Kimia NaOH/Na₂S pada proses Kraft membelah lignin dengan selektif, tetapi setiap derajat suhu dan menit waktu masak memengaruhi yield dan konsumsi bahan kimia. Data terbaru menunjukkan dominasi Kraft, sementara sulfite dan mechanical memegang ceruk spesifik.
Di 2023, produksi pulp global mencapai sekitar 195×10^6 ton, dengan ~158×10^6 ton (≈81%) berasal dari chemical pulp dan ≈25×10^6 ton (13%) mechanical/semi-chemical pulp (statista.com). Di antara chemical processes, Kraft (sulfate) menguasai ≈80–85% pangsa dunia (ScienceDirect) (ScienceDirect), sementara sulfite turun menjadi ~3–6% (ScienceDirect) (ScienceDirect), jatuh dari ~60% pada 1925 menjadi ~3,7% pada 2000 (ScienceDirect). Soda pulping menyumbang sisa terbesar, sekitar ~9% dari chemical pulp (ScienceDirect).
Di Indonesia, pabrik kraft berskala besar tidak hanya mengejar parameter proses tetapi juga wajib patuh standar lingkungan; skema PROPER mendorong efisiensi kimia dan kontrol emisi yang ketat (Kementerian Lingkungan Hidup).
Peta besar metode pulping
Kraft (sulfate) adalah proses alkali menggunakan natrium hidroksida (NaOH) dan natrium sulfida (Na₂S). Keunggulannya: fleksibilitas bahan baku yang sangat luas (hardwood, softwood, residu), pemulihan energi/kimia berkesolids tinggi lewat black liquor (larutan hitam hasil delignifikasi), dan pulp berkekuatan tinggi dengan bulk tinggi; efisiensi pemulihan kimia juga kuat (ScienceDirect). Kekurangannya: bau menyengat dan emisi SO₂/SOx yang menuntut scrubber, investasi recovery boiler yang mahal, serta sebagian besar organik terlarut (lignin/hemiselulosa) dibakar sebagai bahan bakar—nilai tambah produk samping relatif rendah (ScienceDirect). Konsekuensinya, pabrik Kraft menghadapi kontrol ketat emisi berbau dan COD efluen, termasuk di Indonesia di bawah skema PROPER (Kementerian Lingkungan Hidup).
Sulfite adalah proses asam (atau netral/alkali) memakai SO₂/garam bisulfite (basis Na, Mg, Ca, atau NH₄). Historisnya memberikan yield pulp sangat tinggi dan lignosulfonat bernilai. Praktiknya, sulfite memberikan sekitar 8–10% yield lebih tinggi dibanding Kraft pada kayu sebanding (ScienceDirect). Pulp-nya cerah dan mudah diputihkan; varian alkali sulfite praktis tanpa bau. Kekurangan: pemulihan kimia bisulfite kompleks (terutama konfigurasi acid-sulfite lama) dan biaya operasi umumnya lebih tinggi. Karena itu, penggunaan modern cenderung pada grade khusus (mis. fine printing, dissolving pulp). Pangsa sulfite kini kecil (~3–6% dunia: ScienceDirect; ScienceDirect).
Mechanical pulping (groundwood, TMP, CTMP, dll.) memisahkan serat lewat energi mekanis. Keunggulan: yield sangat tinggi (biasanya 85–95% massa kayu: Paperonweb), pemakaian kimia minimal, opasitas/bulk tinggi (cocok untuk newsprint dan board). Kekurangan: konsumsi energi listrik sangat besar, serat lebih pendek dan kekuatan lebih rendah (kertas mudah menguning/tua), dan reject (shives/knots) cenderung lebih tinggi. Pangsa mechanical secara global ~12–15% (≈25×10^6 ton di 2023: statista.com). Metode semi-chemical (chemi-TMP, NSSC) berada di yield menengah (65–85%: Paperonweb).
