Nanoteknologi: Harapan Masa Depan Industri Nasional Setyo Purwanto MNI PTBIN-BATAN
PENDAHULUAN • Nanoteknologi menjadi pusat perhatian seluruh dunia dalam kaitan aplikasi dan penerapannya dalam dunia industri untuk memenangkan persaingan global. • Perubahan paradigma dalam memandang teknologi, dimana sifat-sifat dan performansi material selama ini dapat direkayasa sedemikian rupa sehingga menjadi lebih efektif, efisien dan berdaya guna
“The (nano) tsunami is gaining height “, Tim Harper, Cientifica
Teknologi abad 21
• Departemen Perindustrian telah membuat KIN yang berumuskan arah kebijakan industri nasional dengan mengelompokkannya menjadi 10 klaster industri yang telah diprioritaskan guna meningkatkan daya saing
S pa ocie ct s tal Im
• Peluang nanoteknologi dalam dunia industri
Nanotechnology
Computers Automobiles Railways Steam Engines (Middle Ages)
Time
Outcomes or
• Revolusi nanoteknologi akan berimpak sangat besar sebanding dengan empat revolusi industri yang pernah ada.
Time (R&D effort)
Nanoteknologi: Change life style Pengguna HP di Indonesia 90 jt
Nanotechnology In Application NanoTextile
NanoArmor
NanoCoat For Automotive NanoMedicine
Nanotechnology In Application
Konsep pendekatan pembuatan produk nano Berdasarkan tahapan perkembangan nanoteknologi
Roco, Mihail. “Nanoscale Science and Engineering: Unifying and Transforming Tools.” AIChE Journal. May 2004; 50(5); 890-897.
Analisa Eksternal Arah Pengembangan Nanoteknologi Dunia Aplikasi Nanoteknologi Dunia Relevansi dengan penerapan nanoteknologi di industri nasional
Arah & Perkembangan Nanoteknologi Dunia
1. Nanomaterial
(Nanoporous, Nanoparticles/Nanocomposites, Dendrimers, Thin Film & Coatings)
2. Health and Medical Systems (Encapsulation, Delivery & Targeting of Drug, Biomolecular Sensor, Medical lmaging)
3. Energy Solar Cell, Thermoelectricity, Rechargeable Batteries and Supercapacitors, Heat Insulation and Conductance (EC and FP6, at NRM Conference Roma 2004)
3500
2500
2000
1500 Million Euros
3000
1000
500
0
Switzerland Canada Ireland Australia Finland UK The Netherlands Singapore Taiwan France South Korea Germany China EU United States Japan
Countries
Sumber: Technology Transfer Centre, 2007
Alokasi dana untuk nanoteknologi periode 2006-2010 4500
4000
Jumlah publikasi nanoteknologi di dunia berdasarkan negara
Jumlah Paten nanoteknologi di dunia berdasarkan negara
Status Nanoteknologi Amerika Serikat (USA) Tabel Distribusi pendanaan tahun fiskal 2009 di lihat dari Komponen Kegiatan Kegiatan/Bidang/Sektor
USD (juta )
Fundamental Nanoscale Phenomena
550,8
Nanoscale Devices and Systems
327,0
Nanomaterials
227,2
Major research Fasilities and Instrument Acquisition
161,3
Instrumentation, Research, Metrology and Standards
81,5
Environment,health, Safety (EHS)
76,4
Nanomanufacturing
62,1
Education and Societal Issues
40,7
Status Penerapan Nanoteknologi di Dunia
PASAR NANOFOOD
NANOTEKNOLOGI DI INDUSTRI PANGAN
Aplikasi Nanoteknologi di Bidang Pangan Pemrosesan makanan Produk makanan (pangan fungsional) Food monitoring Kemasan makanan Pertanian (nano-farm: pupuk, pestisida)
FOOD PROCESSING
Food Processing Aids • Ditambahkan pada makanan sebagai processing aid • Meningkatkan sifat flow (kemudahan dituang), warna dan kestabilan selama proses, atau meningkatkan daya tahan – Nanopartikel aluminosilikat: Anti-caking agent makanan bentuk granular atau tepung – Anatase TiO2: additive pemutih dan memberi tampilan cerah pada produk permen, gula-gula, dan keju TiO2 food grade
FOOD PRODUCT (INCLUDING FOOD PACKAGING)
FUNCTIONAL FOOD A. Nanopartikel pewarna makanan: karotenoid (pewarna jeruk dan margarin) , likopen. B. Nutritional additive: Dalam bentuk nanopartikel atau nanokapsul (vitamin, mineral, probiotik, peptida bioaktif, antioksidan) C. Flavouring additive
KEMASAN ANTIMIKROBA • Dengan nanosilver – Nanopartikel perak (Ag) yang memiliki sifat antimikroba, mencegah pertumbuhan mikroba (bakteri/jamur) yang dapat membusukkan makanan.
