by, Muhammad Sontang Sihotang,

Program Studi Fisika FMIPA Universitas Sumatera Utara

*Korespondensi: muhammad.sontang@usu.ac.id

Abstrak

Limbah tulang ikan merupakan salah satu limbah padat terbesar dari sektor perikanan yang belum dimanfaatkan secara optimal dan berpotensi mencemari lingkungan. Di sisi lain, tulang ikan mengandung senyawa mineral kalsium yang bernilai tinggi seperti kalsium karbonat dan hidroksiapatit yang dapat dimanfaatkan sebagai biomaterial. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis karakteristik transformasi termal limbah tulang ikan menggunakan metode Differential Thermal Analysis (DTA) dan Thermogravimetric Analysis (TG) dalam atmosfer udara dengan laju pemanasan 10°C/menit hingga temperatur 1400°C. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terjadi tiga tahap utama transformasi termal yaitu dehidrasi pada temperatur di bawah 200°C, dekomposisi bahan organik pada temperatur 200–600°C, dan stabilisasi mineral pada temperatur di atas 700°C. Kehilangan massa total mencapai 39% pada temperatur 900°C yang menunjukkan terjadinya eliminasi komponen organik secara signifikan. Temperatur kalsinasi optimum diperoleh pada rentang 800–900°C yang menghasilkan material mineral stabil berbasis kalsium. Penelitian ini menunjukkan bahwa limbah tulang ikan memiliki potensi besar sebagai bahan baku material maju yang mendukung ekonomi sirkular, zero waste, dan ekonomi biru berkelanjutan.

Kata kunci: tulang ikan, analisis termal, DTA-TG, hidroksiapatit, ekonomi sirkular, ekonomi biru

1. Pendahuluan

Industri perikanan menghasilkan limbah padat dalam jumlah besar yang terdiri dari kepala ikan, kulit, dan tulang ikan. Limbah tulang ikan umumnya dibuang begitu saja sehingga menimbulkan masalah lingkungan berupa pencemaran bau dan peningkatan beban limbah organik.

Indonesia sebagai negara maritim memiliki potensi limbah tulang ikan yang sangat besar. Namun pemanfaatannya masih sangat terbatas dan sebagian besar belum diolah menjadi produk bernilai tambah.

Tulang ikan mengandung komponen utama berupa:

Kalsium karbonat (CaCO₃)
Kalsium fosfat
Hidroksiapatit
Kolagen

Material tersebut memiliki nilai ekonomi tinggi dan dapat digunakan sebagai:

Biomaterial
Adsorben
Katalis
Pupuk kalsium
Material komposit

Metode perlakuan termal atau kalsinasi merupakan metode yang efektif untuk mengubah limbah tulang ikan menjadi material berbasis kalsium. Namun demikian, penentuan temperatur kalsinasi optimum memerlukan analisis transformasi termal yang akurat.

Metode Differential Thermal Analysis (DTA) dan Thermogravimetric Analysis (TG) merupakan metode yang efektif untuk mempelajari stabilitas termal material biogenik.

Penelitian mengenai analisis termal tulang ikan masih terbatas, terutama yang mengintegrasikan aspek:

Material maju
Ekonomi sirkular
Zero waste
Ekonomi biru

Penelitian ini bertujuan untuk:

Menganalisis transformasi termal tulang ikan menggunakan DTA-TG
Menentukan temperatur kalsinasi optimum
Mengkaji potensi pemanfaatan limbah tulang ikan dalam ekonomi sirkular
Mendukung pengembangan material berkelanjutan

2. Kajian Penelitian Sebelumnya

Penelitian mengenai pemanfaatan tulang ikan sebagai material kalsium telah banyak dilakukan.

Barakat (2008) menunjukkan bahwa tulang hewan dapat dikalsinasi pada temperatur 700–900°C untuk menghasilkan hidroksiapatit dengan kristalinitas tinggi.

Venkatesan (2015) melaporkan bahwa tulang ikan tuna dapat diubah menjadi hidroksiapatit melalui proses kalsinasi pada temperatur sekitar 800°C.

Liu (2019) menunjukkan bahwa tulang ikan memiliki kandungan mineral lebih dari 60% yang didominasi oleh kalsium fosfat.

Tanaka (2018) menunjukkan bahwa dekomposisi kalsium karbonat terjadi pada temperatur sekitar 600–800°C.

Ozawa (2000) menjelaskan bahwa analisis TG-DTA dapat digunakan untuk menentukan mekanisme dekomposisi material biogenik secara akurat.

Namun demikian penelitian sebelumnya memiliki keterbatasan yaitu:

Tidak menghubungkan analisis termal dengan ekonomi sirkular
Tidak mengkaji dampak sosial ekonomi
Tidak mengkaji ekonomi biru
Tidak mengkaji zero waste

3. State of the Art

Perkembangan penelitian terbaru menunjukkan tren pemanfaatan limbah tulang ikan sebagai material maju berkelanjutan.

Beberapa fokus penelitian terkini meliputi:

3.1 Produksi Biomaterial

Tulang ikan digunakan sebagai sumber:

Hidroksiapatit
Kalsium oksida
Kalsium fosfat

Material tersebut digunakan dalam:

Kedokteran tulang
Adsorben logam berat
Katalis biodiesel

3.2 Karakterisasi Material

Teknik karakterisasi yang umum digunakan meliputi:

XRD
SEM
FTIR
TG-DTA

Namun penelitian yang menghubungkan:

Analisis termal + ekonomi sirkular + ekonomi biru

masih sangat jarang dilakukan.

