Saat ini industri kertas sedang mengalami beragam transformasi. Transformasi ini bukan hanya mengenai digitalisasi, tren tenaga kerja, dan peralihan ke budaya yang lebih inovatif atau berkelanjutan, tetapi juga tentang bagaimana membangun jaringan global. Agar tetap kompetitif dan menguntungkan, pabrik kertas harus memanfaatkan rantai pasokan mereka untuk mengoptimalkan produk, proses, pengaturan organisasi, dan model bisnis. Bagi banyak produsen kertas, tema-tema besar ini dapat diatasi dengan melihat lebih dekat pada beberapa komponen terkecil – dari serat mana produk mereka dibuat.
Namun, dengan margin yang umumnya rendah dan anggaran modal yang terbatas, prioritas pengeluaran di pabrik kertas biasanya adalah pada pemeliharaan yang diperlukan, diikuti oleh proyek-proyek khusus yang bertujuan untuk meningkatkan produktivitas dan memastikan ROI yang baik. Sedangkan berinvestasi untuk pada proyek yang inovatif, penting untuk bisa menemukan peluang yang menawarkan risiko rendah namun dengan potensi keuntungan tinggi.
Sudah tiba saatnya bagi sektor pulp dan kertas untuk merubah pola pikir tradisionalnya dengan mengenali potensi besar yang dapat dihasilkan oleh proyek pengoptimalan yang kecil, namun signifikan. Salah satu contohnya adalah penerapan pengukuran serat canggih, yang bila dikombinasikan dengan teknik kecerdasan buatan (AI), dapat memberikan kendali pada kualitas produk akhir yang jauh lebih besar, bernilai tinggi dengan risiko yang minimum. Seringkali alat sehari-hari seperti pengukuran serat— kita anggap biasa saja, ternyata dapat menghasilkan keuntungan terbesar. Semakin cepat industri mulai mengenali potensi nilai yang dapat dihasilkan dari proses mereka dengan alat yang mudah diakses, akan semakin baik!
Menggunakan inovasi baru dalam pengukuran serat dapat menguntungkan tim operasional, yaitu dari pengembangan produk baru hingga produk berkualitas lebih baik dan dapat membantu mendorong efisiensi yang lebih maksimal dan profitabilitas yang lebih tinggi.
Munculnya produk mikro-selulosa dan nano-selulosa untuk mendorong keberlanjutan
Tren terbaru dalam pulp selulosa (cellulosic pulps) adalah pengembangan dan penggunaan format mikro-selulosa dan nano-selulosa untuk menghasilkan produk kertas baru yang lebih baik dan berkelanjutan. Termasuk; selulosa mikro-fibrilasi (MFC) yang diproduksi oleh produsen seperti Borregaard, Norske Skog dan FiberLean, selulosa nanofiber (CNF) yang diproduksi oleh Nippon Paper dan lainnya, dan fibril selulosa (CF) yang diproduksi oleh Kruger.
Semua produk nanofiber ini berukuran sangat kecil dengan luas permukaan spesifik yang tinggi, dan sering digunakan sebagai bahan penguat karena mampu meningkatkan jumlah ikatan hidrogen dalam lembaran (sheet) untuk meningkatkan kekuatan tariknya. Karena nanofibers berbasis selulosa, mereka dapat digunakan untuk menggantikan agen pengikat lain seperti polimer yang berasal dari produk minyak bumi, dan dengan demikian menawarkan alternatif yang lebih berkelanjutan.
Sebuah tantangan dengan nanofibers, meskipun metode analisis yang dapat mendeteksi dan mengkarakterisasi partikel kecil dalam suspensi pulp sudah dikembangkan dan dipatenkan pada 1980-an , adalah penganalisis serat konvensional tidak dirancang untuk mendeteksi dan mengkarakterisasi serat kecil seperti itu. Sejak 2016, instrumen lab komersial yang menggunakan konsep ini telah tersedia sebagai modul tambahan untuk Penguji Serat L&W ABB, L&W Crill.
Partikel krill biasanya 100 kali lebih kecil dari serat pulp, tetapi merupakan indikator penting dari ikatan dan karakter kekuatan serat. Berbeda dengan deteksi serat pulp konvensional, yang bergantung pada analisis citra dengan cahaya tampak, teknik ini membandingkan intensitas dua panjang gelombang cahaya yang ditransmisikan melalui suspensi pulp: sinar ultraviolet (365 nm) dan sinar inframerah (850 nm). Konten krill disajikan sebagai kuota krill, atau rasio kerugian transmisi UV/IR.
