Planet kita tersedak oleh plastik. Beberapa bahan yang paling berbahaya, yang membutuhkan waktu puluhan tahun untuk terurai di tempat pembuangan sampah, adalah polipropilen—yang digunakan untuk bahan-bahan seperti kemasan makanan dan bumper—dan polietilen, yang ditemukan dalam kantong plastik, botol, mainan, dan bahkan mulsa.
Polipropilena dan polietilen dapat didaur ulang, namun prosesnya sulit dan seringkali menghasilkan gas metana rumah kaca dalam jumlah besar. Keduanya adalah poliolefin, yang merupakan produk polimerisasi etilen dan propilena, bahan mentah yang sebagian besar berasal dari bahan bakar fosil. Ikatan poliolefin juga terkenal sulit diputus.
Kini, para peneliti di UC Berkeley telah menemukan metode mendaur ulang polimer-polimer tersebut dengan menggunakan katalis yang dapat dengan mudah memutus ikatannya, mengubahnya menjadi propilena dan isobutilena, yang merupakan gas pada suhu kamar. Gas-gas tersebut kemudian dapat didaur ulang menjadi plastik baru.
“Karena polipropilen dan polietilen merupakan plastik yang paling sulit dan mahal untuk dipisahkan satu sama lain dalam aliran limbah yang tercampur, maka sangat penting untuk [a recycling] proses ini berlaku untuk kedua poliolefin,” kata tim peneliti dalam sebuah penelitian yang baru-baru ini diterbitkan di Science.
Menghancurkannya
Proses daur ulang yang digunakan tim dikenal sebagai isomerisasi etenolisis, yang bergantung pada katalis untuk memecah rantai polimer olefin menjadi molekul kecil. Ikatan polietilen dan polipropilen sangat tahan terhadap reaksi kimia, karena kedua poliolefin ini mempunyai rantai panjang ikatan karbon-karbon tunggal. Kebanyakan polimer memiliki setidaknya satu ikatan rangkap karbon-karbon, yang lebih mudah diputus.
Meskipun etenolisis isomerisasi telah dicoba oleh peneliti yang sama sebelumnya, katalis sebelumnya adalah logam mahal yang tidak dapat bertahan dalam kemurnian cukup lama untuk mengubah seluruh plastik menjadi gas. Penggunaan natrium pada alumina diikuti dengan tungsten oksida pada silika terbukti jauh lebih ekonomis dan efektif, meskipun suhu tinggi yang diperlukan untuk reaksi menambah sedikit biaya.
Pada kedua plastik tersebut, paparan natrium pada alumina memecah setiap rantai polimer menjadi rantai polimer yang lebih pendek dan menciptakan ikatan rangkap karbon-karbon yang dapat diputus di ujungnya. Rantai itu terus putus berulang kali. Keduanya kemudian menjalani proses kedua yang dikenal sebagai metatesis olefin. Mereka terkena aliran gas etilen yang mengalir ke ruang reaksi saat dimasukkan ke tungsten oksida pada silika, yang mengakibatkan putusnya ikatan karbon-karbon.
Reaksi tersebut memutus semua ikatan karbon-karbon dalam polietilen dan polipropilen, dan atom karbon yang dilepaskan selama pemutusan ikatan ini akhirnya terikat pada molekul etilen. “Etilena sangat penting untuk reaksi ini, karena merupakan koreaktan,” peneliti RJ Conk, salah satu penulis penelitian tersebut, mengatakan kepada Ars Technica. “Mata rantai yang putus kemudian bereaksi dengan etilen, yang menghilangkan mata rantai tersebut dari rantai. Tanpa etilen, reaksi tidak dapat terjadi.”
Seluruh rantai dikatalisis sampai polietilen sepenuhnya diubah menjadi propilena, dan polipropilena diubah menjadi campuran propilena dan isobutilena.
Metode ini memiliki selektivitas yang tinggi—artinya menghasilkan produk yang diinginkan dalam jumlah besar: propilena yang berasal dari polietilen, dan propilena serta isobutilena yang berasal dari polipropilena. Kedua bahan kimia ini mempunyai permintaan yang tinggi; propilena merupakan bahan baku penting untuk industri kimia, sedangkan isobutilena adalah monomer yang sering digunakan dalam berbagai polimer, termasuk karet sintetis dan bahan tambahan bensin.
Mencampurnya
Karena plastik sering kali dicampur di pusat daur ulang, para peneliti ingin melihat apa yang akan terjadi jika polipropilen dan polietilen menjalani etenolisis isomerisasi secara bersamaan. Reaksinya berhasil, mengubah campuran menjadi propilena dan isobutilena, dengan propilena sedikit lebih banyak daripada isobutilena.
Campuran juga biasanya mengandung kontaminan dalam bentuk plastik tambahan. Jadi tim juga ingin melihat apakah reaksinya masih berfungsi jika ada kontaminan. Mereka bereksperimen dengan benda-benda plastik yang seharusnya dibuang, termasuk mesin sentrifugal dan kantong roti, yang keduanya mengandung sisa-sisa polimer lain selain polipropilen dan polietilen. Reaksi tersebut hanya menghasilkan propilena dan isobutilena yang sedikit lebih sedikit dibandingkan dengan versi poliolefin murni.
Pengujian lainnya melibatkan penambahan jenis plastik yang berbeda, seperti PET dan PVC, ke dalam polipropilen dan polietilen untuk melihat apakah hal tersebut dapat memberikan perbedaan. Hal ini memang menurunkan hasil panen secara signifikan. Jika pendekatan ini ingin berhasil, maka semua kontaminan, kecuali sedikit pun, harus dihilangkan dari produk polipropilena dan polietilen sebelum didaur ulang.
Meskipun metode daur ulang ini sepertinya dapat mencegah berton-ton sampah, namun perlu ditingkatkan skalanya agar hal ini dapat terwujud. Ketika tim peneliti meningkatkan skala percobaan, hasilnya sama, dan terlihat menjanjikan di masa depan. Namun, kita masih perlu membangun infrastruktur yang besar sebelum hal ini dapat mengurangi sampah plastik kita.
“Kami berharap pekerjaan yang dijelaskan… akan menghasilkan metode praktis untuk… [producing] polimer baru,” kata para peneliti dalam studi yang sama. “Dengan melakukan hal ini, permintaan produksi bahan kimia komoditas penting ini, mulai dari sumber karbon fosil dan emisi gas rumah kaca yang terkait, dapat dikurangi secara signifikan.”
Cerita ini pertama kali muncul di Ars Teknik.