Rice hulls in construction/Sekam padi dalam konstruksi

Sekam padi memiliki keunikan tersendiri di alam. Sekam padi mengandung sekitar 20% silika opal yang dikombinasikan dengan sejumlah besar polimer struktural fenil propanoid yang disebut lignin. Limbah pertanian yang melimpah ini memiliki semua sifat yang diharapkan dari beberapa bahan isolasi terbaik. Pengujian ASTM terbaru yang dilakukan oleh R&D Services dari Cookville, Tennessee, mengungkapkan bahwa sekam padi tidak mudah terbakar atau berasap, sangat tahan terhadap penetrasi kelembaban dan dekomposisi jamur, tidak menghantarkan panas dengan baik, tidak berbau atau mengeluarkan gas, dan tidak korosif terhadap aluminium, tembaga, atau baja. Dalam keadaan mentah dan belum diolah, sekam padi merupakan bahan isolasi Kelas A atau Kelas I, dan oleh karena itu, dapat digunakan secara ekonomis untuk mengisolasi rongga dinding, lantai, dan atap Rumah Sekam Padi yang sangat terisolasi. Makalah ini juga menjelaskan bagaimana struktur rumah tersebut dapat dibuat dari berbagai produk kayu rekayasa yang berasal dari kulit tebu.

Ketika alam memutuskan bagaimana membungkus sebutir beras, ia membungkus bundel kecil nutrisi ini dengan apa yang sering disebut sebagai "opal biogenik." ^{[ 1 ]} Struktur kimia sekam padi, yang mengandung silika amorf yang terikat pada air, sangat mirip dengan opal, dan ini memberikan sekam padi beberapa sifat yang cukup menakjubkan. Tidak ada produk sampingan serealia yang pernah kita temukan yang begitu rendah protein dan karbohidrat yang tersedia, namun pada saat yang sama, begitu tinggi serat kasar, abu kasar, dan silika. ^{[ 2 ]} Dari semua produk sampingan serealia, sekam padi memiliki persentase nutrisi yang dapat dicerna paling rendah (kurang dari 10%). ^{[ 3 ]}

Sekam padi mengandung sekitar 20% silika opal yang dikombinasikan dengan sejumlah besar polimer struktural fenil propanoid yang disebut lignin. Persentase silika yang tinggi seperti ini sangat tidak lazim di alam, ^{[ 4 ]} dan perpaduan erat silika dan lignin ini membuat sekam padi tidak hanya tahan terhadap penetrasi air dan dekomposisi jamur, tetapi juga tahan terhadap upaya terbaik manusia untuk membuangnya. Karena padi ditanam di setiap benua kecuali Antartika, karena menempati peringkat kedua setelah gandum dalam hal luas dan produksi di seluruh dunia, ^{[ 5 ]} dan karena sekam mewakili rata-rata sekitar 20% dari berat panen padi, ^{[ 6 ]} planet kita akhirnya memiliki banyak residu bersisik ini.

Lebih dari 100.000.000 metrik ton sekam padi dihasilkan setiap tahun di seluruh dunia. ^{[ 7 ]} Pada tahun 1995, Amerika Serikat menghasilkan sekitar 1.260.000 metrik ton sekam padi ^{[ 8 ]} di sekitar 50 pabrik penggilingan ^{[ 9 ]} yang terletak di Louisiana, Texas, Arkansas, Missouri, Mississippi, Florida dan California. Karena sebagian besar pabrik penggilingan menyimpan beras kasar dan memprosesnya setiap hari, sekam kering segar tersedia sepanjang tahun. Karena sekam tidak mudah terurai secara hayati atau terbakar, terkadang sekam tersedia secara gratis.

Sekam biasanya dijual dengan harga sekitar $6/ton, meskipun satu pabrik menunjukkan bahwa mereka telah menjual sekam dengan harga mulai dari $2 hingga $20 per ton. ^{[ 10 ]}

Sekam merupakan bahan kemasan yang sangat kuat dan abrasif, terdiri dari dua bagian yang saling mengunci. Sekam membungkus ruang kecil yang dikosongkan oleh biji-bijian yang digiling, dan di dekat banyak sekam lainnya, ia membentuk penghalang termal yang sebanding dengan bahan isolasi yang sangat baik. ^{[ 11 ]} Uji resistansi termal pada sekam padi utuh menunjukkan nilai R lebih besar dari 3,0 per inci. ^{[ 12 ]} Jika nilai R sekam padi begitu menguntungkan, mengapa sekam padi belum banyak digunakan untuk mengisolasi bangunan perumahan dan komersial? ^{[ 13 ]}

Mungkin para ilmuwan dan insinyur kita hanya fokus pada pembuatan material dan produk yang dapat diberi label dan dipasarkan sebagai hak milik. Mungkin penggunaan sekam padi sebagai bahan isolasi yang sederhana tidak cukup menginspirasi imajinasi ilmiah atau komersial. Tetapi mengapa fokus pada produk buatan manusia ketika bahan alami berlimpah? Pasti ada alasan mendalam dan jelas yang membuat sekam padi mentah tidak cocok untuk dijadikan bahan isolasi.