Teknik pengukuran krill pada awalnya dikembangkan untuk memantau proses pemurnian, di mana partikel krill dihilangkan dari dinding serat. Hubungan linier ditemukan antara kuota krill dan energi pemurnian, baik dalam pemurnian pulp mekanis dengan konsistensi tinggi maupun dalam pemurnian pulp kimia dengan konsistensi rendah. Karena semakin banyak fasilitas untuk pembuatan produk nano-selulosa yang dibuat di masa depan, pengukuran krill akan menjadi alat yang sangat berharga untuk kontrol kualitas dan untuk mengontrol energi pemurnian, mengingat pembuatan produk ini menghabiskan konsumsi energi yang besar.
Produsen pulp dan kertas yang menginginkan produksi yang lebih berkelanjutan akan disarankan untuk mengevaluasi apakah pengukuran morfologi serat mereka cukup maju dan cocok untuk deteksi dan karakterisasi serat nano-selulosa.
Pengujian online untuk kontrol kualitas yang lebih baik
Produsen kertas, karton dan tisu menggunakan pulp dari berbagai sumber, termasuk pulp kayu lunak berserat panjang untuk kekuatan, pulp berserat pendek seperti kayu putih untuk opasitas, bulk dan kelembutan, dan serat yang diperoleh kembali dari berbagai spesies dan wilayah geografis. Mereka yang mengontrol operasi kehutanan mereka sendiri dan memiliki operasi pulping terintegrasi dapat mengandalkan bahan baku yang cukup konsisten, tetapi perlu mengukur pengaruh parameter pulping pada kualitas serat. Dalam hal operasi yang tidak terintegrasi, pemahaman tentang karakteristik serat yang masuk dan kemampuan untuk menyesuaikan formula sangat penting untuk dapat memenuhi spesifikasi produk pelanggan.
Selama beberapa dekade, produsen telah mengandalkan uji laboratorium seperti nilai freeness, kandungan shive, klasifikasi ukuran dan berbagai uji kekuatan yang dilakukan pada lembar kertas untuk memberikan informasi tentang sifat serat yang mereka gunakan. Meskipun informatif, data dari uji lab ini tidak cukup tepat waktu untuk melakukan penyesuaian proses atau cukup sering untuk mengkarakterisasi variabilitas sifat serat.
Sekarang, dengan kemajuan pengujian online, peralatan pengambilan sampel otomatis, dan pengujian laboratorium –dikombinasikan dengan sistem pengumpul data, sistem kontrol yang canggih, dan teknik AI yang baru muncul – operator pabrik dapat memperoleh manfaat dari informasi yang jauh lebih rinci pad waktu yang tepat tentang kualitas serat. Alat online yang canggih ini memungkinkan peningkatan kualitas, pengurangan variabilitas sekaligus menurunkan biaya produksi.
Big data & artificial intelligence
Selama 20 tahun terakhir, pengukuran serat dalam pembuatan pulp dan kertas telah mendapat banyak manfaat dari kemajuan teknologi komputer, penyimpanan data berbiaya rendah, dan teknik analisis baru. Sebagian besar pabrik sekarang memiliki sistem penyimpanan data yang dapat menyimpan ribuan pengukuran dari seluruh fasilitas pada interval waktu detik hingga jam, hingga beberapa tahun, dan data ini dapat digunakan untuk membangun model prediksi yang kuat.
Penganalisis morfologi serat yang modern dapat secara langsung menganalisis ribuan suspensi serat, melaporkan penyimpangan sifat seperti panjang, lebar, ketebalan dinding, faktor bentuk, indeks kekusutan, kandungan halus, kandungan shive dan kekasaran. Meskipun pengukuran tersebut membantu memberikan gambaran yang lebih baik mengenai karakteristik pulp furnish dengan biaya yang rendah, nilai sebenarnya dari teknologi ini hanya muncul bila dikombinasikan dengan data pabrik online dan offline lainnya untuk mengembangkan alat untuk kontrol kualitas yang lebih baik.
Adopsi sensor lunak dan strategi kontrol lanjutan
Di masa depan, penerapan sensor lunak dan strategi kontrol lanjutan akan menjadi lebih penting bagi produsen untuk memungkinkan kontrol proses yang lebih ketat, mengurangi variabilitas, menghindari penolakan produk di luar spesifikasi, dan mencapai ROI yang lebih besar Sensor lunak, atau pengukuran online, menawarkan nilai potensial yang sangat besar dalam penggunaannya untuk mengontrol proses pemurnian.
Sensor lunak khusus untuk proses pabrik dapat dibuat menggunakan kombinasi eksperimen lab dan pembelajaran mesin. Teknik kontrol proses lanjutan baru kemudian dapat diterapkan, menggabungkan variabel kekuatan kertas yang diprediksi untuk mengoptimalkan proses pemurnian.
