Keberlanjutan
Kayu Transparan Inovatif Menawarkan Pengganti Plastik yang Berkelanjutan
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Salah satu sumber daya terbarukan dan berkelanjutan yang paling penting adalah kayu. Kayu ada di sekitar kita dan memiliki kualitas yang menakjubkan. Material yang tahan lama dan serbaguna ini adalah isolator alami yang tidak mencemari dan berkelanjutan.
Kayu memiliki berbagai macam penggunaan, mulai dari kayu bakar, kertas, dan konstruksi hingga furnitur, bahan bakar, perisa, dan wewangian. Kayu telah menjadi kunci peradaban manusia dan perkembangan ekonomi selama berabad-abad.
Sekarang, kita semua familiar dengan kayu, berbagai kegunaannya, dan pentingnya dalam hidup kita. Namun kayu bahkan dapat dibuat transparan. Material padat yang secara alami berasal dari pohon ini dapat diubah menjadi kayu transparan dengan mengganti komponen utama kayu.
Kayu memiliki tiga komponen utama: selulosa, hemiselulosa, dan lignin, dan menghilangkan lignin serta hemiselulosa membuat kayu menjadi transparan.
Warna gelap lignin disebabkan oleh kromofor kompleks. Sementara itu, selulosa dan hemiselulosa tidak berwarna.
Ketika komponen-komponen ini dihilangkan, jaringan selulosa berpori seperti kertas yang tersisa. Material tidak berwarna kemudian mengisi pori-pori tersebut, mengembalikan sebagian kekakuan.
Transformasi menakjubkan kayu ini, yang membuatnya transparan sambil mempertahankan kekuatannya, bukanlah hal baru; pertama kali ditemukan beberapa dekade lalu, namun baru-baru ini mendapat perhatian dalam penelitian material berkelanjutan.
Kayu Transparan: Terobosan Ilmiah
Transformasi kayu menjadi material transparan dimulai pada tahun 1992 oleh ilmuwan Jerman Siegfried Fink.
Gagasannya adalah melihat mekanisme internal tanaman berkayu tanpa harus membedahnya. Jadi, ahli botani tersebut memutihkan pigmen-pigmen dan akhirnya menciptakan kayu transparan.
Selama lebih dari satu dekade sejak penemuan Fink, tidak ada penelitian yang mengeksplorasi bidang ini, sampai Lars Berglund, ilmuwan material di KTH Royal Institute of Technology di Swedia, meneliti pembuatan alternatif plastik transparan.
Lima tahun setelah pertama kali mengembangkan kayu transparan, para peneliti berhasil menguji1 alternatif ramah lingkungan pada tahun 2021. Alternatif tersebut adalah limonena akrilat, yang dibuat dari jeruk terbarukan seperti limbah kulit.
“Mengganti polimer berbasis fosil telah menjadi salah satu tantangan yang kami hadapi dalam membuat kayu transparan yang berkelanjutan.”
– Berglund kata pada saat itu
Komposit baru tersebut memberikan transmisi optik sebesar 90% pada ketebalan 1,2 mm dan kabut yang sangat rendah sebesar 30%. Dikembangkan untuk penggunaan struktural, ia menunjukkan kinerja mekanik yang kuat, dengan elastisitas 17 GPa (sekitar 2,5 Mpsi) dan kekuatan 174 MPa (25,2 ksi).
Pada waktu yang sama ketika KTH Royal Institute pertama kali mengeksplorasi kayu transparan, Profesor Liang Bing Hu di University of Maryland (UMD) tertarik memanfaatkan kekuatan kayu. Mereka menemukan bahwa kayu transparan, ketika ditambahkan resin epoksi, sepuluh kali lebih tahan lama daripada kaca dan tiga kali lebih kuat daripada plastik transparan.
Pada tahun 2019, peneliti UMD mengembangkan2 material struktural dengan kekuatan mekanik 404,3 megapascal, lebih dari delapan kali lipat kayu alami, melalui delignifikasi lengkap dan densifikasi kayu. Menurut para peneliti, kayu pendingin mereka dapat menghasilkan penghematan energi antara 20% dan 60%.