Apakah sekam padi bisa terbakar? Ya, bisa, tetapi dengan susah payah, seperti yang pernah dijelaskan Eldon Beagle dengan sangat elegan:

"Susunan struktural 'bundel sedotan minum' silika-selulosa yang unik pada sekam menghasilkan suatu benda yang tidak terbakar atau bahkan melepaskan panas dengan cara yang menyerupai zat organik apa pun. Struktur tubular kecil yang berpuncak silika ini menawarkan ketahanan inheren terhadap pembakaran. Seringkali struktur ini menutup dan mencegah pembakaran menyeluruh dan seragam yang penting untuk mendapatkan produk akhir yang diinginkan." ^{[ 14 ]}

Siapa pun yang pernah mencoba menyalakan sekam padi lepas akan mengerti betapa sulitnya membakarnya. Karena udara tidak dapat mengalir bebas melalui tumpukan sekam padi untuk menyediakan oksigen yang dibutuhkan untuk mempertahankan pembakaran yang cepat, sekam padi tidak mudah dan bersih terbakar. Kepadatan curah sekam padi lepas mirip dengan jerami yang dikemas, dan siapa pun yang pernah mencoba membakar jerami yang dikemas akan mengerti masalah yang terkait dengan ketersediaan oksigen. Tetapi ketersediaan oksigen saja tidak menjelaskan semuanya.

Seperti yang telah kami catat di atas, persentase silika opal yang tinggi dalam sekam padi sangat tidak biasa dibandingkan dengan bahan tanaman lainnya, dan beberapa ilmuwan mengatakan bahwa selama pembakaran sekam padi, abu silika dapat membentuk "kepompong" yang mencegah oksigen mencapai karbon di dalamnya. Ilmuwan lain berspekulasi bahwa, karena silika dan karbon mungkin terikat sebagian pada tingkat molekuler, silikon karbida terbentuk selama pembakaran suhu tinggi, dan bahwa keberadaan keramik tahan panas ini menghambat pembakaran sekam padi yang mudah. ^{​​[ 15 ]} Ilmuwan lain mengatakan bahwa pada suhu tertentu, ikatan molekuler antara silika dan karbon dalam sekam sebenarnya diperkuat, sehingga mencegah pembakaran sekam yang menyeluruh dan seragam. ^{[ 16 ]} Bagaimanapun, bahkan jika kita berhasil menyalakan tumpukan sekam padi, kita mendapati bahwa cenderung membara daripada menyala.

Sekam padi bersifat tahan api dan, pada suhu normal, dapat padam sendiri. Korek api yang menyala, yang dilemparkan ke tumpukan sekam padi, umumnya akan padam tanpa menghasilkan nyala api yang berkelanjutan di dalam sekam. ^{[ 17 ]}

Insulasi selulosa konvensional memerlukan penambahan sejumlah besar bahan penghambat api dan bara. Konsentrasi bahan kimia penghambat api dan bara (seperti asam borat, natrium borat, amonium sulfat, aluminium sulfat, aluminium trihidrat, mono- atau di-amonium fosfat) dalam insulasi selulosa konvensional dapat mencapai hingga 40% berat. ^{[ 18 ]} Bahan kimia ini mahal untuk dibeli dan dipersiapkan, dan serat selulosa harus menjalani persiapan yang ekstensif untuk menerimanya.

Yang mengejutkan, sekam padi tidak memerlukan bahan penghambat api atau bara. Alam telah memberikan secara cuma-cuma pada produk limbah pertanian ini semua sifat pembakaran yang dibutuhkan untuk lulus Uji Fluks Radiasi Kritis (ASTM C739/E970-89), Uji Pembakaran Bara (ASTM C739, Bagian 14), dan Uji Karakteristik Pembakaran Permukaan (ASTM E84). Pengujian terbaru yang dilakukan oleh R&D Services menunjukkan Fluks Radiasi Kritis (CRF) rata-rata sebesar 0,29 W/cm2, kehilangan berat pembakaran bara antara 0,03% dan 0,07%, Indeks Penyebaran Api (FSI) sebesar 10 dan Indeks Pengembangan Asap (SDI) sebesar 50. Karena kode bangunan AS mensyaratkan FSI 25 atau kurang, dan SDI 450 atau kurang, kita melihat bahwa sekam padi dengan mudah lulus uji ini. Dalam keadaan mentah dan belum diolah, sekam padi merupakan bahan isolasi Kelas A atau Kelas I.