3.3 Kebaruan Penelitian (Novelty)

Kebaruan penelitian ini adalah:

Analisis transformasi termal tulang ikan hingga 1400°C
Penentuan temperatur optimum berbasis TG-DTA
Integrasi dengan ekonomi sirkular
Integrasi dengan ekonomi biru
Integrasi dengan SDGs
Pendekatan zero waste berbasis material maju

Pendekatan integratif ini merupakan kontribusi ilmiah baru dalam bidang material berkelanjutan.

4. Grand Theory

4.1 Teori Transformasi Termal

Transformasi termal material mengikuti hukum termodinamika:

ΔQ = mcΔT

Perubahan massa:

m(T) = m₀ − Δm(T)

Reaksi dekomposisi:

CaCO₃ → CaO + CO₂

4.2 Teori Transformasi Material Biogenik

Material biogenik mengalami perubahan bertahap:

Fase organik → fase karbon → fase mineral

Transformasi tulang ikan:

Kolagen → karbon → abu mineral

4.3 Teori Ekonomi Sirkular

Ekonomi sirkular bertujuan menghilangkan limbah melalui pemanfaatan kembali sumber daya.

Prinsip utama:

Reduce
Reuse
Recycle

Limbah tulang ikan dapat diubah menjadi material bernilai tinggi.

5. Metodologi Penelitian

5.1 Bahan

Bahan penelitian berupa tulang ikan yang diperoleh dari limbah industri perikanan.

Tahapan persiapan:

Pencucian
Pengeringan
Penghancuran
Pengayakan

5.2 Analisis Termal

Analisis termal dilakukan menggunakan alat:

DTA-TG Analyzer

Kondisi pengujian:

Laju pemanasan:

10°C/menit

Atmosfer:

Udara

Rentang temperatur:

30–1400°C

Massa awal:

12.7 mg

5.3 Analisis Data

Parameter yang dianalisis:

Kehilangan massa
Puncak DTA
Stabilitas termal
Tahapan reaksi

6. Hasil dan Pembahasan

6.1 Analisis Thermogravimetric (TG)

Kurva TG menunjukkan penurunan massa secara bertahap dengan meningkatnya temperatur.

Tahap 1: Dehidrasi (30–200°C)

Terjadi penurunan massa kecil akibat penguapan air bebas dan air terikat.

Proses bersifat fisik.

Tahap 2: Dekomposisi Organik (200–600°C)

Terjadi penurunan massa yang signifikan akibat pembakaran bahan organik seperti kolagen dan protein.

Reaksi:

C + O₂ → CO₂

Tahap ini menghasilkan kehilangan massa terbesar.

Tahap 3: Transformasi Mineral (600–900°C)

Terjadi dekomposisi kalsium karbonat:

CaCO₃ → CaO + CO₂

Kehilangan massa total mencapai:

39%

Material berubah menjadi mineral kalsium stabil.

Tahap 4: Stabilitas Termal (>900°C)

Kurva TG menunjukkan kondisi stabil.

Material sudah berupa mineral anorganik.

6.2 Analisis DTA

Kurva DTA menunjukkan dua puncak utama.

Puncak pertama (≈450°C)

Menunjukkan pembakaran bahan organik.

Reaksi eksotermik.

Puncak kedua (≈650°C)

Menunjukkan transformasi mineral dan rekristalisasi.

6.3 Temperatur Kalsinasi Optimum

Temperatur optimum:

800–900°C

Karena:

Bahan organik hilang
Mineral stabil
Energi efisien

7. Dampak Sosial Ekonomi

7.1 Ekonomi Sirkular

Limbah tulang ikan dapat diubah menjadi:

Pupuk kalsium
Biomaterial
Adsorben

Limbah menjadi sumber daya.

7.2 Zero Waste

Seluruh bagian ikan dapat dimanfaatkan:

Daging → pangan

Kulit → kolagen

Tulang → material kalsium

7.3 Ekonomi Biru

Mendukung:

Industri perikanan
Masyarakat pesisir
UMKM perikanan

7.4 SDG’s

Penelitian mendukung:

SDG 9 – Industri dan inovasi
SDG 12 – Produksi berkelanjutan
SDG 13 – Penurunan emisi
SDG 14 – Ekosistem laut

7.5 IKU Perguruan Tinggi

Penelitian mendukung:

IKU 2 – Mahasiswa berkegiatan di luar kampus
IKU 5 – Publikasi ilmiah
IKU 7 – Kerjasama

8. Penutup

8.1 Kesimpulan

Transformasi termal tulang ikan terjadi dalam tiga tahap utama:

Dehidrasi <200°C
Dekomposisi organik 200–600°C
Stabilisasi mineral 600–900°C

Kehilangan massa mencapai 39% pada temperatur 900°C.

Temperatur kalsinasi optimum berada pada rentang 800–900°C.

Limbah tulang ikan memiliki potensi besar sebagai bahan baku material berbasis kalsium.

8.2 Implikasi

Penelitian ini membuka peluang pengembangan:

Material biomineral
Industri kalsium lokal
Teknologi ramah lingkungan

8.3 Rekomendasi

Penelitian lanjutan disarankan meliputi:

XRD
SEM
FTIR
Uji adsorpsi
Uji katalis

TRANSFORMASI TERMAL LIMBAH TULANG IKAN MENJADI MATERIAL BERBASIS KALSIUM MELALUI ANALISIS DTA–TG: PENDEKATAN EKONOMI SIRKULAR & EKONOMI BIRU BERKELANJUTAN