Popularitas Kayu Transparan yang Semakin Meningkat dalam Penelitian
Dengan kemajuan berkelanjutan di bidang ini selama beberapa tahun terakhir, kayu transparan tidak lagi sekadar noveltas ilmiah. Kini ia mulai mendapatkan sorotan karena eksperimen mulai membuahkan hasil dan menunjukkan potensi di luar laboratorium.
Sifat optik, fisik, dan mekanik kayu transparan, khususnya, sedang menjadi perbincangan hangat. Misalnya, kayu transparan sangat kuat sekaligus ringan.
Tidak hanya itu, kayu transparan juga jauh lebih baik dalam isolasi dibandingkan kaca, yang berarti memiliki manfaat besar dalam arsitektur. Namun, kaca dianggap lebih ramah lingkungan karena tidak beracun dan lebih mudah didaur ulang.
Meskipun begitu, kayu transparan memiliki banyak keunggulan lingkungan, seperti material lain yang berasal dari tumbuhan. Pertama, ia dapat terurai secara hayati. Ia juga dapat ditanam secara tak terbatas, dan pertumbuhan baru ini menangkap serta menyerap CO2, menjadikannya menguntungkan bagi lingkungan.
Studi penilaian siklus hidup kayu transparan3 menemukan bahwa, berkat sifatnya yang dapat diperbaharui dan dapat terurai secara hayati, kayu transparan berpotensi menggantikan polimer berbasis minyak bumi tradisional. Analisis akhir hayat (EOL) menunjukkan dampak ekologi yang berkurang secara signifikan (107 kali) dibandingkan polietilena.
Studi tersebut lebih lanjut mencatat bahwa analisis cradle-to-gate dari TW menunjukkan bahwa delignifikasi menggunakan natrium sulfite, natrium hidroksida, dan hidrogen peroksida, bersama infiltrasi epoksi, menghasilkan dampak lingkungan terendah.
Mengenai kasus penggunaan, kayu transparan dapat dipakai dalam lampu penerangan, jendela pintar, bahkan smartphone Anda. Ia juga diperkirakan akan menemukan aplikasi di sektor otomotif dengan insinyur yang bekerja mengintegrasikan elektronik ke dalam kayu transparan yang sensitif sentuh.
Aplikasi lain untuk kayu ini juga sedang dikembangkan, termasuk LED berbasis kayu dan pelindung terhadap interferensi elektromagnetik (EMI) dengan menambahkan nanopartikel magnetik.
Namun tentu saja, adopsi luas kayu transparan belum tercapai karena belum adanya teknik fabrikasi berskala besar. Selain itu, peneliti sedang berupaya meningkatkan keberlanjutan produksi kayu transparan.
Klik di sini untuk mempelajari bagaimana mass timber membuka jalan bagi gedung pencakar langit kayu.
Menggunakan Material Alami untuk Membuat Kayu Transparan yang Kuat
Para peneliti sebenarnya telah mengembangkan kayu semi-transparan menggunakan material alami seperti putih telur dan beras, menghasilkan alternatif plastik yang kuat dan dapat terurai secara hayati.
Bharat Baruah, seorang profesor kimia di Kennesaw State University (KSU), mempresentasikan penelitian tersebut pada pertemuan American Chemical Society (ACS). Penelitian ini bertujuan menciptakan kayu transparan (TW) dengan sifat seperti konduktivitas listrik, transparansi optik, dan fleksibilitas.
Dengan sifat-sifat ini, kayu dapat digunakan dalam perangkat hemat energi dan listrik, yang merupakan bagian tak tergantikan dalam hidup kita.
Untuk membangun perangkat seperti sensor, elektronik fleksibel, dan perangkat penyimpanan energi, kita membutuhkan material yang murah dan mudah didapat serta mudah diproduksi. Secara konvensional, plastik telah memenuhi peran ini, namun material yang tidak dapat terurai ini tidak hanya bertahan di lingkungan selama ratusan tahun tetapi juga merusak ekosistem.