Semua bahan organik akan menyerap atau melepaskan kelembapan hingga mencapai keseimbangan dengan kelembapan relatif udara di sekitarnya. Konsentrasi silika opal yang tinggi pada permukaan luar sekam padi menghambat transfer kelembapan atmosfer ke dalam sekam. Selain itu, 2,1% hingga 6,0% dari sekam padi terdiri dari biopoliester yang disebut kutin, ^{[ 19 ]} yang, dalam kombinasi dengan lilin yang dihasilkan oleh tanaman padi, membentuk penghalang yang sangat kedap air. Alam menggunakan beberapa strategi yang sangat efektif untuk melindungi biji padi dari air dan kelembapan tinggi yang umumnya terkait dengan budidaya dan pertumbuhan tanaman ini.

Oleh karena itu, penelitian yang dilakukan pada sekam padi pada suhu 25°C menunjukkan bahwa kadar air keseimbangan sekam padi pada kelembaban relatif 50% berada pada atau di bawah 10%, sedangkan pada kelembaban relatif 90%, kadar air keseimbangan sekam padi tetap berada pada atau di bawah 15%. ^{[ 20 ]} Uji Penyerapan Uap Air (ASTM C739, Bagian 12) yang dilakukan oleh R&D Services menunjukkan peningkatan berat hanya sebesar 3,23%. Ini jauh di bawah kadar air yang dibutuhkan untuk menopang pertumbuhan jamur dan kapang.

Spesifikasi Standar ASTM untuk insulasi selulosa mensyaratkan uji ketahanan terhadap pertumbuhan jamur selama 28 hari (lihat bagian 10 dari ASTM C1497, ASTM C1338, Bagian 6.6 dari ASTM C1149 atau Bagian 11 dari ASTM C739). Mengikuti standar ini, R&D Services menginokulasi sekam padi dengan lima spesies jamur yang berbeda, dan sekam padi tersebut lulus uji tanpa penambahan fungisida atau bahan kimia lainnya.

Konsentrasi silika opal yang tinggi pada permukaan luar sekam padi juga menetapkan kekerasan efektif sekam padi pada nilai yang hampir sama dengan yang dilaporkan untuk opal (6 pada skala Mohs). ^{[ 21 ]} Namun, karena adanya lignin di dalam sekam padi, kekerasan ini diimbangi dengan fleksibilitas dan elastisitas. Karena sekam padi keras namun elastis, ia menahan pengendapan dan kompresi jauh lebih baik daripada koran yang disobek. Pengendapan insulasi selulosa di dalam rongga dinding dapat mengurangi tinggi pemasangannya hingga 25%. Karena alasan ini, seringkali diperlukan untuk menstabilkan insulasi selulosa dengan menggunakan polivinil asetat atau perekat akrilik. Tidak satu pun dari senyawa penstabil ini diperlukan dengan sekam padi, jika digetarkan atau dipadatkan dengan kuat ke dalam rongga dinding.

Sekam padi yang biasanya lepas memiliki sudut tumpukan sekitar 35 derajat. ^{[ 22 ]} Namun setelah dikemas rapat ke dalam rongga dinding, ujung-ujung kecil, tepi, dan bulu-bulunya saling mengunci untuk mencapai sudut tumpukan negatif. Karena ikatan khusus sekam padi di bawah tekanan ringan ini, sekam padi menjadi stabil secara sangat seragam, dan tidak mungkin terjadi pengendapan lebih lanjut. Selain itu, karena tidak perlu menambahkan penghambat api, fungisida, atau bahan kimia lainnya ke sekam padi, R&D Services telah menentukan bahwa biomassa yang jinak dan stabil ini tidak mengeluarkan bau yang menyengat (ASTM C739). Demikian pula, R&D Services menentukan bahwa sekam padi tidak menyebabkan korosi pada aluminium, tembaga, atau baja (ASTM C739, Bagian 9).

