Limbah Jerami Padi : Potensi Peningkatan Nilai Tambah

Oleh : Greitta K. D. 

            Jerami padi atau rice straw merupakan salah satu limbah organik yang dapat ditemukan di sawah maupun ladang dan berasal dari pemanenan tanaman padi. Jerami padi pada dasarnya merupakan batang dan daun kering tanaman padi yang telah masak panen. Limbah ini dapat berpotensi menjadi pengganti maupun pendamping bahan baku lignoselulosa lainnya untuk produk-produk yang melibatkan bahan baku berlignoselulosa seperti pulp dan kertas, produk bioenergi dan produk komposit karena kandungan lignoselulosa yang dimilikinya. Jerami padi memiliki kandungan selulosa 32,15%, hemiselulosa 28% dan lignin 19,64% berdasarkan berat keringnya (Shawky et al., 2011).

Sebagai bahan baku produk-produk berlignoselulosa, jerami padi memiliki beberapa kelebihan yaitu potensi ketersediaannya sangat tinggi, mudah diperoleh, belum memiliki nilai ekonomi tinggi dan dapat mudah dibentuk menjadi partikel maupun serat panjang. Potensi ketersediaan limbah jerami tergolong relatif tinggi di Asia, termasuk Indonesia karena tanaman padi merupakan tanaman penghasil beras yang merupakan makanan pokok masyarakat Asia. Di Jepang, limbah jerami padi mencapai 9 juta ton per tahun (New Energy Foundation, 2011), sedangkan Indonesia yang merupakan penghasil beras terbesar nomor 3 di dunia menghasilkan limbah jerami 91,75 juta ton per tahun pada 27 provinsi (Makhrani, 2014). Di Blora, potensi limbah jerami cukup tinggi. Hal tersebut didukung oleh luas panen tanaman padi yang cukup tinggi yaitu mencapai 82.732 Ha pada tahun 2014 atau setara dengan 45,4% luas total Kabupaten Blora (BPS, 2015). Jerami padi masih belum memiliki nilai ekonomi tinggi di Indonesia maupun di Asia karena sebanyak 70% limbah jerami padi hanya ditinggalkan maupun ditumpuk di sawah agar terdegradasi alami (Makhrani, 2014) dan sebagian lainnya digunakan sebagai bahan bakar pembuatan genteng dan batu bara melalui pembakaran langsung. Padahal, limbah jerami padi yang lama terdegradasi dapat menyumbang efek rumah kaca akibat emisi gas metan yang dihasilkan.

Jerami padi memiliki tantangan yang harus dihadapi jika dilakukan pengolahan menjadi produk industri dengan bahan dasar lignoselulosa yaitu tingginya kandungan silika-abu dan ketersediaanya yang bersifat musiman. Jerami padi akan melimpah ketika musim panen padi terjadi, namun ketika sawah maupun ladang tersebut berada dalam masa tanam atau bahkan ditanami tanaman lain seperti jagung, maka limbah jerami padi tidak tersedia. Oleh karena itu, pengaturan pengelolaan limbah jerami memerlukan strategi input dan output agar keberlangsungan produksi dapat terjaga. Dalam strategi tersebut, kegiatan input menuntut metode penyimpanan terbaik yang dapat mempertahankan sifat jerami dalam waktu lama.  