KEMASAN ANTI-UV Dengan Nanopartikel TiO2
– Melindungi makanan dari sinar UV
KEMASAN NANOKOMPOSIT Nanopolimer (PET, nilon)/ Nanokomposit polimer
¾ Meningkatkan sifat fisik, mekanik dan daya tahan panas kemasan
Figure. A projection of post-consumer plastic waste is shown for different sectors in the year 2000.
Limbah Plastik
Masalah yang timbul oleh penggunaan polimer antara lain : 9 pencemaran lingkungan (limbah) 9 pemanasan global (global warming)
How to solve the problem?
Solusi
Reuse (memakai kembali) memakai kembali bekas botol minuman sebagai wadah atau pot bunga, mengisi ulang botol air minuman dan sebagainya. Reduce (mengurangi) mengurangi membeli minuman air kemasan. mengganti kemasan dengan bahan yang mudah terurai (biodegradable plastic) mengurangi penggunaan kertas tissue dengan sapu tangan, mengurangi penggunaan kertas di kantor dengan print preview sebelum mencetak agar tidak salah, baca koran online, dan lainnya. Repair (memperbaiki) memperbaiki barang-barang agar dapat digunakan kembali Recycle (mendaur ulang) sampah polimer didaur ulang kembali menjadi barang baru, diolah sebagai bahan campuran.
Nanomaterial berbasis Sumber Daya Alam
Dampak Nanoteknologi Dampak Ekonomi Prediksi Pasar (dalam 10 tahun)* $340B/yr NanoMaterial $300B/yr Electronik $180B/yr Pharmaceuticals $100B/yr Industi Kimia $ 70B/yr Aerospace Pasar ini memerlukan $ 20B/yr Peralatan setidaknya 800.000 hingga 2 $ 30B/yr Kesehatan juta pekerja $ 45B/yr Lingkungan Mayoritas dari pekerjaan ini $1 Trillion! per tahun pada membutuhkan setidaknya dua 2015 tahun pendidikan pasca sarjana (strata S2) *Estimasi oleh Industri Amerika, sumber: NSF
Consumtion estimation of nanoparticles from 2005 to 2010 Nanokeramik
1500
179 770
Nanopartikel logam
89
Nanoporous material
690
54 260
Carbon nano tube
43
Nanostruktur logam
28
0
198
$1~1000/kg
$10~10.000/kg
$10~10.000/kg
$10~10.000/kg
$100~100.000/kg
2010 2005
500 1000 1500 Jumlah konsumsi nanopartikel (juta $ US)
Tren pasar produk nano mencapai 1 trilyun dolar Amirika di tahun 2015.
2000
CONTOH
Peningkatan nilai tambah pada mineral pasir besi Iron Sand
Silica Cosmetics
Magnetic separator
Ceramic
Alumina
Thin Alumina Gas Sensor
Fe3O4
Concrete Strengthening
Nanopores Membranes
Iron Steel
Magnetit Toner Powder
Purification TiO2
Pigment
Photocatalysist
Contoh pembuatan partikel
French process Metallic Zinc
Produksi ZnO Heated to Vapour Form
Auto Oxidizing Metallic Zinc Vapour
High Purity of ZnO powder (up to 99%)
Active Zinc Oxide Zinc Ash
Dissolved (as ZnCl2)
Precipitation Process using Alkali
Filtered off, dried and micronised.
