Ekstraksi dan Pengomposan Serat Pisang yang Berkelanjutan dengan Desain Mesin yang Dapat Ditiru

Pisang adalah buah yang paling banyak diproduksi di dunia, dibudidayakan di seluruh wilayah tropis dan subtropis antara 40°LU dan 40°LS. Di Nepal, varietas yang paling umum digunakan dalam produksi Sparśa adalah Musa paradisiaca (kelompok AAB), yang secara lokal dikenal sebagai Malbhog. Tanaman pisang membutuhkan waktu 9-12 bulan untuk menjadi dewasa dan terus menerus membentuk daun dari intinya. Selubung daun yang tumpang tindih ini membentuk batang semu, yang tumbuh hingga pembungaan dimulai. Setelah berbuah dan dipanen, batang semu dipotong pada bagian pangkalnya karena setiap batang hanya menghasilkan pisang satu kali. Pemotongan batang juga merangsang pertumbuhan batang semu berikutnya dari tanaman yang sama. Selama siklus hidupnya, tanaman pisang dapat menghasilkan sekitar 25 batang semu, yang masing-masing tumbuh dengan kecepatan yang berbeda dan dipanen pada waktu yang berbeda.

Siklus pertanian ini menghasilkan limbah dalam jumlah besar. Setiap tandan pisang yang dipanen menghasilkan satu batang semu dengan berat sekitar 30-40 kg. Petani sering membakar batang-batang ini atau membiarkannya membusuk di ladang. Pembakaran membutuhkan minyak tanah atau bahan bakar lain karena batang pisang sangat lembab, yang menyebabkan emisi gas rumah kaca dan asap tebal. Membiarkan batang membusuk membutuhkan waktu berbulan-bulan dan menghabiskan banyak ruang di lahan pertanian.

Distrik-distrik utama penghasil pisang di Nepal meliputi Morang, Jhapa, Saptari, Chitwan, Kailali, dan Nawalparasi. Secara nasional, pertanian pisang mencakup sekitar 21.413 hektar dan menghasilkan sekitar 1.284.780 ton limbah pertanian setiap tahunnya. Di antara area-area tersebut, kotamadya Susta di Nawalparasi memiliki hampir 2.200 hektar lahan pertanian - salah satu konsentrasi tertinggi di Nepal - yang menghasilkan sekitar 132.000 ton limbah per tahun. Di sinilah Sparśa memilih untuk mendirikan pabrik ekstraksi seratnya.

Komunitas pertanian Susta dipimpin oleh masyarakat dan terbuka serta antusias untuk berkolaborasi dengan kami, menjadikan kemitraan ini praktis dan berdampak. Daerah tersebut secara strategis dan sosial cocok: bahan baku melimpah, dan jarak transportasi pendek, memastikan batang kayu dapat diproses dalam waktu 72 jam untuk menjaga kualitas serat. Pada saat yang sama, Susta menghadapi tantangan sosial yang mengakar kuat. Perempuan memiliki kesempatan yang terbatas di luar rumah tangga dan sering kali tidak memiliki hak yang sama dan keterwakilan dalam pengambilan keputusan di masyarakat. Stigma menstruasi masih kuat. Mendirikan pabrik di sini memungkinkan kami untuk menciptakan lapangan kerja yang bermartabat bagi perempuan, mendukung kemandirian finansial mereka, dan menjalankan kampanye edukasi seputar kesehatan menstruasi dan kelestarian lingkungan.

Sparśa mengembangkan model ekonomi sirkular yang mengubah limbah pertanian menjadi peluang. Batang pisang dikumpulkan secara gratis dari petani setelah panen, dan sebagai gantinya, pabrik menyediakan kompos organik yang dihasilkan dari residu ekstraksi serat. Pertukaran non-moneter ini mengurangi limbah, mendukung kesuburan tanah, dan membangun kepercayaan jangka panjang dengan para petani.