Dengan sekam padi, kita tidak perlu melakukan proses penambangan atau manufaktur yang menghasilkan polusi udara, polusi air, atau erosi. ^{[ 23 ]} Dengan sekam padi, kita tidak perlu melakukan proses manufaktur yang menghabiskan cadangan bahan bakar fosil kita (seperti pada insulasi polistirena, ^{[ 24 ]} poliisosianurat dan poliuretan). Dengan sekam padi, kita tidak menggunakan bahan kimia berbasis klorin seperti fosgen, propilen klorohidrin ^{[ 25 ]} atau klorofluorokarbon perusak ozon. ^{[ 26 ]} Dengan sekam padi, kita tidak menggunakan urea formaldehida, dan tentunya tidak ada fenol formaldehida yang digunakan dalam sebagian besar insulasi fiberglass. ^{[ 27 ]} Dengan sekam padi, kita tidak perlu khawatir tentang iritasi atau karsinogenisitas debu dan serat. ^{[ 28 ]} Selain itu, mereka yang memiliki sensitivitas kimia akut tidak perlu khawatir tentang pelepasan gas yang terkait dengan pengikat dalam insulasi batt, dengan tinta dalam koran daur ulang atau dengan VOC yang dilepaskan dari insulasi busa. ^{[ 29 ]} Karena sekam padi tidak memerlukan penghancuran, penggilingan palu, penguraian, pembuatan serat, pengikatan atau penstabilan, maka di negara-negara tempat sekam tersedia, energi yang terkandung jauh lebih sedikit daripada insulasi selulosa sekalipun. ^{[ 30 ]} Karena sekam padi tidak mudah terbakar, maka tidak memerlukan penghambat api atau bara, dan karena sangat kuat dan tahan lama, tidak ada yang menghalangi penggunaannya dan daur ulangnya berulang kali.

Mungkin biaya paling signifikan yang terkait dengan pemanfaatan sekam padi adalah transportasinya. Pada kepadatan curah sekitar 9 lbs per ft³ ^, [ ^{31 ] sekam} lepas dapat diangkut dengan biaya yang hampir sama dengan jerami yang dibal. Namun, untuk mengurangi biaya transportasi, sekam padi dapat dikompresi hingga 25 lbs per ft³ ^tanpa merusak elastisitasnya. ^{[ 32 ]} Sekam padi dengan mudah kembali ke kepadatan aslinya setelah gaya kompresi dihilangkan. Tetapi untuk mengangkut sekam padi secara ekonomis, tidak perlu mengompresi sekam padi hingga kepadatan 25 lbs/ft³ ^. Pada kepadatan hanya 14,50 lbs/ft³ ^, trailer standar 53 kaki mencapai efisiensi transportasi optimal pada berat maksimum legalnya yaitu 24 ton. Jika, dengan kepadatan transportasi ini, kita membayar biaya pengangkutan rata-rata sebesar $1,45 per mil, maka biaya untuk mengangkut satu ton sekam padi sejauh 250, 500, 750, 1000, 1250, dan 1500 mil masing-masing akan mencapai sekitar $15, $30, $45, $60, $75, dan $90 (lihat grafik di bawah).

Dengan kepadatan terpasang 9 lbs/ft³ ^, satu ton sekam padi akan mengisolasi 222 ft² ^rongga dinding setebal 12 inci. Oleh karena itu, biaya per ft² ^yang dikeluarkan untuk transportasi pada jarak yang sama adalah $0,07, $0,14, $0,20, $0,27, $0,34, dan $0,41 secara berturut-turut (lihat grafik berikutnya).

Mereka yang tinggal kurang dari 200 mil dari pabrik penggilingan padi akan kesulitan membenarkan penggunaan jenis bahan isolasi lain. Ketika banyak pabrik dengan enggan menjual sekam padi dengan harga kurang dari $5,00 per ton, argumen yang mendukung penggunaan sekam padi menjadi semakin kuat. Dengan harga $5,00 per ton, biaya sekam padi per kaki persegi ^dinding setebal 12 inci hanya $0,02.

Misalkan kita membayar bukan $5,00 tetapi $25 per ton (jauh di atas nilai pasar saat ini), kita menemukan bahwa harga pembelian sekam padi per kaki persegi ^dinding yang diisolasi hanya $0,11. Menambahkan $0,11 ini kembali ke biaya transportasi untuk jarak yang sama, kita mendapatkan total biaya per kaki persegi ^sekam padi yang dikirim ke lokasi proyek masing-masing sebesar $0,18, $0,25, $0,32, $0,38, $0,45, dan $0,52 (lihat grafik di bawah).

Dengan perhitungan sederhana ini, kita melihat bahwa pengangkutan sekam padi seharusnya tidak membatasi atau menghambat penggunaannya secara luas sebagai bahan isolasi. Perhitungan ini memungkinkan kita untuk membuat dua perbandingan, satu berkaitan dengan jerami yang dipadatkan dan yang lainnya berkaitan dengan isolasi selulosa padat. Dibandingkan dengan semua jenis isolasi lain yang ada di pasaran saat ini, kedua jenis isolasi ini memiliki kandungan daur ulang tertinggi dan kandungan energi tersembunyi terendah.