ZnO powder
Aplikasi ZnO dalam Industri
Dentistry Application of
Pigment for Paint
ZnO Calamine Lotion Semiconductor
Coating for Paper
Luminescent Nanoink as Security Document
Beberapa teknologi penunjang
ADSORPTION ELECTROLYSIS SEDIMENTATION EXTRACTION EVAPORATION
FILTRATION ELECTROPHORESIS
SMELTING
CRYSTALLIZATION PRECIPITATION
Status Komersialisasi dan Inovasi USA
Tabel Permodalan firma berbasis nanoteknologi
Status Perusahaan dan Peluang Bisnis Nanoteknologi di Uni Eropa
Gambar Total perusahaan Nanoteknologi di Eropa pada tahun 2007
Posisi Indonesia di ASIA ?
Fokus Industri Nanoteknologi di Dunia
Fokus Aplikasi Nanoteknologi di Eropa
Gambar Fokus pasar perusahaan aplikasi nanoteknologi di Eropa
Fokus Aplikasi Nanoteknologi di Asia Pasifik
Gambar Fokus pasar perusahaan aplikasi Nanoteknologi di Asia Pasifik
Pertumbuhan Investasi di bidang nanoteknologi USA
Distribusi pendanaan NNI (dalam juta dollar) Lingkungan, Nanomanufaktur kesehatan, dan , 62 keselamatan, 76 Instrumentasi, riset, metrologi dan standard, 81 Fasilitas riset utama dan akusisi instrumen, 161
Nanomaterial, 227
Isu-isu pendidikan dan sosial, 48
Divais dan sistem skala nano , 327
Fenomenafenomena dasar naosains, 550
Kebijakan Dasar UNI EROPA Di Bidang NANOTEKNOLOGI • • • • • • •
• • • • • •
Komisi Komunikasi Nanosains dan Nanoteknologi Strategy, COM(2004)338 Action Plan 2005-2009, COM(2005)243
Isu-isu Sosial
1st Impelementation Report 2005-2007, COM(2007)505 Kesimpulan Konsil pada, Strategy, 2605th Council Meeting, 24 September 2004 1st Impelementation Report, 2832nd Council Meeting, 23 November 2007 Resolusi Parlemen Eropa pada, Action Plan 2005-2009, 28 September 2006 P6_TA(2006)0392 Pandangan Komite Sosial dan Ekonomi Eropa pada, Strategy, OJ C 157, 28.6.2005, p.22 Action Plan 2005-2009, INT/277-CESE 582/2006
Kesehatan, Kerjasama
Inovasi
Internasional
Industri
R&D
SDM
keselamatan, lingkungan, perlindungan konsumen
Infrastruktur
Tahapan Perkembangan Nanoteknologi Produk Generasi Pertama: Nanostruktur Pasif Cth. pelapisan, nanopartikel, nanostruktur logam, polimer
~2000
Produk Generasi Kedua: Nanostruktur Aktif Cth. amplifier, obat tertarget, akuator, struktur adaptif
~2005
Produk Generasi Ketiga: Nanosistem 3D Cth. swarakit, jejaringan 3D, robotik
~2010
Produk Generasi Keempat: Nanostruktur Molekular Cth. divais molekular, perancangan atomik, divais terencana
~20152020
Rantai pembuatan produk nano
Summary Analisis Eksternal(1) • Pengembangan dan fokus aplikasi nanoteknologi di Eropa dan Asia Pasifik memiliki arah berbeda. • Negara-negara Uni Eropa lebih mengutamakan komoditas bidang kesehatan dan ilmu hayati, kebutuhan sehari-hari, teknologi informasi-komunikasi(ICT), Kimia. Sementara komoditas bidang pertahanan, lingkungan serta energi di prioritas berikut. • Negara-negara Asia Pasifik mengutamakan komoditas bidang Kimia, Kesehatan dan ilmu hayati, kebutuhan sehari-hari, otomotif dan transportasi. Sementara teknologi informasi-komunikasi(ICT), lingkungan dan energi pada prioritas berikut.