baca juga: Media Filtrasi : Sand Filter, Carbon Filter dan Iron Filter
Yield dan sifat serat: ringkasan data
Secara ringkas, Kraft menghasilkan pulp serbaguna dengan pemulihan kimia/energi efisien (ScienceDirect), namun mengorbankan lignin sebagai bahan bakar. Sulfite mempertahankan lebih banyak karbohidrat (meningkatkan yield ~10% vs Kraft: ScienceDirect) dan lebih mudah diputihkan, tetapi pemulihan kimianya lebih kompleks dan penggunaannya kini nisbi. Mechanical memaksimalkan yield (>85%: Paperonweb) tanpa “cooking chemicals”, namun energi besar dan kekuatan serat lebih rendah. “Figure 1” yang sering dikutip di literatur menegaskan: yield mechanical (>85%) jauh di atas chemical (45–65%: Paperonweb), dengan konsekuensi sifat kekuatan.
- Groundwood (GW): >95% (very high yield) (Paperonweb)
- Thermomechanical (TMP), Refiner mechanical (RMP): 85–95% (high yield) (Paperonweb)
- Chemi-TMP (CTMP), NSSC, CMP: 65–85% (medium-high yield) (Paperonweb)
- Kraft/Sulfite (chemical): 45–65% (medium yield) (Paperonweb)
Kimia proses Kraft (NaOH/Na₂S)
Masak (cook) Kraft berjalan pada larutan sangat alkali, pH ~13–14. Na₂S terhidrolisis menghasilkan ion hidroksida (OH⁻) dan hidrosulfida (HS⁻), di mana HS⁻ adalah nukleofil aktif (ScienceDirect). Target utama adalah pemutusan ikatan eter β‑O‑4 pada lignin—sekitar 40–60% dari semua ikatan lignin (De Gruyter).
Dua mekanisme kunci: jalur lambat yang didominasi OH⁻ (dapat menyerang struktur β‑O‑4 fenolik maupun non‑fenolik) dan jalur cepat bergantung HS⁻ yang mensyaratkan ujung fenolik dan “mengurai” (unzips) lignin dari ujung tersebut (De Gruyter). Begitu ujung fenolik terbentuk, HS⁻ mempercepat pemutusan monomer demi monomer; langkah bebas sulfida (OH⁻) cenderung menjadi pembatas laju keseluruhan (De Gruyter). Secara keseluruhan, lignin terdepolimerisasi menjadi fragmen kecil (“Kraft lignin”) yang larut penuh dalam black liquor (De Gruyter) (De Gruyter).
Di sisi karbohidrat, hemiselulosa sebagian terdegradasi oleh hidrolisis alkali dan “peeling”, sedangkan selulosa kristalin relatif terjaga (De Gruyter) (De Gruyter). Ringkasnya: masak Kraft tipikal melarutkan ~80% lignin kayu dan ~50% hemiselulosa, namun hanya ~10% selulosa (pulppapermill.com). Ini selaras dengan yield chemical pulp “medium” (~45–65% dari massa kayu: Paperonweb). Sebagai pembanding, neutral sulfite pada kayu sejenis biasanya ~10% lebih tinggi (sekitar 55–70%: ScienceDirect).
baca juga:
Pengertian dan Pengaruh TDS dan TSS Terhadap Kualitas Air
Parameter masak dan optimisasi
H‑factor (integral waktu‑suhu) mengendalikan total delignifikasi. Parameter kunci meliputi effective alkali/EA (muatan NaOH + Na₂S), sulfidity (fraksi Na₂S dalam EA), profil suhu, dan waktu masak. Secara umum, EA lebih tinggi atau masak lebih lama menurunkan Kappa number (indikator lignin tersisa) namun mengurangi yield karena lebih banyak karbohidrat yang hilang (Pulp & Paper Canada) (Paperonweb). Karena itu, target operasi diarahkan ke Kappa sesuai grade.