Rata-rata, satu bal jerami dua tali (14x18x36 inci) beratnya 45 pon, dijual seharga $2,50, dan biaya pengangkutan ke lokasi proyek sebesar $1,00. ^{[ 33 ]} Jika diletakkan rata di dalam dinding, bal jerami dua tali tersebut mewakili 3,5 kaki ^persegi permukaan dinding. Ini memberikan harga pembelian $0,71 per kaki ^persegi dinding, yang kemudian harus kita tambahkan lagi $0,29 untuk biaya pengangkutan. Dengan demikian, total biaya bal jerami per kaki ^persegi dinding bal adalah sekitar $1,00. Ini mewakili lebih dari lima kali harga sekam padi yang diangkut sejauh 250 mil dan hampir dua kali harga sekam padi yang diangkut sejauh 1.500 mil. Selain itu, 12 inci sekam padi dengan nilai R-3,0 per inci memberikan insulasi 37% lebih banyak daripada 18 inci jerami bal dengan nilai R-1,45 per inci, ^{[ 34 ]} dan ini, dengan biaya seperlima hingga setengahnya, menggunakan 33% lebih sedikit ruang dinding.

Insulasi selulosa dalam aplikasi kemasan padat dimasukkan ke dalam dinding dengan kepadatan sekitar 3,5 lbs/ft³ ^. Dengan demikian, satu ton insulasi selulosa akan mengisolasi 571 ft² ^dari dinding setebal 12 inci yang kami usulkan. Dengan harga pengiriman rata-rata $540 per ton, insulasi selulosa berharga sekitar $0,95 per ft² ^dinding yang diisolasi. Ini sedikit lebih murah daripada jerami yang dipadatkan, tetapi masih sekitar lima kali harga sekam padi yang diangkut sejauh 250 mil dan dua kali harga sekam padi yang diangkut sejauh 1.500 mil.

Jika insulasi sekam padi memiliki kualitas yang setara dengan insulasi jerami dan selulosa, lantas seberapa jauh lebih baik seharusnya insulasi sekam padi dibandingkan dengan bentuk insulasi yang memiliki kandungan daur ulang rendah dan kandungan energi tersembunyi tinggi? Industri bangunan di Amerika Serikat membutuhkan beberapa juta ton insulasi setiap tahunnya. Bukankah seharusnya pabrik penggilingan padi bersekutu dengan arsitek dan kontraktor untuk menggantikan semua bentuk insulasi yang tidak diproduksi secara efisien dan bermanfaat bagi lingkungan?

Sebagai bantahan, seseorang mungkin berpendapat dengan tepat bahwa dinding jerami penahan beban memberikan lebih dari sekadar isolasi. Seseorang mungkin juga berpendapat bahwa kita telah membandingkan nilai isolasi teoritis sekam padi dengan nilai isolasi terpasang dari jerami – sebuah kasus klasik membandingkan apel dan jeruk. Tetapi sejauh sistem dinding dirancang dengan benar (tidak ada konduktivitas termal melalui elemen struktural), dan sejauh sekam padi didistribusikan dan dikemas secara merata di dalam dinding (tidak ada ruang yang tidak terisi sekam), nilai teoritis dan nilai terpasang seharusnya sama.

Pada tahun 1994, industri isolasi selulosa mengonsumsi 420.000 ton koran bekas. ^{[ 35 ]} Ini adalah kegiatan yang harus dipromosikan dan ditingkatkan dengan segala cara yang memungkinkan. Jika pabrik penggilingan padi memberikan kontribusi yang setara dengan industri isolasi, ini hanya akan mencakup sepertiga dari produksi sekam padi tahunan di Amerika Serikat.