“Di era modern, plastik ada di mana-mana, termasuk pada perangkat yang kita bawa. Dan menjadi masalah ketika perangkat tersebut mencapai akhir masa pakainya. Plastik tidak dapat terurai. Jadi, saya bertanya, bagaimana jika kita dapat menciptakan sesuatu yang alami dan dapat terurai secara hayati sebagai gantinya?”
– Baruah
Dengan tujuan menemukan alternatif yang lebih murah, mudah didapat, dan mudah diproduksi menjadi perangkat elektronik, peneliti secara alami meneliti kayu.
Dalam studi terbaru, peneliti menyuntikkan kayu yang telah dihilangkan ligninnya (DW) dengan polimer yang biokompatibel dan dapat terurai secara hayati untuk membuat kayu transparan (TW). Polimer alami ini menambah fleksibilitas pada kayu transparan.
Sementara itu, penambahan nanokabel perak (AgNWs) ke dalamnya memperkenalkan konduktivitas listrik pada TW. Kayu yang dimodifikasi (MW) hasilnya, menurut peneliti, “akan memiliki potensi besar dalam optoelektronik, penyimpanan energi, dan perangkat biomedis.”
Material inovatif ini berpotensi merevolusi industri dengan menyediakan pengganti plastik yang ramah lingkungan pada produk seperti layar smartphone dan jendela hemat energi. Mengingat sifatnya yang menjanjikan, aplikasi komersial dapat diperkirakan muncul dalam 3 hingga 5 tahun ke depan.
Memperluas Penggunaan Kayu Transparan dengan Menambahkan Konduktivitas
Kayu transparan, meskipun telah dikembangkan selama bertahun-tahun, masih menggunakan plastik, berupa epoksi, untuk memperkuatnya. Jadi, Baruah harus menemukan material alami untuk menjaga kayu tetap kuat dan stabil seiring waktu.
Didanai oleh KSU dan produsen filtrasi udara Purafil, dalam studi terbaru, Baruah menggunakan kayu balsa dan menghilangkan lignin serta hemiselulosa. Penghilangan dilakukan menggunakan ruang vakum dan bahan kimia, termasuk pemutih encer, natrium hidroksida (sejenis soda kaustik), dan natrium sulfite, yang merupakan agen delignifikasi.
Sekarang, untuk mengisi kembali pori-pori, kayu direndam dalam campuran putih telur dan ekstrak beras. Agen pengeras yang disebut diethylenetriamine juga digunakan untuk memastikan material tetap tembus pandang.
Karena reagen ini digunakan dalam jumlah kecil, para peneliti mengatakan, mereka menimbulkan sedikit bahaya bagi lingkungan. Beberapa agen pengeras, terutama yang digunakan dengan resin epoksi, dapat menimbulkan ancaman lingkungan karena toksisitasnya, dan bila tidak dibuang dengan benar, berpotensi mencemari. Pada akhirnya, hanya tersisa irisan kayu semi-transparan yang fleksibel dan tahan lama.
Langkah selanjutnya adalah mengeksplorasi aplikasi potensial untuk kayu rekayasa ini. Salah satu kasus penggunaan yang diteliti adalah penggantian jendela kaca.
Untuk ini, Baruah pertama kali merenovasi rumah burung menjadi rumah kecil berinsulasi dengan satu jendela. Selanjutnya, untuk menguji efisiensi energinya, rumah burung tersebut diletakkan di bawah lampu pemanas dengan pengukur suhu di dalamnya.
Setelah menggunakan kayu transparan, tim menemukan suhu di dalam rumah kecil tersebut 5 hingga 6 derajat Celsius (atau 9 hingga 11 derajat Fahrenheit) lebih rendah dibandingkan saat menggunakan kaca. Hal ini menunjukkan kegunaan material baru sebagai alternatif hemat energi untuk kaca pada jendela.