Summary Analisa Eksternal(2) • Dilihat dari sisi volume pasar nanoteknologi dunia diketahui bahwa Pangsa pasar tekstil dengan nanoteknologi meningkat menjadi $ 13,6 milyar tahun 2007. • Amerika Serikat menguasai bagian terbesar pada investasi global pada nanoteknologi. Pangsa pasar Amerika Serikat sebesar 28% pada tahun 2005, diikuti Jepang dengan 24%. Pangsa pasar Eropa Barat juga mempunyai seperempat bagian pangsa pasar dengan investasi dari negara besar seperti Jerman, Inggris dan Prancis. Negara lainnya seperti Cina, Korea Selatan, Kanada dan Australia memiliki bagian kecil dari pangsa pasar. • Pada tahun 2005, nanomaterial, terutama nanopartikel dan nanokomposit, mendominasi pasar nanoteknologi, yaitu 86% pasar. Nanotools sebesar 10% dan peralatan-peralatan nano sebesar 4%. • Mencermati semua kecenderungan dunia, potensi dan peluang serta tantangan tersebut maka mau tidak mau Indonesia pun harus ikut berlomba menerapkan nanoteknologi ke dalam produk, proses serta kegiatan industrinya.
Analisa Internal Kesiapan penguasaan nanoteknologi di Indonesia Potensi Sumber Daya Alam Kebijakan pemerintah saat ini
Meneropong peluang nanoteknologi di Indonesia?
Fakta (1)
• Indonesia memiliki sumber daya alam mineral yang bervariasi dan melimpah sebagai bahan baku nanomaterial dan sumber energi. • Kekayaan jenis flora dan fauna yang dapat digunakan untuk pengembangan pangan, farmasi dan kesehatan. • Letak geografis dan jumlah penduduk Indonesia merupakan pasar yang sangat potensial bagi perkembangan ekonomi dan industri dunia.
Nanoteknologi di Indonesia
Fakta (2)
¾ Penelitian kearah nanoteknologi sudah dilakukan
¾ ¾ ¾ ¾ ¾
di beberapa lembaga riset (LIPI, BATAN, BPPT, LAPAN, MRC, dll) atau universitas (ITB, UI, ITS, Unand, UGM, dll) dan Litbang Departemen. Sarana dan prasarana masih belum menunjang disamping terletak terpisah-pisah. SDM masih tidak merata dan kekurangan. Alokasi pendanaan juga masih sangat minim. Linkage antara Litbang-PT-Industri masih belum berjalan dengan baik. Arah pengembangan nanoteknologi untuk meningkatkan daya saing industri nasional belum dirumuskan.
Platform Pengembangan Nanosains dan Nanoteknologi Nasional Kementrian RISTEK
Roadmap nanoteknologi dengan pendekatan supply teknologi Markets Focus
Energy
Food
Nano Catalyst
Trans
Nano Porous
Epitaxy
Nano Coating
Lithography
Mid-Product
ICT
Nano Composite
Bio Catalyst
Material Product
Process Technology
Health
Self Assembly
Defense
Time release material
Superior Material Energy Storage and Converter
Physical Synthesis
Super absorbent
Chemical Synthesis
Nano Censor
Sol-gel Synthesis
Nano Structure Building Block
Initial Process
Isolation
Resources
Minerals
synthesis
characterization
Life Natural Resources
Purification
Nano-Size Minerals
Sumber:Ristek
Pendekatan konsep penerapan nanoteknologi di industri nasional Filosofi: Nanotechnology for all Sumber dunia
Sumber nanoteknologi Domestik (Indigenous)
Menengah dan besar 32 klaster komoditi unggulan
(?) 10 klaster komoditi prioritas
(?) Industri yang potensial menerapkan nanoteknologi: 1. Farmasi dan kesehatan 2. Pangan 3. Tekstil 4. Elektronik 5. Otomotif 6. Keramik
Local R&D
(?) (?)
Perkembangan nanoteknologi di Indonesia dan dunia secara skematik.
Keterlibatan tenaga ahli
Indone sia
PT, LIPI, BATAN, BPPT Litbang Departemen (Deptek, Deptan, Depkes..)
Industri….