Dengan harga jual rata-rata $25 per ton dan jarak transportasi rata-rata 600 mil, ini akan menghasilkan pendapatan sekitar $10,5 juta dolar setiap tahun untuk pabrik penggilingan padi dan lebih dari $15 juta dolar untuk perusahaan transportasi. Karena Amerika Serikat menghasilkan kurang dari 1,3% dari produksi sekam padi global, negara-negara lain di dunia memiliki lebih banyak keuntungan dari penggunaan sederhana dan tidak rumit dari produk sampingan pertanian yang melimpah ini. Misalkan kita yakin bahwa sekam padi menawarkan banyak keuntungan dibandingkan bahan isolasi konvensional, bagaimana kita harus membangun rumah super-isolasi dengan menggunakan sekam padi? Selanjutnya, misalkan kita ingin membangun struktur rumah ini hampir seluruhnya dari bahan limbah pertanian, bagaimana kita harus melanjutkannya? Karena sekam padi lepas, tidak seperti jerami, tidak memiliki nilai struktural, bagaimana kita harus membangun rongga lantai, dinding, dan atap rumah sekam padi? Teknologi yang memungkinkan kita untuk membuat sistem lantai, dinding, dan atap dari bahan selulosa berkualitas rendah sudah ada. Perusahaan-perusahaan seperti Georgia-Pacific, Louisiana Pacific, Weyerhaeuser, dan Boise mengkhususkan diri dalam berbagai produk kayu olahan seperti balok I, kayu lapis laminasi (LVL), kayu serat paralel (PSL), kayu serat laminasi (LSL), kayu serat berorientasi (OSL), kayu laminasi lem (GLULAM), dan lain-lain. Produk kayu olahan ini menawarkan berbagai keunggulan dibandingkan kayu gergaji padat tradisional.

Kayu gelondongan bebas dari simpul dan cacat lainnya. Kayu ini tidak menyusut, melengkung, terpelintir, membengkok, terbelah, retak, atau melentur. Kayu gelondongan lebih kuat, lebih kaku, lebih ringan, lebih lurus, dan jauh lebih presisi daripada kayu gergaji padat. Kayu gelondongan dapat dirancang untuk membentang jarak yang relatif panjang, dengan kapasitas menahan beban yang jauh lebih besar per satuan berat. Arsitek dapat merancang struktur dengan ruang yang jauh lebih layak huni dan bermanfaat, pembangun tidak dihadapkan pada pembuangan dan limbah, dan tukang kayu merasa mudah untuk memotong dan memasangnya.

Saat ini, aspen merupakan bahan baku utama yang digunakan untuk memproduksi banyak produk kayu olahan. Aspen tumbuh di hutan, dan hingga saat ini, perusakan hutan-hutan ini merupakan konsekuensi yang tak terhindarkan dari pembuatan kayu olahan. Konstruksi jerami menarik perhatian kita dengan cara yang sangat kuat karena alasan sederhana bahwa konstruksi ini memanfaatkan bahan limbah pertanian yang melimpah. Dalam membangun dinding jerami penahan beban, kita tidak perlu menebang satu pohon pun atau berdampak pada kehidupan yang melimpah dan beragam yang bergantung pada pohon. Selain itu, kita tidak perlu menggunakan lahan pertanian tambahan untuk menghasilkan jerami yang dibutuhkan untuk konstruksinya. Jerami merupakan produk sekunder atau produk sampingan dari penanaman gandum dan pembuatan tepung.

Sama seperti pertanian memberi kita sekam padi sebagai produk sampingan dari padi, bukankah pertanian juga dapat memberi kita serat kayu yang kuat sebagai produk sampingan dari sesuatu yang lain? Kita mencari produk sampingan pertanian yang, seolah-olah berdasarkan logika alam, harus menyerupai bambu dalam banyak hal. Tidak hanya harus tumbuh cepat dan kuat, tetapi kita bahkan mungkin berharap menemukan kemiripan yang luar biasa dengan bambu dalam hal struktur tanaman itu sendiri, lebih spesifiknya, serangkaian ruas dan buku yang menjadi ciri batang atau batangnya. Seperti bambu, ia harus berupa rumput abadi yang tinggi dengan kulit luar atau korteks berdinding tebal, tetapi tidak seperti bambu, kita mungkin berharap bahwa ia dapat dipanen dan dimanfaatkan hanya sebagai produk sampingan dari sesuatu yang lain. Tidak perlu lahan khusus untuk budidayanya, dan semua peralatan yang dibutuhkan untuk panen, pengangkutan, dan pra-pemrosesannya seharusnya sudah tersedia. Ke mana kita harus pergi untuk menemukan tanaman yang menakjubkan seperti itu?