Tim kemudian menambahkan nanokabel perak pada beberapa sampel untuk memperluas aplikasi potensial TW. Penambahan nanokabel perak memungkinkan kayu, yang biasanya konduktor listrik buruk, menjadi konduktor listrik. Sifat ini membuat kayu yang dimodifikasi berguna sebagai lapisan pelindung untuk sel surya atau sensor yang dapat dipakai.
Meskipun nanokabel perak tidak dapat terdegradasi oleh organisme hidup seperti bakteri, tim berencana melakukan eksperimen lebih lanjut menggunakan material konduktif seperti graphene untuk mempertahankan kealamian penuh kayu transparan mereka.
Pekerjaan di sini belum selesai, karena diperlukan lebih banyak penelitian untuk meningkatkan transparansi kayu. Namun, tim sangat antusias dengan pencapaian awal mereka, yaitu penggunaan material alami dan murah.
“Saya ingin menyampaikan pesan kepada mahasiswa sarjana saya bahwa Anda dapat melakukan penelitian menarik tanpa menghabiskan ribuan dolar.”
– Baruah
Nippon Paper Industries Co., Ltd.
Sebagai pemimpin dalam pengembangan material berbasis kayu canggih, Nippon Paper sedang mengeksplorasi alternatif berkelanjutan untuk plastik tradisional.
Salah satu produk ramah lingkungan mereka meliputi Non-Aluminum FUJIPAK, karton minuman yang dapat disimpan dalam jangka waktu lama pada suhu ruangan. Alih-alih menggunakan aluminium sebagai lapisan penghalang, produk ini menggunakan material biomassa terbarukan, seperti karton yang dilapisi film penghalang. Dengan mengikuti jalur yang sama seperti karton susu untuk pengumpulan, tingkat daur ulangnya diproyeksikan meningkat. Selain itu, menghilangkan aluminium memudahkan proses polietilena setelah pemulihan serat selulosa.
Produk lainnya adalah School POP®, yaitu karton tanpa sedotan yang mengurangi plastik sekali pakai dalam kehidupan sehari-hari. Menurut Nippon, produk ini dapat membantu meningkatkan kesadaran lingkungan sejak usia dini. Produk ini dikembangkan untuk susu sekolah dan berkontribusi pada pencegahan kehilangan makanan.
SPOPS® adalah produk lain dari Nippon yang menggantikan “pengisian ulang” sampo dengan “penggantian”. Menurut perusahaan, waktu pengisian ulang berkurang hingga 75% dengan SPOPS®, yang melibatkan penghilangan pompa, penggantian kartrid, dan pemasangan kembali pompa.
Penggunaan kertas sebagai material utama sekaligus mengurangi penggunaan plastik sebesar 25% hingga 40%, menjadikannya “ramah pengguna” dan “ramah lingkungan”. Meskipun merupakan produk kertas, ia menawarkan fungsionalitas tinggi karena SPOPS® dapat menangani berbagai cairan seperti alkohol konsentrasi tinggi dan surfaktan.
Beberapa bulan lalu, Nippon mengumumkan ekspansi bisnis SPOPS ke pasar Korea Selatan bekerja sama dengan merek gaya hidup NOTRAC Inc. di bawah merek “ECOJE”.
Selanjutnya ada material kemasan ramah lingkungan bernama SHIELDPLUS® yang menggunakan “teknologi pelapisan berbasis air pembuatan kertas” untuk material 100% kayu, selulosa nanofiber (CNF) bernama Cellenpia® yang dibuat dengan teknologi yang memecah serat selulosa menjadi sangat kecil (nano), MinerPa® dengan kemampuan cetakan pulp unik dan berbagai fungsi anorganik, kertas yang dapat disegel panas Lamina® yang dapat digunakan untuk kemasan tanpa laminasi, serta karton dasar multifungsi Waterproof Liner.
Nippon juga merupakan produsen lignin yang mengembangkan produk dengan memanfaatkan sifat unggulnya. Sifat dispersi, penggumpalan, dan kelasi produk lignin membuatnya banyak digunakan di bidang industri.