Saat ini banyak pabrik mengadopsi kontrol freeness, mengingat bahwa saat ini adalah mungkin untuk memiliki pengukuran freeness yang rutin, otomatis dan akurat dari sistem pengukuran otomatis yang digabungkan dengan sensor lunak online ini. Freeness, bagaimanapun, adalah instrumen tumpul. Ini sering digunakan sebagai indikator potensi ikatan pulp, tetapi sebenarnya ini adalah pengukuran kemampuan pengeringan pulp, yang bisa menjadi penting jika membatasi kecepatan mesin kertas atau karton. Namun, freeness yang lebih rendah dapat dihasilkan dalam beberapa cara: sebagai hasil pemurnian, dari konsentrasi sel sinar dengan luas permukaan rendah yang tidak diinginkan yang lebih tinggi dengan potensi ikatan yang buruk, atau dari serat yang lebih pendek. Karakterisasi pulp yang lebih praktis menggunakan pengukuran lain dari sifat morfologi serat, seperti luas permukaan pulp yang dihitung dari panjang kumulatif dan lebar serat, yang lebih berkorelasi langsung dengan kekuatan produk akhir.
Akibatnya, kontrol closed-loop dimungkinkan dengan menggunakan sifat kekuatan yang diprediksi dan parameter morfologi serat untuk memanipulasi dan secara akurat mengontrol pemurnian pulp dan melengkapi operasi pencampuran. Stabilisasi dan kontrol terus menerus dari sifat kekuatan dapat menyebabkan pengurangan variasi kekuatan dan peningkatan kemampuan mesin, kualitas dan throughput.
Fokus yang lebih besar untuk memahami dampak serat yang berubah bentuk sebagai kertas yang dapat diregangkan untuk menggantikan plastik
Kelenturan kertas sangat penting untuk produk kertas khusus tertentu, termasuk kertas karung yang digunakan untuk semen, bahan kimia dan tepung, di mana fleksibilitas kertas diperlukan tanpa sobek. Karena meningkatnya permintaan akan produk berkelanjutan yang bersumber dari hayati, dapat didaur ulang, dan dapat dibuat kompos, banyak produk berbasis kertas baru sedang dikembangkan untuk menggantikan kemasan plastik, dengan tantangan yang sering kali dihadapi adalah bagaimana mempertahankan daya regang yang setara dari plastik.
Salah satu cara untuk mengatasinya adalah dengan menghasilkan jaringan serat yang berubah bentuk atau melengkung, yang dapat dicapai melalui proses kimia atau mekanis. Serat yang berubah bentuk membuat kertas lebih elastis saat kertas dikeringkan dengan bebas. Untuk memastikan pulp memiliki sifat yang sesuai untuk menghasilkan regangan yang diinginkan, penganalisis morfologi serat dapat digunakan untuk mengukur sejumlah sifat, termasuk faktor bentuk dan indeks kekusutan.
Faktor bentuk merupakan pengukuran kualitas pulp penting yang digunakan untuk menentukan kelurusan serat. Sementara faktor bentuk yang tinggi berkorelasi baik dengan kekuatan tarik dan kekakuan, faktor bentuk yang lebih rendah menunjukkan adanya deformasi yang memungkinkan serat meregang.
Indeks kekusutan digunakan untuk mengidentifikasi deformasi lokal atau "knee" pada serat. Untuk menghitung indeks kekusutan, perubahan arah sumbu utama serat dalam jarak terbatas serat dihitung ketika sudutnya 20° atau lebih besar. Pengukuran kekusutan berkorelasi baik dengan faktor bentuk dalam banyak kasus, karena deformasi lokal termasuk dalam faktor bentuk.
Dengan menggunakan salah satu atau kedua pengukuran ini dan mengkorelasikannya dengan regangan terukur dari lembar kertas atau produk akhir, produsen dapat mengoptimalkan perawatan pengeritingan kimiawi atau mekanis mereka untuk mencapai kemampuan regangan yang diinginkan. Ini tidak diragukan lagi akan mengarah pada produk kertas baru yang akan menjadi penting sebagai pengganti berkelanjutan untuk kemasan plastik.
Kesimpulan
Teknik pengukuran serat di laboratorium telah ada sejak teknologi pulping, tetapi sekarang industri berada pada titik yang menarik di mana teknologi yang lebih maju siap membantu membuat optimalisasi produk, proses dan kualitas tidak hanya mungkin tetapi juga mudah dicapai.
Munculnya pengukuran yang lebih cepat dan tepat, serta cara baru untuk mengkarakterisasi morfologi serat, baik di lab maupun online, menawarkan manfaat luar biasa bagi industri. Digunakan bersama dengan solusi yang didukung big data dan strategi kontrol lanjutan, produsen kertas akan dapat meningkatkan kualitas dan mengurangi variabilitas sambil menurunkan biaya produksi. Mengadopsi teknologi ini untuk mengembangkan produk kertas masa depan adalah peluang besar untuk investasi mengingat skenario unik risiko rendah/penghargaan tinggi yang mereka tawarkan.