Tebu sudah ada. Diperkenalkan oleh Christopher Columbus ke Dunia Baru sejak tahun 1493, tebu bukanlah hal baru bagi pertanian di Amerika Serikat. ^{[ 36 ]} Namun sejak diperkenalkan ke Amerika, tebu dibudidayakan terutama untuk mendapatkan sejumlah besar sukrosa yang mengisi inti dalamnya. Meskipun semua sukrosa bernilai tinggi sebagian besar terletak di bagian dalamnya, seluruh batang tebu dihancurkan, ditekan, dan diproses, dan dengan demikian, integritas, kekuatan, dan nilai kulit luarnya yang berkayu benar-benar hancur. Paling baik, tebu berfungsi sebagai bahan bakar berkualitas rendah, dan paling buruk, tebu dibuang di luar ruangan dalam tumpukan besar di mana ia akhirnya dapat terbakar sendiri melalui aksi bakteri termofilik. Sulit untuk memahami apa yang sebenarnya kita buang ketika kita membakar kulit luar tanaman tebu. Jika kita membandingkan tingkat pertumbuhan dan kualitas serat hutan khas di Pasifik Barat Laut dengan perkebunan tebu khas di Louisiana, kita akan menemukan dengan sangat terkejut bahwa ladang tebu jelas mengungguli hutan dengan selisih yang besar. Dalam jangka waktu yang sama, satu hektar lahan tebu dapat menghasilkan hampir dua kali lipat jumlah papan kayu dibandingkan dengan satu hektar hutan.

Begitu seluruh batang atau potongan tebu melewati mesin pengepres konvensional, bukan hanya integritas struktural kulitnya yang hancur, tetapi empulur dan kulitnya menjadi tercampur secara intim, dan kemungkinan untuk memisahkannya secara ekonomis pun hilang. Inti bagian dalam atau empulur tanaman tebu merupakan serat hemiselulosa yang dapat terurai secara hayati dan memiliki nilai struktural yang sangat rendah, dan jika kita mencari alternatif untuk produk hutan konvensional, bahkan sedikit empulur dalam produk kayu olahan akan sangat tidak diinginkan. Oleh karena itu, semua perhatian beralih ke upaya untuk memisahkan kulit dari empulur sebelum pemotongan dan penggilingan tebu di pabrik.

Saat ini sebagian besar tebu di negara-negara maju dipanen dengan menggunakan mesin pemanen batang. Mesin pemanen batang merobohkan batang dan menggigit permukaan barisan, membawa serta banyak sampah seperti besi asing, pasir, tanah liat, bola tanah liat, batu, batu bata, daun, dan pucuk. Mesin pemanen kemudian memotong batang menjadi potongan-potongan dengan panjang sekitar 8 inci. Dalam kondisi terbaik, dalam kondisi kering, satu ton tebu mengandung 8% sampah anorganik berdasarkan berat, dan dalam kondisi basah, satu ton tebu mengandung hingga 30% sampah anorganik berdasarkan berat. Serat selulosa tebu yang keras tidak hanya hancur sepenuhnya dalam proses penggilingan di pabrik, tetapi serat ini terkadang tercampur secara merata dengan jumlah puing-puing anorganik yang sama.

Sampah yang masuk ke pabrik ini tidak mengandung gula, dan saat keluar dari pabrik dalam bentuk ampas saringan atau bagasse, sampah tersebut membawa serta gula. Setiap satu persen sampah dalam batangan tebu mewakili kehilangan produksi tiga pon gula per ton tebu. Lebih banyak sampah berarti lebih banyak perawatan, lebih banyak flokulan, lebih banyak kapur, lebih banyak gas alam, lebih banyak bagasse yang tidak terbakar, lebih banyak ampas saringan, lebih banyak loader depan, lebih banyak pengolahan air, lebih banyak bak pengendapan, lebih banyak dragline untuk membersihkan bak pengendapan, lebih banyak pengangkutan, lebih banyak inversi, lebih banyak molase, lebih sedikit gula, dan lebih banyak biaya. Pasti ada cara untuk memaksimalkan pemulihan gula dan meminimalkan biaya produksinya, sekaligus tetap menjaga integritas kulit tebu sepenuhnya.

Untuk mengatasi masalah ini, diperlukan dua jenis pemisahan. Pemisah pertama, pemisah media padat, menghilangkan semua kotoran anorganik dari tebu yang telah dipotong, dan pemisah kedua, pemisah mekanis, memisahkan empulur dari kulitnya.

Engineering, Separation and Recycling LLC dari Washington, Louisiana, telah merancang lebih dari 20 pemisah media padat yang banyak digunakan dalam pra-pemrosesan berbagai macam sayuran akar, seperti kentang, wortel, salsify, dan bit. Pemisah sayuran yang sama ini dapat digunakan secara efektif untuk memisahkan batang tebu dari puing-puing anorganik (lihat gambar di bawah). Karena batang tebu memiliki kepadatan sekitar 1,09 RD (cukup mirip dengan kentang), dan karena bola tanah liat, batu, dan bata memiliki kepadatan jauh di atas 2,00 RD, pemisahan ini mudah dan sederhana.