Selain upaya berkelanjutan ini, Nippon Paper Industries yang berkantor pusat di Jepang memproduksi dan menjual produk kertas melalui berbagai segmen, termasuk Kertas dan Pulp, Produk Terkait Kertas, Produk Kayu, Produk Terkait Konstruksi, dan lainnya.
Pada saat penulisan ini, saham perusahaan diperdagangkan pada $7,96, dengan rasio P/E 3,75 dan rasio Harga terhadap Penjualan 0,10. Perusahaan membayar dividen sebesar 0,95%.
Untuk kuartal tiga tahun keuangan 2025, Nippon melaporkan peningkatan 1,3% dalam penjualan bersih menjadi 886,3 miliar yen ($5,9 miliar) meskipun permintaan kertas grafis menurun. Hal ini disebabkan oleh pertumbuhan penjualan kertas rumah tangga, produk perawatan kesehatan, dan bahan kimia. Pendapatan operasional juga meningkat 9,2% secara tahunan menjadi 11,1 miliar yen ($74,2 juta) berkat kinerja kuat di Bisnis Energi.
Volume penjualan domestik Nippon untuk produk kertas dan karton menurun akibat permintaan yang lesu, begitu pula dengan keuntungan, meskipun harga bahan bakar seperti batu bara tetap stabil. Hal ini disebabkan oleh peningkatan biaya tenaga kerja dan logistik.
Perusahaan juga melaporkan peningkatan daya saing produk biomassa melalui pengurangan emisi gas rumah kaca (GHG) di Pabrik Ishinomaki. Pengurangan signifikan tersebut merupakan hasil penutupan boiler batu bara dan pemasangan boiler pemulihan black liquor berefisiensi tinggi.
Kesimpulan
Dalam dunia penyimpanan energi dan elektronik, terdapat kebutuhan akan material yang murah dan berkelanjutan. Plastik, seperti yang kita ketahui, sangat berharga karena ringan, mudah dibentuk, dan isolator yang baik, namun tidak dapat terurai secara hayati dan menimbulkan masalah lingkungan serta kesehatan yang signifikan.
Di sini, kayu menawarkan solusi alami, murah, berkelanjutan, dan menyerap karbon. Peneliti telah meningkatkan kualitasnya dengan melakukan modifikasi. Kayu transparan yang dihasilkan menandai langkah besar menuju material berkelanjutan untuk elektronik dan penyimpanan energi. Penelitian terbaru melangkah lebih jauh dengan menggunakan material alami seperti putih telur dan ekstrak beras, menunjukkan inovasi mutakhir yang menjanjikan aplikasi sehari-hari tanpa merusak lingkungan.
Seiring penelitian tentang kayu transparan berkembang dan melihat implementasi di dunia nyata, hal ini dapat mendefinisikan ulang masa depan elektronik dan penyimpanan energi dengan menjadikannya berteknologi tinggi dan bertanggung jawab secara lingkungan.
Studi yang Dirujuk:
1. Montanari, C., Ogawa, Y., Olsén, P., & Berglund, L. A. (2021). Komposit kayu transparan berperforma tinggi, sepenuhnya berbasis bio, dan optik. Advanced Science. https://doi.org/10.1002/advs.202100559
2. Li, T., Zhai, Y., He, S., Gan, W., Wei, Z., Heidarinejad, M., Dalgo, D., Mi, R., Zhao, X., Song, J., Dai, J., Chen, C., Aili, A., Vellore, A., Martini, A., Yang, R., Srebric, J., Yin, X., & Hu, L. (2019). Material struktural pendinginan radiasi. Science, 364(6442), 760–763. https://doi.org/10.1126/science.aau9101
3. Rai, R., Ranjan, R., & Dhar, P. (2022, July 22). Penilaian siklus hidup produksi kayu transparan menggunakan teknologi baru dan kerangka skala strategis. Science of The Total Environment, 846, 157301. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157301