Serat tanaman pisang mengandung 60-65% selulosa, dengan fraksi yang lebih kecil dari hemiselulosa (6-19%), lignin (5-10%), pektin (3-5%), abu (1-3%), dan ekstraktif (3-6%). Setelah pseudostem mencapai pabrik, selubungnya dipisahkan. Kematangan serat bervariasi tergantung pada posisi selubung di dalam batang-lapisan luar biasanya menghasilkan serat yang lebih kaku, sementara lapisan dalam menghasilkan serat yang lebih lembut. Akibatnya, ekstraksi bisa jadi sedikit tidak homogen kecuali operator menilai dan memisahkan pelepah dengan benar. Rata-rata, 11 daun luar yang dapat digunakan dapat diekstraksi per pseudostem.

Fasilitas ekstraksi serat Sparśa memproses batang menjadi serat yang digunakan untuk pembalut yang dapat dikomposkan. Batang harus diproses dalam waktu 72 jam karena kadar airnya mencapai 90-92%. Proses yang tertunda dapat memicu pembusukan dan fermentasi, menyebabkan perubahan warna, bau, dan degradasi mikroba. Hasil serat tetap rendah: 20 kg pseudostem menghasilkan sekitar 150 gram serat kering, meninggalkan residu dalam jumlah besar yang diubah menjadi kompos.

Pekerja tambahan dipekerjakan secara musiman selama 3-4 bulan (Agustus-November) untuk memanen, memotong, dan mengangkut batang dari ladang ke pabrik. Biaya operasional utama meliputi tenaga kerja dan transportasi traktor. Sekitar 6.772 m² kebun dapat memasok pseudostem yang cukup setiap tahunnya untuk produksi serat yang konsisten.

Setelah memanen buah pisang, petani biasanya membuang batang semu-sering disebut batang-yang sebenarnya menyimpan serat alami yang berharga di dalam pelepahnya yang berlapis-lapis. Namun, sebelum ekstraksi serat dapat dimulai, batang semu harus dibelah memanjang untuk memperlihatkan masing-masing selubung. Langkah ini sangat penting untuk pemisahan yang efisien dan secara signifikan mengurangi upaya operator selama ekstraksi.

Awalnya, Sparśa menggunakan pemotong pseudostem berbasis gergaji bundar yang memungkinkan para pekerja membelah batang menjadi dua bagian. Meskipun fungsional, versi sebelumnya ini mengharuskan operator untuk terus menerus mengangkat, menyeimbangkan, dan secara manual mendorong pseudostem yang berat melalui mata pisau. Hal ini membuat proses ini menuntut fisik, memakan waktu, dan melelahkan. Hal ini juga membatasi hasil produksi, karena hanya satu batang yang dapat diproses dalam satu waktu dan kelelahan operator dengan cepat memperlambat alur kerja. Kendala-kendala ini membuat proses produksi serat secara keseluruhan menjadi kurang efisien dan sulit untuk dilakukan dalam waktu kerja yang lama.

Untuk mengatasi keterbatasan ini, sebuah trunk cutter yang baru dan lebih baik dirancang. Model yang ditingkatkan ini menggantikan pendorongan manual dengan mekanisme pengumpanan rantai dan sproket yang secara otomatis mencengkeram dan memajukan batang semu ke arah zona pemotongan. Alih-alih mengandalkan mata gergaji bundar, mesin ini menggunakan dua mata gergaji tegak lurus yang diposisikan untuk membelah batang menjadi dua bagian dalam sekali potong. Sistem terintegrasi ini menawarkan beberapa keuntungan:

• Mengurangi ketegangan fisik: Operator tidak perlu lagi mendorong batang yang berat secara manual.
• Hasil produksi yang lebih tinggi: Pengumpanan otomatis yang terus menerus memungkinkan hasil yang lebih cepat dan konsisten.
• Keamanan yang lebih baik: Jarak pengumpanan yang terjaga dan terkendali menjauhkan operator dari mata pisau yang bergerak.
• Pemotongan yang lebih presisi: Pemakanan otomatis mempertahankan keselarasan pemotongan yang konsisten.