Setelah semua material anorganik dihilangkan dari batangan buah, batangan tersebut kemudian dialirkan ke pemisah mekanis yang sangat modern dan canggih yang disebut "Pemisah Tilby." Pemisah Tilby terdiri dari serangkaian rol awal (stasiun pemisah) di mana batangan buah dipotong menjadi dua bagian memanjang. Setelah itu, proses terbagi menjadi serangkaian rol kanan dan kiri (stasiun pengupas inti), masing-masing rangkaian mengikis dan memisahkan inti dari kulit buah. Batangan buah melewati stasiun pemisah dan pengupas inti dengan kecepatan luar biasa 20 kaki per detik. Hanya inti yang dialirkan ke alat ekstraksi jus, sedangkan kulit buah dikirim ke pengering. Setelah dikeringkan hingga kadar air kurang dari 2%, kulit buah dapat diolah menjadi hampir semua jenis kayu olahan yang dapat dibayangkan.

Karena struktur serat dan panjang batangan asli sepenuhnya dipertahankan dalam proses Tilby, lem yang dibutuhkan dalam pembuatan kayu rekayasa jauh lebih sedikit daripada biasanya. Jika dibentuk menjadi balok kayu rekayasa, kita memiliki semua yang dibutuhkan untuk membuat rongga dinding rumah sekam padi yang diusulkan. Jika dibentuk menjadi balok I produk kayu rekayasa, kita memiliki semua yang dibutuhkan untuk membuat rongga lantai dan atap. Ambang jendela, genteng lantai, sirap atap, bahkan serat yang dibutuhkan dalam pembuatan pelapis fibersemen, semuanya dapat dibuat dari serat kulit tebu yang sangat kuat. ^{[ 37 ] [ 38 ]}

Dengan menggunakan kayu olahan, opsi untuk mengangkat seluruh struktur dari tanah (tiang dan balok) tersedia dengan biaya yang wajar dan memungkinkan penempatan di daerah dataran rendah atau di medan yang tidak rata. Demikian pula, loteng mudah diubah menjadi ruang hidup yang terbuka, tidak terhalang, dan bermanfaat, sehingga sangat mengurangi biaya rata-rata per kaki persegi struktur. ^{[ 39 ]} Karena produksi tebu mentah tahunan di seluruh dunia mencapai sekitar satu miliar ton, sekitar 75 juta ton kulit tebu kering berpotensi tersedia untuk industri kayu olahan. Ini hampir sama dengan 100 juta ton sekam padi yang tersedia setiap tahun di seluruh dunia. Dengan dua produk sampingan gula dan beras ini, kita dapat membangun dan mengisolasi jutaan rumah setiap tahun.

Sebagai warga negara di masyarakat industri besar, kita merasa sulit untuk melakukan hal-hal yang benar-benar membuat perbedaan. Dengan memilih untuk membangun struktur yang sebagian besar terbuat dari bahan limbah pertanian, kita tidak hanya melakukan hal yang benar terhadap lingkungan, tetapi kita juga menciptakan struktur yang jauh lebih unggul daripada apa pun yang tersedia secara konvensional. Rumah sekam padi/tebu berinsulasi super ini, jika dirancang dengan benar, ^{[ 40 ]} seharusnya jauh lebih murah untuk dibangun daripada struktur konvensional, sementara terus memberikan manfaat kepada pemiliknya dengan tagihan utilitas yang rata-rata tidak pernah melebihi satu dolar AS per hari.

Oleh karena itu, mengapa membangun secara konvensional ketika jauh lebih murah dan jauh lebih masuk akal dalam segala hal untuk melakukan sebaliknya? Hingga saat ini, kita selalu dapat berlindung pada kenyataan bahwa selama kita tidak menyadari kemungkinannya, kita tidak dapat mewujudkannya. Tetapi ini bukan hanya tentang kewajiban dan tanggung jawab, melainkan tentang menemukan cara-cara baru dan menarik untuk merespons secara kreatif keindahan yang luar biasa dan mengagumkan di dalam Alam Semesta kita.

Rumah sekam padi pertama, yang selesai dibangun pada Februari 2004, adalah rumah Paul dan Ly Olivier. Terletak di kota kapal uap bersejarah Washington, Louisiana, tepat di seberang Perkebunan Magnolia Ridge yang megah, ^{[ 41 ]} rumah ini tidak dapat dibedakan dari rumah-rumah yang dibangun di daerah tersebut lebih dari 150 tahun yang lalu. Banyak teknik bangunan yang dijelaskan dalam makalah ini telah diterapkan dalam pembangunan rumah ini.

Paul Olivier

Perusahaan Rekayasa, Pemisahan & Daur Ulang LLC

PO Box 250

Washington, Louisiana 70589

Telepon: 1-337-826-5540

Email: xpolivier@hotmail.com