Yth. Peserta Diskusi ZOA-BIOTEK-2001

Berikut ini akan kami postingkan, paper:
Pengembangan Bahan Plastik Biodegradabel Berbahanbaku Pati Tropis 

oleh Dr. Hardaning Pranamuda, BPPT.

Kami yakin bahwa paper ini akan banyak memancing diskusi. Selamat 
berseminar.


Moderator ZOA-Biotek Sesi Lingkungan
SinergY-PPI-Tokodai


Dhany Arifianto
Son Kuswadi

==============================================================
Pengembangan Bahan Plastik Biodegradabel Berbahanbaku Pati Tropis 

Hardaning Pranamuda 
Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Jl. M. H. Thamrin no. 8,
Jakarta 10340 

Abstrak : 

Sampah plastik menjadi masalah lingkungan berskala gobal karena plastik 
tidak dapat terombak dalam lingkungan. Pengembangan bahan plastik 
biodegradabel merupakan salah satu alternatif untuk memecahkan masalah 
ini. Di beberapa negara maju sudah ada yang diproduksi secara komersial,
seperti poli (hidroksi alkanoat) (PHA), poli (e-kaprolakton) (PCL),
poli (butilen suksinat) (PBS), dan poli asam laktat (PLA). Pengembangan 
bahan plastik biodegradabel menggunakan bahan alam terbarui (renewable 
resources) sangat diharapkan. Poli (asam laktat) (PLA) menjadi kandidat 
yang menjanjikan, karena PLA dapat diproduksi dari bahan alam terbarui 
seperti pati-patian dan selulosa melalui ferementasi asam laktat.
Selain daripada itu PLA mempunyai sifat yang mirip dengan plastik 
konvensional. Indonesia kaya akan sumberdaya alam pati-patian. Pengembangan 
biodegradabel plastik yang tengah kami lakukan adalah pemanfaatan 
pati-patian tropis (sagu dan tapioka) melalui teknik blending pelet 
plastik dan pati, modifikasi pati dan sintesa kimiawi poli asam. 
Pengujian plastik biodegradabel dilakukan untuk mengetahui kemampuan 
lingkungan (tanah) Indonesia untuk merombak plastik biodegradabel.



Pendahuluan

Penduduk dunia yang berjumlah 3 milyar di tahun 1960 meningkat 2 
kali lipat menjadi lebih dari 6 milyar hanya dalam kurun waktu 40 
tahun. Peningkatan jumlah penduduk ditambah dengan penggunaan sumberdaya 
alam dan energi secara besar-besaran berakibat terciptanya sampah 
yang menumpuk dalam jumlah sangat besar. Diantara sampah tersebut,
sampah plastik merupakan sampah yang sulit dalam penanganannya sehingga 
menyebabkan masalah lingkungan berskala global. Plastik banyak dipakai 
dalam kehidupan sehari-hari, karena mempunyai keunggulan-keunggulan 
seperti kuat, ringan dan stabil, namun sulit terombak oleh mikroorganisme 
dalam lingkungan sehingga menyebabkan masalah lingkungan yang sangat 
serius. Dalam memecahkan masalah sampah plastik dilakukan beberapa 
pendekatan seperti daur ulang, teknologi pengolahan sampah plastik 
dan pengembangan bahan plastik baru yang dapat hancur dan terurai 
dalam lingkungan yang dikenal dengan sebutan plastik biodegradabel.
Seiring dengan meningkatnya kesadaran untuk pelestarian lingkungan,
kebutuhan bahan plastik biodegradabel mengalami peningkatan dari 
tahun ke tahun. Gambar 1 memperlihatkan proyeksi kebutuhan plastik 
biodegradabel hingga tahun 2010 yang dikeluarkan oleh Japan Biodegradable 
Plastik Society. Di tahun 1999, produksi plastik biodegradabel hanya 
sebesar 2500 ton, yang merupakan 1/ 10.000 dari total produksi bahan 
plastik sintetis. Pada tahun 2010, diproyeksikan produksi plastik 
biodegradabel akan mencapai 1.200.000 ton atau menjadi 1/ 10 dari 
total produksi bahan plastik. Industri plastik biodegradabel akan 
berkembang menjadi industri besar di masa yang akan datang. 