Peningkatan sulfidity mempercepat delignifikasi—lebih banyak HS⁻ berarti waktu masak bisa dipersingkat. “Waktu lebih pendek” ini mengurangi paparan karbohidrat dan secara tidak langsung menaikkan yield pada level Kappa yang sama (Pulp & Paper Canada). Studi menyimpulkan peningkatan sulfidity sendiri tidak menaikkan yield, tetapi lewat pemendekan masak, yield menjadi lebih baik (Pulp & Paper Canada). Penstabil seperti anthraquinone/AQ (bahan tambahan yang melindungi karbohidrat dan mempercepat delignifikasi) terbukti meningkatkan yield pada Kappa yang sama (Pulp & Paper Canada).
Profil suhu juga krusial: suhu puncak lebih tinggi mempercepat semua reaksi, tetapi dapat memicu “peeling” polisakarida; karenanya, kurva kenaikan suhu dan plateau dikontrol ketat. Banyak pabrik mengoperasikan sekitar ~16–25% EA (sebagai Na₂O on wood), sulfidity ~25–35%, masak ~160–170 °C selama 1–2 jam, untuk yield 45–50%. Menyimpang lebih tinggi (overcooking) menurunkan yield cepat—misalnya tambahan 5% alkali mungkin hanya memperbaiki Kappa beberapa poin tetapi memotong yield beberapa persen. Kontrol digester modern menargetkan Kappa konstan dengan menyesuaikan EA atau dilusi secara real time; presisi pengumpanan kimia didukung oleh unit dosing yang akurat seperti dosing pump.
Implikasi ekonomi signifikan: perubahan 1% yield bernilai besar pada skala massa. Industri umumnya beroperasi di batas minimum alkali untuk mutu. Contoh, unbleached kraft pulp sering dihentikan di Kappa pertengahan 20‑an untuk grade bleachable; mendorong ke Kappa 10–15 (fully bleached) menuntut bahan kimia tambahan dan menurunkan yield dengan keuntungan brightness yang menipis. Strategi “pre‑impregnation” pada suhu moderat lalu final cook, serta penggunaan additives (AQ, polysulfides), lazim dipakai untuk mendekopel delignifikasi dari kerusakan serat.
Kepatuhan lingkungan dan unit pendukung
Regulasi Indonesia lewat PROPER menantang pabrik pulp untuk meminimalkan konsumsi kimia dan beban efluen, sambil “mengunci” emisi berbau melalui scrubber dan biotreatment (Kementerian Lingkungan Hidup). Dalam praktik biotreatment, opsi teknologi yang relevan mencakup proses activated sludge atau integrasi membran melalui membrane bioreactors (MBR). Di hulu, pemisahan fisik awal membantu menurunkan beban padatan lewat unit seperti screens dan oil removal, dilanjutkan klarifikasi gravitasi menggunakan clarifier sebelum tahap biologis.
Baca juga:
Penerapan Sistem Biofilter dalam Pengolahan Limbah Air
Implikasi untuk pilihan proses
Pemilihan metode pulping bergantung pada kebutuhan produk: Kraft saat kekuatan serat dan kualitas menjadi prioritas; sulfite atau semi‑chemical saat yield dan kemudahan bleaching lebih penting; mechanical saat yield dan opasitas menjadi penentu. Di Indonesia, pabrik Kraft skala besar (mis. APP, APRIL) menerapkan optimisasi masak untuk meminimalkan konsumsi alkali dan beban efluen—dengan pemulihan serta penggunaan ulang hampir seluruh NaOH/Na₂S—serta berinvestasi pada scrubber/biotreatment untuk memenuhi baku mutu air buangan (Kementerian Lingkungan Hidup).
baca juga: Media Filtrasi : Sand Filter, Carbon Filter dan Iron Filter
Sumber dan catatan metodologis
Statistik global dan Indonesia dari analisis pasar: statista.com; statista.com. Tinjauan teknis dan yield: ScienceDirect; ScienceDirect; Paperonweb; Paperonweb. Kimia Kraft dan kontrol masak: De Gruyter; De Gruyter; De Gruyter; De Gruyter; De Gruyter; pulppapermill.com; Pulp & Paper Canada; Pulp & Paper Canada; Pulp & Paper Canada. Kepatuhan lingkungan: Kementerian Lingkungan Hidup.