Implementasi teknologi
Basic Research
2006 Applied Research
2006-2010 2010-2015
Early Adapter Rapid advancement & Mass Market
• Aplikasi industri: produk nanotekno logi (intermediat dan akhir)
• Aplikasi industri: produksi bahan baku nanomaterial
• Penguasaan metode sintesis nanopartikel (bottom-up)
• Studi rekayasa nanomaterial
• Penguasaan teknologi penunjang (ekstraksi, pemurniaan, dll)
• Penguasaan metode sintesis nanopartikel (berbasis top-down)
• Prototype alat sintesis nanopartikel (mechanical milling)
• Study dasar pengembangan nanopartikel
Roadmap pengembangan nanomaterial dan produk nanoteknologi berbasis sumberdaya lokal
2015-2020
Roadmap Pengembangan Nanomaterial dan Produk Nanoteknologi Berbasis Sumberdaya Lokal
Current status Nanotechnology R&D in Indonesia Name of Institute
Group
Research Center for Physics Research Center for Chemistry Research Center for Calibration, Instrumentation, Indonesian Institute of Sciences and Metrology (LIPI) Research Center for Electronics and Research Center for Metallurgy Research Center for Biotechnology Research Center for Electrical Power and R & D Center for Nuclear Fuel and Recycle National Nuclear Energy Agency Center for Isotopes Application and Radiation for Indonesia (BATAN) Technology Center for Nuclear Materials Industry Agency for Assesment and Center for Pharmaceutical and Medical Application of Technology Center for Polymer Technology (BPPT) Center for Materials Technology National Agency for Space and Aeronautics (LAPAN) National Aeronautics and Space Department of Physics Department of Metallurgy and Material Department of Electronical Engineering University of Indonesia (UI) Institute of Human Virology and Cancer Biology Faculty of Public Health Department of Chemical Engineering Department of Physics Bandung Institute of Technology Department of Physical Engineering (ITB) Department of Chemistry
NM X X X X X X X X X X X X
Research Area NB ND NC X X X
NE X
X X X X X X X X X
X X X
X X
X X
X
X X X X X X
X X
X X X
X X
Nanotechnology R&D in Indonesia Gajah Mada University (UGM)
Sepuluh November Institute of Technology (ITS) Andalas University (Unand) Surabaya University (UBAYA) Airlangga University (UNAIR) Yogya Muhammadiyah University Atmajaya Catholic University ISTA Soedirman University Padjajaran University State Polytechnic of Bandung State University of Jakarta (UNJ) Gunadharma University Islamic National University Muchtar Riady Center Eijkmann Institute University of Sebelas Maret University of Syiah Kuala University of Diponegoro
Department of Chemistry Department of Chemical Engineering Department of Industrial and Mechanical Engineering Faculty of Pharmacy Department of Physics Department of Physics Department of Material Engineering Department of Chemistry
(contd) X X X X X X X X
X X X X X X
X X X
X X X
X X Department of Chemical Engineering
X
X X
A. Yani Institute of Science and Technology Department of Physics Department of Physics Department of Chemical Engineering
X X X
X X X X Department of Chemical Engineering Department of Physics Department of Chemical Engineering
X X X
X X X
X X
X
X
SURVEI INDUSTRI KIMIA DAN PANGAN • INDUSTRI KIMIA 1. 2.
• INDUSTRI PT. Mustika Ratu Tbk. (kosmetik) PANGAN
PT. Continental Cosmetics (kosmetik) 3. PT. Sido Muncul (jamu) 4. PT. Iglas (gelas) 5. PT. Candika Wastu Pramathana (bahan kimia) 6. PT. Hempel Indonesia (cat) 7. PT. White Oil Nusantara (bahan kimia) 8. PT. Propan Raya ICC (cat) 9. PT. Petrokimia Gresik (bahan kimia) 10. PT. Hartono Istana Teknologi
1. PT. Santos Premium Krimer 2. PT. Nippon Indosari Corporindo 3. PT. Pawon Gemilang Rasa 4. PT. Luvin Indonesia 5. PT. Sidomuncul 6. PT. Sinar Sosro
TINGKAT PENGENALAN INDUSTRI TERHADAP NANOTEKNOLOGI Belum tahu (13%)
Belum tahu (42%) sudah kenal (58%)
Survei tahun 2008
sudah kenal (87%)
Survei tahun 2009
TINGKAT PENERAPAN NANOTEKNOLOGI DI INDUSTRI 35% sudah menerapkan
Survei tahun 2008
47% sudah menerapkan
Survei tahun 2009
SUMBER TEKNOLOGI NANO YANG DIGUNAKAN Lokal 11%
Impor 89%
Survei tahun 2008
Lokal 36%
Impor 64%
Survei tahun 2009
FAKTOR PENUNJANG Sedang 50%
Baik 50%
Sedang 80%
Baik 20%
infrastruktur
SDM (10-15 orang, 1-2%)
DAMPAK NANOTEKNOLOGI DI INDUSTRI Sedikit meningkat 25% Belum terlihat 50% Sangat meningkat 25% DAMPAK TERHADAP PRODUKTIVITAS
DAMPAK TERHADAP KUALITAS PRODUK 100% Sangat meningkat
PRODUK NANOTEKNOLOGI DI PASAR naik tajam 13%
tetap 20%
Sedikit naik 67% PENGARUH TERHADAP HARGA JUAL PRODUK
TANGGAPAN PASAR
POSISI PEMANFAATAN NANOTEKNOLOGI DI INDUSTRI KIMIA NO . 1. 2.