¡¡

Plastik biodegradabel dan metode pengujiannya 

(1) Plastik biodegradabel 

Plastik biodegradabel adalah plastik yang dapat digunakan layaknya 
seperti plastik konvensional, namun akan hancur terurai oleh aktivitas 
mikroorganisme menjadi hasil akhir air dan gas karbondioksida setelah 
habis terpakai dan dibuang ke lingkungan. Karena sifatnya yang dapat 
kembali ke alam, plastik biodegradabel merupakan bahan plastik yang 
ramah terhadap lingkungan. Di Jepang telah disepakati penggunaan 
nama plastik hijau (GURIINPURA) untuk plastik biodegradabel. 


http://sinergy-forum.net/zoa/paper/html/HardaningImage1.gif
Gambar 1 Proyeksi produksi plastik biodegradabel (Sumber laporan 
BPS, 1999)

Berdasarkan bahan baku yang dipakai, plastik biodegradabel dikelompokkan 
menjadi 2 kelompok, yaitu kelompok dengan bahan baku petrokimia dan 
kelompok dengan bahan baku produk tanaman seperti pati dan selulosa.
Yang pertama adalah penggunaan sumberdaya alam yang tidak terbarui 
(non-renewable resources), sedangkan yang kedua adalah sumber daya 
alam terbarui (renewable resources). Saat ini polimer plastik biodegradabel 
yang telah diproduksi adalah kebanyakan dari polimer jenis poliester 
alifatik. Gambar 2 menunjukkan representatif dari polimer plastik 
biodegradabel yang sudah diproduksi skala industri. 

Poli (e-kaprolakton) (PCL) : PCL adalah polimer hasil sintesa kimia 
menggunakan bahan baku minyak bumi. PCL mempunyai sifat biodegradabilitas 
yang tinggi, dapat dihidrolisa oleh enzim lipase dan esterase yang 
tersebar luas pada tanaman, hewan dan mikroorganisme. Namun titik 
lelehnya yang rendah, Tm =60oC, menyebabkan bidang aplikasi PCL menjadi 
terbatas. 
Poli (©¬-hidroksi butirat) (PHB) : PHB adalah poliester yang diproduksi 
sebagai cadangan makanan oleh mikroorganisme seperti Alcaligenes 
(Ralstonia) eutrophus, Bacillus megaterium dsb. PHB mempunyai titik 
leleh yang tinggi (Tm = 180o C), tetapi karena kristalinitasnya yang 
tinggi menyebabkan sifat mekanik dari PHB kurang baik. Kopolimer 
poli (b-hidroksi butirat-ko-valerat) (PHB/ V) merupakan kopolimer 
hasil usaha perbaikan sifat kristalinitas dari PHB. Dalam majalah 
Scientific America edisi August 2000, Tillman U Gerngros melakukan 
kajian tentang tingkat keramahan plastik biodegradabel terhadap lingkungan.
Dia menyatakan bahwa untuk memproduksi PHB dibutuhkan total energi 
yang jauh lebih besar dibanding dengan energi yang dibutuhkan untuk 
memproduksi plastik konvensional seperti polietilen dan polietilen 
tereftalat. Kenyataannya memang beberapa perusahaan yang memproduksi 
PHB menghentikan kegiatan produksinya, disebabkan karena mahalnya 
biaya produksi yang dibutuhkan. 
Poli (butilena suksinat) (PBS): PBS mempunyai titik leleh yang setara 
dengan plastik konvensional polietilen, yaitu Tm =113o C. Kemampuan 
enzim lipase dalam menghidrolisa PBS relatif lebih rendah dibandingkan 
dengan kemampuannya menghidrolisa PCL. Untuk meningkatkan sifat biodegradabilitas 
PBS, dilakukan kopolimerisasi membentuk poli (butilen suksinat-ko-
adipat) (PBS/A). PBS dan PBS/ A memiliki sifat ketahanan hidrolisa 
kimiawi yang rendah, sehingga tidak dapat diaplikasikan untuk bidang 
aplikasi lingkungan lembab. Kopolimerisasi PBS dengan poli karbonat 
menghasilkan produk poliester karbonat yang memiliki sifat biodegradabilitas,
ketahanan hidrolisa kimiawi dan titik leleh yang tinggi. 
Poli asam laktat (PLA) : PLA merupakan poliester yang dapat diproduksi 
menggunakan bahan baku sumberdaya alam terbarui seperti pati dan 
selulosa melaui fermentasi asam laktat. Polimerisasi secara kimiawi 
untuk menghasilkan PLA dari asam laktat dapat dilakukan dengan 2 
cara, yaitu secara langsung dari asam laktat dan secara tidak langsung 
melalui pembentukan laktida (dimer asam laktat) terlebih dahulu, 
dan diikuti dengan polimerisasi menjadi PLA. PLA mempunyai titik 
leleh yang tinggi sekitar 175o C, dan dapat dibuat menjadi lembaran 
film yang transparans. Perusahaan-perusahaan besar dunia mulai bergerak 
untuk memproduksi PLA, seperti Cargill-Dow Chemicals Co. yang akan 
memproduksi PLA dengan skala 140.000 ton/ tahun dengan memanfaatkan 
pati jagung. Sedangkan di Jepang, perusahaan Shimadzu Co. dan Mitsui 
Chemicals Co. juga memiliki plant produksi PLA. Perusahaan Toyota 
kabarnya juga akan mendirikan plant industri PLA di Indonesia dengan 
memanfaatkan pati ubi jalar. Tampaknya PLA akan menjadi primadona 
plastik biodegradabel di masa datang. 


