Berbagai strategi telah dirancang untuk meminimalkan akumulasi sampah plastik yang meningkat pesat. Salah satu metode melibatkan upscaling, yang didasarkan pada transformasi katalitik plastik.
Kredit Gambar: Aykut Erdogdu/Shutterstock.com
Plastik adalah bahan sintetis yang tersusun dari rantai polimer. Meskipun penggunaan plastik telah menjadi bagian integral dari kehidupan kita, jumlah sampah plastik yang dibuang ke lautan dan tempat pembuangan sampah sangat besar. Plastik ini memiliki banyak efek buruk pada lingkungan kita.
Reklamasi Plastik dari Laut, Wilayah Pesisir, dan Tempat Pembuangan Akhir
Sejumlah besar sampah plastik telah terdeteksi di petak-petak sampah laut dan daerah pesisir. Kecenderungan alami plastik adalah terdegradasi menjadi fragmen-fragmen kecil selama bertahun-tahun, dan fragmen-fragmen ini sering tertelan oleh organisme laut.
Banyak teknik inovatif telah diterapkan untuk mengatasi krisis ini, seperti penempatan unit pengumpul plastik otomatis di sungai yang tercemar berat, yang memiliki kapasitas untuk membuang 50.000 kg plastik per hari. Keberhasilan pelaksanaan program ini telah dilaporkan dari Malaysia dan Indonesia.
Para peneliti juga menunjukkan pentingnya reklamasi plastik dari limbah padat kota, yang jika tidak akan berakhir di tempat pembuangan sampah dan tempat pembuangan sampah. Plastik menjalani strategi daur ulang yang berbeda, dikategorikan sebagai metode upcycling (produk dengan nilai lebih tinggi daripada plastik terkait) atau downcycling (produk dengan nilai lebih rendah daripada plastik terkait). Artikel ini berfokus pada peningkatan polimer.
Peningkatan Polimer
Strategi reklamasi, daur ulang, dan upcycling plastik telah memberikan secercah harapan untuk mengatasi permasalahan plastik sekali pakai. Baru-baru ini, para ilmuwan Jepang telah merumuskan metode biokatalitik, menggunakan enzim bakteri baru untuk menghidrolisis polietilen tereftalat (PET) dan zat antara, yaitu asam mono(2-hidroksietil) tereftalat. Para ilmuwan percaya bahwa enzim tersebut dapat memainkan peran penting dalam pengembangan skema upcycling yang inovatif di masa depan.
Para peneliti telah mengindikasikan bahwa baik monomer, maupun polimer yang terdekonstruksi sebagian, merupakan bahan penting untuk pengembangan berbagai bahan kimia, bahan, dan bahan bakar bernilai tambah. Daur ulang kimia atau depolimerisasi katalitik adalah proses yang melibatkan konversi limbah polimer menjadi monomer.
Jika dimurnikan, monomer memperoleh sifat yang mirip dengan plastik murni. Depolimerisasi katalitik dari monomer tergantung pada adanya ikatan kimia yang tidak stabil dalam kerangka polimer. Proses ini telah terkonsentrasi pada poliester, misalnya PET, karena kemolisis ester adalah pendekatan yang relatif sederhana. Beberapa metode upcycling berdasarkan produk dibahas di bawah ini.
Mendaur Ulang ke Bahan Kimia
Beberapa metode depolimerisasi katalitik yang digunakan untuk konversi PET menjadi monomer melalui depolimerisasi katalitik melibatkan hidrolisis dengan air. Proses ini mampu menghasilkan etilen glikol dan asam tereftalat dalam kondisi netral, asam, atau basa. Baru-baru ini, hidrolisis enzimatik juga meninggalkan bekas dalam depolimerisasi katalitik PET dan poliuretan (PUR). Depolimerisasi katalitik PET melalui alkoholisis dengan metanol atau etanol menghasilkan dialkil tereftalat dan etilen glikol.
Depolimerisasi katalitik dari plastik poliester lainnya, seperti polibutilen tereftalat (PBT) dan PUR, melalui proses kimia (glikolisis, aminolisis, pirolisis), mengarah pada produksi banyak bahan kimia penting. Metode lain yang memainkan peran penting dalam daur ulang polimer menjadi bahan kimia adalah hidrogenolisis katalitik.
Hidrogenolisis adalah jenis metode depolimerisasi yang mekanismenya melibatkan pemutusan ikatan kimia polimer. Biasanya, daur ulang sampah plastik dengan metode hidrogenolisis dapat dilakukan dengan menggunakan dua jenis plastik, yaitu PET dan polietilen (PE), untuk menghasilkan 1,4-benzena dimetanol dan etilen glikol.