Prosesnya bekerja sebagai berikut:

1. Penempatan: Pseudostem ditempatkan pada platform pengumpanan rantai.
2. Pengikatan: Rantai dan sprocket mencengkeram batang dengan aman dan mengarahkannya ke depan.
3. Pemotongan: Batang melewati dua bilah tegak lurus, yang membelahnya menjadi dua bagian.
4. Keluaran: Potongan-potongan yang terpotong jatuh ke sisi pengumpul, di mana potongan-potongan tersebut dapat dikupas secara manual untuk ekstraksi serat.

Setelah membelah, operator mengupas setiap lapisan selubung dengan tangan. Setiap selubung mengandung zona berserat bersama dengan jaringan bagian dalam yang lebih lembut. Operator memangkas bagian tepi yang tidak berserat dengan menggunakan pisau untuk membuang bagian dengan sedikit atau tanpa serat, memastikan bahwa hanya material yang kaya serat yang bergerak ke mesin ekstraksi.

Pemotong yang lebih baik ini telah membuat penanganan material menjadi jauh lebih mudah, mengurangi kelelahan operator, dan mendukung konsistensi yang lebih besar dalam alur kerja ekstraksi. Alat ini juga membuat proses tersebut dapat diakses oleh para pekerja yang memiliki kekuatan fisik yang lebih rendah, termasuk para wanita yang merupakan bagian penting dari tenaga kerja Sparśa.

Ekstraksi serat pisang menawarkan cara yang berkelanjutan untuk mengubah limbah pertanian menjadi bahan alami yang bernilai tinggi. Setelah panen buah, batang pisang yang biasanya dibuang, kaya akan serat yang panjang dan tahan lama yang cocok untuk produk yang dapat terurai secara alami, tekstil, tali, kertas, dan pembalut.

Untuk mengekstrak serat-serat ini secara efisien dan konsisten, Sparśa mengembangkan mesin ekstraksi serat pisang semi-otomatis yang secara signifikan meningkatkan hasil dan kualitas dibandingkan dengan pengikisan secara manual.

Mesin ini adalah sistem yang digerakkan oleh motor yang menggunakan drum berputar yang dilengkapi dengan pisau pengikis, yang digerakkan oleh motor listrik 3 HP. Selama pengoperasian, operator memasukkan pelepah pisang secara manual di antara roller yang berputar dan batang penyangga yang tidak bergerak. Saat pelepah pisang melewatinya, bilah mengikis bahan luar yang berdaging, memisahkan dan melepaskan serat yang bersih. Sistem tekanan rol yang dapat disesuaikan memungkinkan operator untuk menyempurnakan celah tergantung pada ketebalan selubung, memastikan pengoperasian yang lebih halus dan hasil yang lebih berkualitas.

Transmisi sabuk dan katrol yang sederhana mentransfer energi dari motor ke drum. Sistem ini sengaja dirancang untuk perawatan yang rendah, mudah diperbaiki di bengkel-bengkel pedesaan, dan sepenuhnya kompatibel dengan komponen yang tersedia di pasar lokal. Rangka las yang ringkas memberikan stabilitas, bahkan selama siklus operasional yang panjang.

Dalam kondisi normal, mesin ini menghasilkan sekitar 5 kilogram serat kering per 6-8 jam kerja per hari, tergantung dari jenis pisang, kondisi pelepah, ketajaman mata pisau, dan keterampilan operator.

Langkah-langkah kerja terperinci:

1. Persiapan:
   Batang semu pisang dikumpulkan, dibelah, dikupas menjadi pelepah, dan dipangkas dengan panjang sekitar 1-1,5 meter.
2. Pemberian makan:
   Satu demi satu pelepah dimasukkan ke dalam mesin, dengan tekanan roller yang disesuaikan dengan kadar air dan ketebalan pelepah.
3. Ekstraksi:
   Drum yang berputar menghilangkan jaringan yang kaya air dan membebaskan serat yang tertanam. Proses ini diulangi pada kedua bagian dari selubung untuk memaksimalkan hasil.
4. Pengeringan dan Penyimpanan:
   Serat yang telah diekstraksi dijemur di bawah sinar matahari atau ditempatkan di pengering matahari selama 1-1,5 hari, tergantung cuaca. Setelah kering, serat-serat tersebut dibundel dan disimpan untuk tahap pemrosesan selanjutnya.