http://sinergy-forum.net/zoa/paper/html/HardaningImage2.gif
Gambar 2 Plastik biodegradabel dari golongan poliester alifatik

(2) Sifat biodegradabilitas

Pengujian sifat biodegradabilitas bahan plastik dapat dilakukan menggunakan 
enzim,mikroorganisme dan uji penguburan. Lembaga standarisasi internasional 
(ISO) telah mengeluarkan metode standar pengujian sifat biodegradabilitas 
bahan plastik sebagai berikut :

ISO 14851 : Penentuan biodegradabilitas aerobik final dari bahan 
plastik dalam media cair - Metode pengukuran kebutuhan oksigen dalam 
respirometer tertutup 
(b) ISO 14852 : Penentuan biodegradabilitas aerobik final dari bahan 
plastik dalam media cair - Metode analisa karbondioksida yang dihasilkan.

(c) ISO 14855 : Penentuan biodegradabilitas aerobik final dan disintegrasi 
dari bahan plastik dalam kondisi komposting terkendali - Metode analisa 
karbondioksida yang dihasilkan. 
Pati tropis untuk bahan baku plastik biodegradabel

Indonesia kaya akan sumberdaya alam, diantaranya pati-patian (tapioka 
dan pati sagu) yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan plastik biodegradabel.
Pengkajian pemanfaatan sumberdaya pati Indonesia untuk produksi 
plastik biodegradabel dapat dilakukan melalui 3 cara yaitu :

(1) Pencampuran (blending) antara polimer plastik dengan pati

Pencampuran dilakukan dengan menggunakan extruder atau dalam mixer 
berkecepatan tinggi (high speed mixer) yang dilengkapi pemanas untuk 
melelehkan polimer plastik. Plastik yang digunakan dapat berupa plastik 
biodegradabel (PCL, PBS, atau PLA) maupun plastik konvensional (polietilen).
Sedangkan pati yang digunakan dapat berupa pati mentah berbentuk 
granular maupun pati yang sudah tergelatinisasi. Sifat mekanik dari 
plastik biodegradabel yang dihasilkan tergantung dari keadaan penyebaran 
pati dalam fase plastik, dimana bila pati tersebar merata dalam ukuran 
mikron dalam fase plastik, maka produk plastik biodegradabel yang 
didapat akan mempunyai sifat mekanik yang baik. Tabel 1 menunjukkan 
sifat mekanik plastik biodegradabel dari campuran antara polimer 
plastik dengan pati tropis (pati sagu dan tapioka). Sifat biodegradabilitas 
dari plastik biodegradabel berbasiskan pati sangat tergantung dari 
rasio kandungan patinya. Semakin besar kandungan patinya, maka semakin 
tinggi tingkat biodegradabilitasnya. Gambar 3 menunjukkan perubahan 
morfologis dari sampel lempengan setebal 0.5 mm setelah uji penguburan 
selama 0, 1, 2, 4 dan 6 bulan. Terlihat bahwa semakin tinggi kandungan 
pati dalam campuran PCL/pati, semakin mudah terdegradasi.