             Pada peningkatan nilai tambah menjadi produk bioenergi, saat ini berbagai macam  teknologi pengolahan biomassa untuk energi dari jerami padi telah dikembangkan. Pembakaran langsung, densifikasi menjadi pellet maupun briket, gasifikasi, pirolisis, penguraian anaerob dan produksi bioetanol merupakan teknologi-teknologi yang telah dikembangkan (Lim et al., 2012). Pada dasarnya, limbah jerami kurang efisien untuk dijadikan sebagai bahan baku produk bioenergi. Hal itu karena kadar abu yang cukup tinggi pada bahan baku (jerami padi) yaitu sebesar 11, 33% (Shawky et al., 2011) membuat nilai kalor yang dihasilkan cenderung tidak tinggi (nilai kalor berbanding terbalik dengan kadar abu). Penelitian pellet dengan menggunakan limbah jerami oleh Liu et al. (2013) membuktikan pernyataan di atas dimana sifat fisik pellet dari jerami padi memenuhi standar DIN 51731, sedangkan kadar abu dan nilai kalor tidak memenuhi standar pada penelitian pendahuluan. Oleh karena itu, pada penelitiannya tersebut, Liu et al. (2013) melakukan pengkombinasian jerami padi dengan Bambu Moso yang memiliki kandungan lignoselulosa tinggi dan kadar abu yang rendah yaitu 1,3-2% untuk menurunkan kandungan abu serta meningkatkan nilai kalor dan durabilitas pellet. Penggunaan rasio bambu : jerami padi ≥ 3:2 membuat kandungan abu yang dihasilkan oleh pellet turun hingga  ≥ 63% menjadi ≤ 6% dan nilai kalor lebih tinggi dari standar nilai kalor DIN 51731, yaitu ≥17.500 J/g. Perlakuan lain seperti kombinasi pengoptimalan kadar air bahan (13-20%), panjang serat (10-20 mm) dan suhu proses pembentukan pellet (80°C) tidak dapat membuat nilai kalor memenuhi standar DIN walaupun durabilitas, rendemen dan lower heating value pellet meningkat (Ishii dan Furuichi, 2014). Hal tersebut disebabkan karena perlakuan di atas tidak mempengaruhi atau merubah komposisi kimia bahan jerami padi.

            Pada peningkatan nilai tambah untuk pulp dan kertas, kekurang-efisienan penggunaan jerami padi sebagai bahan baku terjadi pada rendemen pulp yang dihasilkan. Rendemen dari pulp dari jerami padi cenderung lebih rendah dibanding beberapa limbah agikultur lain dan kayu Eucalyptus globulus karena jerami padi memiliki kandungan larut 1% NaOH yang tinggi dan  kandungan α selulosa yang lebih rendah. Kandungan abu yang tinggi ternyata cenderung tidak menjadi faktor pembatas krusial sifat produk yang dihasilkan layaknya produk pellet walaupun dapat menyebabkan masalah selama refining dan tidak dapat didaur ulangnya larutan pemasak (reagen pulping). Walaupun cenderung menurun rendemennya, namun kualitas kertas yang dihasilkan cenderung lebih baik karena kandungan ekstraktif larut air panas dan ekstraktif larut etanol-benzen yang rendah pada jerami padi membuat konsumsi reagen pulping dan kemungkinan timbulnya noda pada kertas yang dihasilkan justru menurunkan. Perlakuan soda–anthraquinone pulping dari jerami padi menghasilkan pulp dan kertas yang memiliki bilangan kappa, kecerahan dan drainage index yang lebih baik dibanding pulp dan kertas dari proses Kraft kayu oak holm dan ekaliptus (Rodriguez et al., 2008). Upaya peningkatan rendemen pulp dan kertas dari jerami padi dilakukan dengan peningkatan efisiensi proses melalui pemilihan jenis proses.  

            Pada peningkatan nilai tambah untuk papan komposit, jerami padi sebagai bahan baku juga menghadapi tantangan karena kandungan abu dan silika pada bahan cenderung menghalangi ikatan antara gugus hidroksil lignoselulosa dengan perekat atau self bonding antara partikel-partikel lignoselulosa Semakin besar kadar abu dan silika dapat menyebabkan efek penghalangan semakin besar. Kurokochi dan Sato (2015a) menunjukkan kadar abu dan silika pada bagian-bagian jerami padi ternyata berbeda dan menyebabkan pengaruh yang berbeda terhadap kekuatan rekat papan binderless. Kandungan abu dan silika yang lebih kecil pada bagian batang (stem) dibanding bagian lainnya yaitu daun dan pelepah daun menghasilkan keteguhan rekat internal papan dan ketahanan terhadap air yang cenderung lebih tinggi dimana keteguhan rekat internal bernilai ±0,16 MPa, penyerapan air ±75% dan pengembangan tebal ±10%. Dengan sifat-sifat tersebut, papan binderless ini dapat digunakan sebagai base particleboard yang dalam penggunaannya dapat dilapisi dengan vinir maupun pelapis lainnya. Selain kadar silika dan abu, ternyata faktor pembatas krusial di dalam bahan yang membatasi proses perekatan adalah trichomes dan wart-like protuberances di epidermis jerami padi yang menghalangi self-bonding antara partikel, serta lapisan lilin (wax) pada epidermis.

