Sumber : PPIseperti disitir Skogsindustrierna, The Swedish Forest Industry Facts
& Figures 2009, April 2010
Data Asosiasi Pulp dan Kertas Indonesia (APKI) menyebutkan, tahun 2010
peringkat Indonesia sebagai produsen kertas dunia menduduki tempat ke-9 atau
naik 1 peringkat dibanding tahun 2009 yang menempati peringkat ke-10. Tahun
2009 produksi kertas Indonesia sebanyak 9,363 juta ton, naik menjadi 9,951 juta
ton di tahun 2010. Namun jumlah tersebut kurang dari 10 persen produktivitas
kertas Cina yang mencapai 92,59 miliar ton. Menurut Ketua Umum APKI,
Misbahul Huda, untuk demand dan supply kertas diperkirakan akan meningkat
sekitar 10,5% di periode 2010-2015 mengingat potensi pulp dan kertas Indonesia
besar karena kualitasnya diakui dunia.
Saat ini, mayoritas pulp dan kertas dunia diproduksi dengan bahan baku
kayu, baik kayu yang berasal dari Hutan Tanaman Industri (HTI) maupun dari
hutan alam. Pohon-pohon yang selama ini diambil untuk digunakan menjadi
kertas semakin menipis ketersediaannya, terutama pada kayu hutan alam. Pohon
memerlukan waktu yang lama untuk dapat diambil manfaatnya. Pada tanaman
akasia misalnya, perlu menunggu enam hingga delapan tahun untuk siap dipanen
gunamemproduksi pulp, sementara di Eropa bisa mencapai 30 tahun. Selama ini
2
telah terjadi pengeksploitasian besar-besaran terhadap pohon yang tumbuh di
hutan. Banyak pohon alam yang di eksploitasi untuk diambil kayunya dan diolah
menjadi lembaran-lembaran kertas. Maraknya pengeksploitasian hutan itu tidak
bisa dilepaskan dari sistem pengelolaan hutan melalui Hak Pengusahaan Hutan
(HPH) dan perkembangan industri perkayuan didalam negeri yang berlangsung
selama ini. Eksploitasi hutan melalui sistem HPH yang telah berlangsung sekitar
40 tahun, dari 1970 hingga saat ini, menurut Ketua Masyarakat Perhutan
Indonesia (MPI) Reformasi, telah membuat semakin menyusutnya kawasan hutan,
dari 140,4 juta hektar pada tahun 1970 kini hanya 92,4 juta hektar. Hal ini
sungguh ironi mengingat isu global warming yang kini tengah menjadi masalah
yang global.
Daya saing Indonesia di pasar dunia akan semakin menurun jika terus
menanggung beban seperti ini. Maka tingginya kebutuhan kertas setidaknya harus
diimbangi oleh pasokan bahan baku yang memadai. Bahan baku kertas yang
berasal dari kayu ketersediannya semakin terbatas meskipun pemerintah telah
mengembangkan hutan tanaman industri. Selain kayu sebagai sumber selulosa,
dapat dilakukan pemanfaatan limbah dari sektor perkebunan sebagai bahan baku
pembuatan pulp.Salah satunya yaitu pemanfaatan limbah dari proses produksi
Crude Palm Oil (CPO)berupaTandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). Seperti
bahan kayu dan jaringan penunjang tumbuh-tumbuhan lainnya kandungan
selulosa TKKS masih cukup tinggi. Menurut Hermiati dkk (2010) komposisi
kimia TKKS terdiri dari 41,3-46,5% selulosa, 25,3-33,8% hemiselulosa, dan 27,632,5% lignin. Dari komposisi di atas serat limbah kelapa sawit yang berasal dari
TKKS dapat diolah menjadi selulosa dengan penghilangan lignin. Selulosa inilah
yang dapat menggantikan peran selulosa kayu dalam pembuatan pulp kertas.
Tandan Kosong Kelapa Sawit merupakan limbah padat terbesar yang
dihasilkan oleh Perkebunan Kelapa Sawit (PKS). Setiap pengolahan 1 ton Tandan
Buah Segar (TBS) dihasilkan sebanyak 22 – 23% TKKS atau sebanyak 220 – 230
kg TKKS. Jika PKS berkapasitas 100 ton/jam maka dihasilkan sebanyak 22 – 23
ton TKKS. Jumlah limbah TKKS seluruh Indonesia pada tahun 2012 diperkirakan
mencapai 26,5 juta ton (Ditjen Perkebunan, 2012). Tandan kosong kelapa sawit
merupakan limbah berlignoselulosa yang belum termanfaatkan secara optimal.
Selama ini pemanfaatan tandan kosong hanya sebagai bahan bakar boiler, kompos
dan juga sebagai pengeras jalan di perkebunan kelapa sawit. TKKS sangat baik
digunakan sebagai bahan baku pembuatan pulp karena memiliki kadar selulose
45,19%, merupakan serat pendek