Tabel 1 Sifat mekanik plastik biodegradabel berbasiskan pati tropis

Campuran plastik Kekuatan tarik (MPa) Elongasi (%)
dengan pati (50/50 berat)

Tapioka 7.9  0.7 277  34
Sagu    7.9  1.1 317  28
Tapioka 12.3 0.8 65   14
Sagu    16.4 5.0 59   9
Tapioka 16.4 5.0 1    0
Sagu    24.1 2.8 2    1


Pembanding

Produk komersial NOVON 10.7 0.4 11 1

Produk komersial MATER BI 7.8 0.6 8 1




http://sinergy-forum.net/zoa/paper/html/HardaningImage3.gif
Gambar 3. Hasil penguburan plastik biodegradabel campuran PCL dengan 
pati tropis

(2) Modifikasi kimiawi pati 

Untuk menambahkan sifat plastisitas pada pati, metode grafting sering 
digunakan. Sifat biodegradabilitas dari produk plastik yang dihasilkan 
tergantung daripada jenis polimer yang dicangkokkkan pada pati. Jika 
polimer yang dicangkokkan adalah polimer yang bersifat biodegradabel,
maka produk yang dihasilkan juga akan bersifat biodegradabel. Namun 
demikian, biasanya sifat biodegradabilitas pati akan berkurang atau 
bahkan hilang sama sekali dengan proses modifikasi kimiawi. Tabel 
2 menunjukkkan hasil grafting antara pati sagu dan tapioka dengan 
poli metil akrilat. 

Tabel 2 Grafting antara pati sagu dan tapioka dengan metil akrilat

Pati PMA/pati(g) % add-on % weight of Pati yang % konversi
PMA homopolimer ter-graft 
dengan PMA
% weight M n
-----------------------------------------------------------------
-------- 
Sagu     18.8  46.8  9.6  40.8 4.25 x 10^5 70.6
Tapioka  16.5  31.7  31.7 13.8 1.10 x 10^6 50.0


Kondisi reaksi : Pati sebanyak 10 g direaksikan dengan 15 g metil 
akrilat dengan katalis Ceric ammonium nitrat sebesar 1 x 10 ^-3 M

(3) Penggunaan pati sebagai bahan baku fermentasi menghasilkan monomer 
/ polimer plastik biodegradabel 

Pati dapat dipakai sebagai bahan baku fermentasi untuk menghasilkan 
asam laktat (monomer dari PLA), 1,4-butanediol (monomer dari PBS) 
atau poliester mikroba (PHB) atau biopolimer lainnya seperti pullulan.


Biodegradabilitas plastik biodegradabel di lingkungan Indonesia 

Sampah plastik menimbulkan masalah lingkungan karena ketidakmampuan 
lingkungan (dalam hal ini mikroorganisme) dalam merombak dan menguraikan 
plastik. Informasi mengenai kemampuan lingkungan dalam menerima (merombak,
menguraikan untuk kemudian masuk kedalam siklus materi) plastik 
biodegradabel adalah sangat penting untuk mencegah hal-hal negatif 
yang mungkin akan timbul akibat meluasnya pemakaian plastik biodegradabel.
Selain daripada pengkajian produksi plastik biodegradabel, kami 
juga melakukan evaluasi mengenai biodegradabilitas plastik biodegradabel 
di Indonesia. Evaluasi meliputi uji penguburan dan skrining mikroorganisme 
yang berkemampuan menguraikan plastik biodegradabel. Gambar 4 menunjukkan 
hasil penguburan plastik biodegradabel yang dilakukan di daerah Serpong.
Terlihat bahwa laju degradasi tiap-tiap polimer plastik berbeda 
satu sama lain. PHB dan PBS terdegradasi relatif lebih cepat, sedangkan 
laju degradasi PLA terlihat sangat lambat. Degradasi plastik di dalam 
tanah bukan hanya disebabkan oleh aktivitas mikroorganisme tetapi 
juga oleh faktor-faktor fisik dan kimiawi lain seperti kelembaban 
dan keasaman tanah. 