Mendaur Ulang ke Material
Para peneliti sekarang dapat mengubah plastik rumah tangga biasa menjadi perekat yang dapat digunakan kembali, menunjukkan kombinasi keuletan dan kekuatan yang langka. Biasanya, tidak mudah untuk merancang perekat yang keras karena mereka harus dimasukkan ke dalam bahan keras dan lunak. Misalnya, perekat struktural (misalnya, epoksi) memiliki kekuatan menahan beban yang sangat besar tetapi tidak memiliki ketangguhan, yang diperlukan untuk menghilangkan tegangan.
Para ilmuwan telah mendaur ulang polystyrene-b-poly(ethylene-co-butylene)-b-polystyrene (SEBS), yang pada dasarnya adalah jenis termoplastik, untuk menghasilkan perekat yang dapat digunakan kembali. Dalam konteks ini, para peneliti menggunakan ester boronik untuk menggabungkan SEBS dengan nanopartikel silika (SiNP), yang memperkuat polimer. Bahan perekat yang baru didaur ulang dapat digunakan kembali dan didaur ulang. Properti ini memperluas penerapannya pada perekat ruang angkasa, otomotif, dan konstruksi.
Kredit Gambar: CalypsoArt/Shutterstock.com
Sampah plastik juga diubah menjadi bahan karbon serbaguna, seperti titik karbon, lembaran nano karbon, serat nano karbon, tabung nano karbon, grafit, grafena, dll. Produk berbasis karbon ini banyak digunakan di banyak bidang teknik dan sains. Konversi plastik poliolefin, seperti PET, menjadi karbon nanotube adalah proses dua langkah, di mana PET pertama kali diubah menjadi produk gas melalui pirolisis.
Selanjutnya, produk gas ini diubah menjadi nanotube karbon menggunakan katalis berbasis nikel atau besi. Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa bahan berbasis karbon daur ulang polimer bertindak sebagai kandidat yang menjanjikan untuk produksi baterai, adsorben, elektrokatalis, superkapasitor, dan bahan pembangkit uap surya.
Mendaur Ulang ke Bahan Bakar
Komposisi utama dari banyak plastik, terutama kandungan karbon dan hidrogen dalam poliolefin, mirip dengan hidrokarbon yang berasal dari minyak bumi. Inilah alasan mengapa nilai kalor sampah plastik hampir setara dengan bahan bakar cair. Selain itu, karena kandungan hidrogen yang tinggi dalam limbah plastik, ini dianggap sebagai bahan baku energi hidrogen alternatif. Valorisasi limbah plastik memungkinkan produksi bahan bakar berkinerja tinggi, seperti gas hidrogen dan alkana cair.
Photoreforming adalah teknologi bertenaga surya yang dapat mengubah polimer polar, seperti PET, dan PUR, menjadi bahan bakar hidrogen. Pada tahun 1981, photoreforming dari plastik yang sebenarnya pertama kali dilakukan menggunakan platinized TiO .2 sebagai fotokatalis, tetapi jumlah produksi hidrogen sangat rendah. Namun, penggunaan katalis quantum dot meningkatkan produksi hidrogen dari limbah plastik (PET dan PUR) secara dramatis. Metode lain, yang dikenal sebagai hidrogenolisis katalitik, dapat mengubah PE menjadi produk alkana (misalnya, lilin, dan solar).
Prospek masa depan
Para ilmuwan percaya bahwa metode daur ulang yang disesuaikan untuk setiap jenis plastik tidak hanya bermanfaat secara ekonomi tetapi juga memiliki manfaat lingkungan. Mereka lebih lanjut menyatakan bahwa proses upcycling yang menguntungkan dapat meningkatkan tingkat reklamasi plastik. Masalah penggunaan reagen beracun selama proses daur ulang dan produksi polusi sekunder harus ditangani di masa mendatang untuk proses daur ulang yang lebih baik.
Referensi dan Bacaan Masa Depan
Rahman, AM dkk. (2021) Desain perekat tangguh dari termoplastik komoditas melalui ikatan silang dinamis. Kemajuan Ilmu Pengetahuan. 7(42). https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk2451
Daur ulang plastik. (2019) Katalisis Alam. 2.pp.945–946 https://doi.org/10.1038/s41929-019-0391-7
Halford, B. (2021) Sebuah cara radikal untuk polimer upcycle. Berita Kimia dan Teknik. 99 (13). [Online] Tersedia di: https://cen.acs.org/acs-news/acs-meeting-news/radical-way-upcycle-polymers/99/i13
Korley, JTL (2021) Menuju daur ulang polimer—nilai tambah dan mengatasi sirkularitas. Sains. 373 (6550). hal. 66-69.https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg4503
Hou, Q. dkk. (2021). Upcycling dan degradasi katalitik dari sampah plastik. Laporan SelIlmu Fisika. 2(8). https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2021.100514