Rantai pengolahan dimulai setelah batang semu pisang dikumpulkan dari perkebunan terdekat. Setiap batang semu terbuat dari pelepah daun yang saling tumpang tindih. Pelepah luar dan daun dibuang terlebih dahulu untuk memperlihatkan lapisan dalam yang dapat digunakan. Dengan menggunakan pemotong batang, pseudostem dibelah dua secara memanjang, yang membuat pengupasan selubung menjadi lebih mudah dan mempercepat proses ekstraksi.

Pelepah yang telah dipisahkan kemudian dimasukkan ke dalam ekstraktor serat pisang semi-otomatis Sparśa. Setiap pelepah mengandung beberapa lapisan dengan proporsi yang berbeda dari bahan berserat dan jaringan bagian dalam yang lembut. Selama ekstraksi, salah satu ujung pelepah dimasukkan ke dalam mesin sementara operator memegang ujung lainnya. Drum yang berputar dan pisau pengikis memecah bahan dinding bagian dalam, melepaskan serat yang tertanam. Lapisan dalam yang lebih lembut dan kaya air dikikis dalam prosesnya. Operator mengulangi ekstraksi pada kedua ujung selubung untuk memaksimalkan pemulihan serat.

Untuk kualitas serat terbaik, ekstraksi harus dilakukan dalam waktu 72 jam setelah pemanenan pseudostem. Dengan kadar air 90-92%, batang akan terurai dengan cepat. Pengolahan yang tertunda menyebabkan fermentasi, perubahan warna, dan bau yang tidak sedap, yang semuanya membahayakan serat yang dihasilkan.

Pabrik serat Sparśa mengoperasikan tiga mesin ekstraksi, masing-masing menghasilkan sekitar 3 kilogram serat kering per hari, sehingga total produksi harian sekitar 9 kg. Para operator biasanya menjadi mahir dalam waktu satu minggu setelah pelatihan, dan efisiensi mereka meningkat secara nyata seiring dengan pengalaman, sehingga menghasilkan produksi serat yang lebih konsisten.

Serat yang diekstraksi, dengan panjang sekitar empat kaki, dikeringkan segera setelah ekstraksi. Pengeringan dilakukan di bawah sinar matahari atau di dalam pengering tenaga surya seluas 251.712 kaki persegi. Pengeringan dengan tenaga surya membutuhkan waktu 1-1,5 hari di musim panas dan hingga 3 hari di musim dingin, tergantung kondisi cuaca. Setelah benar-benar kering, serat-serat tersebut dibundel dan disimpan untuk tahap selanjutnya.

Selanjutnya, serat-serat tersebut dihaluskan menjadi kertas. Serat-serat yang panjang dipotong menjadi potongan-potongan yang lebih kecil agar lebih mudah diproses, dicuci untuk menghilangkan kotoran, dan dimasukkan ke dalam pemukul Hollander, di mana serat-serat tersebut dipukul menjadi bubur yang seragam.

Karena kertas akhir digunakan dalam produk sanitasi, maka kebersihan dan pengendalian mikroba sangat penting. Untuk alasan ini, kami merebus bubur setelah pemukulan, daripada memasak serat mentah terlebih dahulu. Pemukulan membutuhkan waktu yang lama, dan jika serat direbus terlebih dahulu, periode pemrosesan yang lama akan meningkatkan risiko kontaminasi. Dengan merebus bubur setelah pemukulan, kami meminimalkan pertumbuhan mikroba dan dapat langsung melanjutkan ke pembentukan lembaran setelahnya, memastikan produksi kertas yang higienis dan memenuhi standar sanitasi.

Setelah dimasak, bubur diencerkan dengan air dalam tong besar untuk mencapai konsistensi yang tepat untuk pembentukan lembaran. Bingkai jala dicelupkan ke dalam tong, sehingga lapisan serat yang tipis dan rata mengendap di permukaannya dan membentuk lembaran basah awal. Lembaran ini kemudian ditempatkan di bawah mesin pengepres, yang menghilangkan kelebihan air dan memadatkan serat. Terakhir, lembaran yang telah dipres dipindahkan ke pengering tenaga surya, untuk dikeringkan menjadi kertas serat pisang yang kuat dan tahan lama.