Dalam upaya meningkatkan sifat papan yang mengarah pada peningkatan nilai tambah jerami padi menjadi papan komposit, faktor pembatas kandungan abu dan silika dapat dihilangkan menggunakan perlakuan steam explosion (Han et al., 2010; Kurokochi dan Sato, 2015b). Steam explosion pada wheat straw dapat meningkatkan fiber bundles dan keterbasahan, serta menurunkan pH, kadar abu dan kadar silika di dalam bahan. Penggunaan suhu 190°C selama 3 menit pada wheat straw mampu menurunkan kadar abu sebesar ±70% dan kadar silika  sebesar ±80% dari bahan baku, dengan penurunan sudut kontak sebesar ±16% (Han et al., 2010). Selanjutnya, trichomes dan wart-like protuberances dapat dihilangkan melalui penggerinderan halus, sedangkan lapisan lilin (wax) dapat dihilangkan melalui ekstrasi dengan pelarut hexana. Efek penghilangan trichomes dan wart-like protuberances mampu meningkatkan sifat mekanika dan fisika secara signifikan, selanjutnya penghilangan lapisan lilin dapat meningkatkan sifat kehalusan permukaan papan yang dibuktikan dengan hasil SEM dan meningkatkan nilai keteguhan rekat internal (Kurokochi dan Sato, 2015b).             

            Dari penjelasan diatas dapat disimpulkan bahwa penambahan nilai tambah pada bahan baku jerami padi pada prinsipnya memerlukan modifikasi bahan untuk menghasilkan produk bioenergi, pulp dan kertas serta produk komposit yang optimal akibat keunikan kandungan kimia dan struktur di lapisan epidermis yang dimiliki. Oleh karena ke semua jenis produk membutuhkan modifikasi bahan, maka pemilihan produk yang dikembangkan dalam rangka peningkatan nilai tambah jerami padi sebaiknya dilakukan berdasarkan analisis biaya dan keefektifan-keefisiensian proses.         

DAFTAR PUSTAKA

BPS. 2015. Luas panen dan produksi padi sawah dan padi lading tahun 2014. Diakses pada laman. https://blorakab.bps.go.id/statictable/2015/11/18/78/banyaknya-luas-panen-dan-produksi-padi-sawah-dan-padi-ladang-tahun-2014.html  pada tanggal 19 Desember 2017.

Han, G., J. Deng, S. Zhang, P. Bicho, dan Q. Wu. 2010. Effect of steam explosion treatment on characteristics of wheat straw. Industrial Crops and Products 31: 28–33.

Ishii, K. dan T. Furuichi. 2014. Influence of moisture content, particle size and forming temperature on productivity and quality of rice straw pellets. Waste Management 34: 2621–2626.

Kurokochi, Y. dan M. Sato. 2015a. Properties of binderless board made from rice straw: The morphological effect of particles. Industrial Crops and Products 69: 55–59.

Kurokochi, Y. dan M. Sato. 2015b. Effect of surface structure, wax and silica on the properties ofbinderless board made from rice straw. Industrial Crops and Products 77: 949–953.

Lim, J.S., Manan, Z.A., Wan Alwi, S.R., Hashim, H., 2012. A review on utilization of biomass from rice industry as a source of renewable energy. Renew. Sustain. Energy Rev. 16, 3084–3094.

Liu, Z., X. Liu, B. Fei, Z. Jiang, Z.Cai, dan Y. Yu. 2013. The properties of pellets from mixing bamboo and rice straw. Renewable Energy 55: 1-5.

Makhrani. 2014. Potential analysis of rice straw as an alternative energy source for substitute coal in Indonesia. Applied Mechanics and Materials 554:276-280.

New Energy Foundation. 2011. Japanese projects for bioethanol production from rice straw. Diakses dari http://www.asiabiomass.jp/english/topics/1101_02.html.

Rodrıguez, A.,  A. Moral, L. Serrano, J. Labidi, dan L. Jimenez. 2008. Rice straw pulp obtained by using various methods. BioResources Technology, 99: 2881-2886.

Shawky, B.T., M.G. Mahmoud, E.A. Ghazy, M.M.S. Asker, dan G.S. Ibrahim. 2011. Enzymatic hydrolysis of rice straw and corn stalks for monosugars production.  Journal of Genetic Engineering and Biotechnology 9: 59–63.