http://sinergy-forum.net/zoa/paper/html/HardaningImage4.gif
Gambar 4. Hasil Uji penguburan plastik biodegradabel di daerah Serpong

Skrining mikroorganisme dilakukan untuk mengetahui penyebaran mikroorganisme 
pengurai plastik dan juga rasio/ perbandingannya terhadap total mikroorganisme.
Metode zona terang (clear zone) diaplikasikan untuk mengetahui penyebaran 
mikroorganisme pengurai polimer plastik. Gambar 5 menunjukkan koloni 
yang tumbuh pada media agar berisikan kaldu nutrisi (nutrient broth) 
(Gambar 5 A) dan media agar beremulsikan polimer plastik PCL (Gambar 
5 B). Hasil pengamatan menunjukkkan tidak adanya pengaruh negatif 
terhadap pertumbuhan koloni mikroorganisme yang disebabkan karena 
keberadaan polimer plastik. Terlihat bahwa jumlah koloni yang tumbuh 
(visible colony) pada media NB maupun PCL berada dalam kisaran 107 
-108. Zona terang yang terbentuk di sekeliling koloni pada media 
PCL, menunjukkan bahwa koloni tersebut berkemampuan mengeluarkan 
enzim yang dapat menguraikan polimer plastik PCL. 

http://sinergy-forum.net/zoa/paper/html/HardaningImage5.gif
Gambar 5. Koloni yang tumbuh pada media kaya nutrisi (A) dan media 
beremulsikan PCL (B)

Gambar 6 menunjukkan hubungan antara jumlah total koloni dengan jumlah 
zona terang yang terbentuk pada media agar beremulsikan polimer plastik 
PCL, PHB, PBS dan PLA. Dari gambar terlihat bahwa dari 20 sampel 
tanah yang dipakai, seluruh sampel menunjukan adanya koloni yang 
dapat mernguraikan PCL, PHB dan PBS, namun hanya 2 sampel yang menunjukkan 
adanya koloni yang dapat menguraikan PLA. Ini menunjukkan bahwa penyebaran 
mikroorganisme pengurai PLA adalah lebih sempit dibandingkan dengan 
penyebaran mikroorganisme pengurai poliester lainnya. Kemudian dari 
jumlah zona terang yang terbentuk pada media beremulsikan PLA, terlihat 
bahwa jumlah mikroorganisme pengurai PLA sangat sedikit yaitu sekitar 
1.0% dari jumlah total mikroorganisme. Hasil skrining di atas mendukung 
hasil penguburan plastik film PLA (Gambar 4), dimana laju degradasi 
plastik film PLA lebih lambat dibandingkan dengan plastik lainnya.



http://sinergy-forum.net/zoa/paper/html/HardaningImage6.gif
Gambar 6. Hubungan antara jumlah total koloni dengan zona terang 
yang tumbuh pada media agar beremulsikan polimer plastik biodegradabel

Kesimpulan 

Pengembangan bahan plastik biodegradabel merupakan alternatif untuk 
memecahkan masalah penanganan sampah plastik. Produksi bahan plastik 
biodegradabel mengalami peningkatan seiring dengan meningkatnya kesadaran 
akan pentingnya kelestarian lingkungan. Pendayagunaan pati tropis 
seperti sagu dan tapioka untuk bahan baku plastik biodegradabel bukan 
hanya membuka peluang terciptanya industri baru, tetapi juga memberikan 
andil dalam penyelesaian masalah penanganan sampah plastik di Indonesia.
Informasi mengenai kemampuan lingkungan dalam menerima polimer plastik 
baru sangat diperlukan untuk mencegah hal-hal negatif yang mungkin 
akan timbul dengan meluasnya pemakaian plastik biodegradabel di masa 
datang. 








Reply via email to