BIDANG
JENIS PRODUK
Formulasi Bahan baku
kosmetik cat
PRODUK HULU/ ANTARA/ HILIR Produk hilir Produk antara
3. 4.
Formulasi Bahan baku
cat cat
Produk hilir Produk antara
5. 6.
Formulasi Bahan baku
cat Membran elektronik
Produk hilir Produk hilir
POSISI PEMANFAATAN NANOTEKNOLOGI DI INDUSTRI PANGAN NO BIDANG . 1. Food processing 2. Food processing 3. Food packaging
JENIS PRODUK membran membran
PRODUK HULU/ ANTARA/ HILIR Produk antara Produk antara
plastik
Produk hilir
Ketersediaan Sumber Daya Alam • mengelola sumber daya alam secara berkelanjutan terhadap peningkatan produktivitas nasional melalui penguasaan, penyebaran, penerapan, dan penciptaan (inovasi) iptek menuju ekonomi berbasis teknologi. • mengelola sumber daya alam secara berkelanjutan terhadap kelembagaan ekonomi yang melaksanakan praktik terbaik dan kepemerintahan yang baik, dan pengelolaan secara berkelanjutan SDA sesuai kompetensi dan keunggulan daerah.
Summary analisa internal Penelitian dan pengembangan nanoteknologi telah relatif banyak lebih dari 70 institusi yang terlibat langsung dan semakin bertambah seiring dengan daya tarik nanoteknologi. Beberapa peralatan nano sudah ada, namun terletak terpisah-pisah di institusi litbang. Peran masyarakat profesi (misalnya MNI) menjadi sangat penting untuk mengkoordinasi dan akselerasi pengembangan nanoteknologi di Indonesia. Ada 5 fokus bidang penelitian nano dimana bidang nanomaterial mendominasi dengan kandungan penelitian yang difokuskan pada metoda dan teknik pembuatan nanopartikel yang diaplikasikan secara luas untuk industri kosmetik, kesehatan, pelapisan, keramik, elektronik, energi dan lain sebagainya. Pengembangan nano-bioteknologi juga mendapat minat untuk pengobatan kesehatan dan peningkatan produksi pertanian. Pengguna industri nano sudah mulai ada, namun perlu dilakukan survey untuk mendapatkan informasi yang lebih detil. Kondisi R & D di Industri belum bisa diindentifikasi, perlu dilakukan survey tentang status penggunaan nanoteknologi.
Summary Pengembangan nanoteknologi untuk mendukung industri nasional menjadi keharusan bagi sebuah bangsa untuk dapat bersaing di era global. Analisa eksternal menunjukkan bahwa negara-neagara di dunia sangat aktif memajukan nanoteknologi dengan intervensi kebijakan dan suntikan dana yang sangat besar untuk R & D dan implementasi nanoteknologi di industri nasionalnya. Masing-masing negara telah menentukan fokus bidang yang diinsert nanoteknologi sesuai dengan kemampuan, kompetensi inti, dan keunggulan industri nasionalnya. Analisa internal menunjukkan bahwa penelitian dan pengembangan nanoteknologi difokuskan menjadi 6 bidang berdasarkan SDA, SDM, infrastruktur, finansial yang ada dan didominasi oleh nanomaterial. Penerapan nanoteknologi di industri di Indonesia perlu di identifikasi untuk menunjang roadmap nanoteknologi guna penguatan klaster industri.
Daftar Pustaka • Bahan presentasi diambil dari Data Base MNI