Penggunaan Serat

Serat pisang adalah bahan alami serbaguna yang dapat digunakan untuk tekstil, tali, karpet, geotekstil, kerajinan tangan, produk kertas, dan kemasan ramah lingkungan. Serat pisang dihargai karena kekuatannya, kemampuannya terurai secara alami, dan terbarukan. Secara global, penelitian terus mengeksplorasi biomassa pisang sebagai alternatif yang berkelanjutan untuk serat sintetis, mendukung model ekonomi sirkular dan mengurangi limbah pertanian.

Di Sparśa, fokus utamanya adalah memproduksi serat pisang kelas kertas, yang digunakan sebagai inti penyerap pembalut kompos Sparśa. Hal ini sejalan dengan tujuan proyek untuk menciptakan produk kebersihan yang bertanggung jawab terhadap lingkungan, mengurangi polusi plastik, dan menunjukkan bagaimana limbah pertanian dapat diubah menjadi solusi yang berdampak sosial.

Pertanian pisang menghasilkan limbah dalam jumlah besar, termasuk batang semu yang tidak cocok untuk ekstraksi serat, daun, dan bubur yang dihasilkan selama proses ekstraksi serat. Alih-alih membakar biomassa ini atau membiarkannya membusuk-keduanya berkontribusi terhadap emisi gas rumah kaca-Sparśa mengubahnya menjadi kompos organik. Pendekatan ini mengurangi emisi metana, mendukung kesehatan tanah, dan memperkuat misi nol-limbah proyek.

Bahan Limbah yang Digunakan

• Daun pisang (40%) - dipotong kecil-kecil (3-50 mm).
• Batang pisang (35% ) - bagian yang tidak dapat digunakan, dicacah selagi masih segar agar lebih cepat terurai.
• Bubur (25%) - limbah berserat yang tersisa setelah ekstraksi, diperas untuk menghilangkan kelebihan air.
• Biochar (opsional) - ditambahkan untuk meningkatkan aerasi, aktivitas mikroba, dan retensi nutrisi.

Resep kompos bertujuan untuk mencapai rasio Karbon-ke-Nitrogen (C:N) yang ideal, yaitu 20:1 hingga 35:1, karena rasio ini mempengaruhi aktivitas mikroba dan kecepatan penguraian.

Prosedur Pengomposan:

1. Pra-proses bahan: Potong daun dan batang pohon hingga berukuran 3-50 mm. Tekan bubur untuk mengurangi kelembapan.
2. Timbang atau perkirakan jumlahnya: Gunakan timbangan digital pada awalnya; kemudian, pekerja dapat memperkirakan berdasarkan volume.
3. Aduk rata: Campurkan bahan-bahan dengan perbandingan 40:35:25 untuk membentuk tumpukan kompos yang seragam.
4. Sesuaikan kelembapan: Capai kadar air 50-60%. Tambahkan air jika kering; tambahkan cacahan daun/batang kering jika terlalu basah.
5. Beri label pada tumpukan: Tandai setiap tumpukan kompos baru dengan tanggal, nomor batch, dan komposisi.
6. Pantau kondisi: Pantau suhu, kelembapan, dan kondisi tumpukan dengan menggunakan lembar pemantauan dari pabrik.

Suhu diukur pada dua kedalaman: 25 cm dan 50 cm. Pengomposan yang benar membutuhkan suhu antara 55-65°C untuk sanitasi. Penurunan suhu yang stabil atau distribusi panas internal yang tidak merata mengindikasikan perlunya membalik tumpukan. Suhu yang ekstrim (>75°C) harus dihindari untuk mencegah terjadinya panas berlebih.

Setelah 4-5 bulan, kompos menjadi stabil, rapuh, tidak berbau, dan siap digunakan untuk pertanian. Kompos yang sudah jadi akan menyuburkan tanah, mengurangi ketergantungan pada pupuk kimia, dan memastikan pemanfaatan limbah tanaman pisang secara maksimal.