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 merupakan poliolefin, yang merupakan produk polimerisasi etilen dan propilena, yang bahan bakunya sebagian besar berasal dari bahan bakar fosil. Ikatan poliolefin juga terkenal sulit diputus.
Kini, para peneliti di Universitas California, Berkeley telah menemukan metode daur ulang polimer-polimer ini yang menggunakan katalis yang 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 campuran, maka penting untuk [a recycling] Prosesnya berlaku untuk kedua poliolefin,” kata tim peneliti di a mempelajari baru-baru ini diterbitkan di Science.
Hancurkan
Proses daur ulang yang digunakan oleh tim ini dikenal sebagai isomerisasi etenolisis, yang bergantung pada katalis untuk memecah rantai polimer olefin menjadi molekul yang lebih 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 lebih ekonomis dan efektif, meskipun suhu tinggi yang diperlukan untuk reaksi menambah 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 menempel pada molekul etilen. “Etilen sangat penting untuk reaksi ini karena merupakan ko-reaktan,” kata peneliti RJ Conk, salah satu penulis studi tersebut, kepada Ars Technica , reaksi pembalasan tidak dapat terjadi.”
Seluruh rantai dikatalisis sampai polietilen diubah sepenuhnya menjadi propilena, dan polipropilena diubah menjadi campuran propilena dan isobutilena.
Metode ini memiliki selektivitas yang tinggi, artinya menghasilkan produk yang diinginkan dalam jumlah besar. Ini berarti propilena berasal dari polietilen, dan propilena serta isobutilena berasal dari polipropilen. Kedua bahan kimia ini memiliki permintaan yang tinggi, karena 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.
Campurkan itu
Karena plastik sering kali dicampur di pusat daur ulang, para peneliti ingin melihat apa yang akan terjadi jika polipropilen dan polietilen menjalani isomerisasi etenolisis secara bersamaan. Reaksinya berhasil, mengubah campuran menjadi propilena dan isobutilena, dengan propilena lebih sedikit dibandingkan isobutilena.
Campuran tersebut juga biasanya mengandung kontaminan berupa plastik tambahan. Jadi tim juga ingin melihat apakah reaksinya masih berfungsi jika ada kontaminan. Jadi 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 ini hanya menghasilkan propilena dan isobutilena yang sedikit lebih sedikit dibandingkan versi poliolefin yang tidak dicampur.
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 telah menurunkan hasil panen secara signifikan. Jika pendekatan ini ingin berhasil, maka semua kontaminan kecuali jejak terkecil harus dihilangkan dari produk polipropilena dan polietilen sebelum didaur ulang.
Meskipun metode daur ulang ini terlihat dapat mencegah berton-ton sampah, namun metode daur ulang ini perlu ditingkatkan secara masif agar hal ini dapat terwujud. Ketika tim peneliti meningkatkan skala percobaan, hasilnya serupa, dan tampak menjanjikan di masa depan. Namun, kita perlu membangun banyak infrastruktur sebelum hal tersebut dapat berdampak pada sampah plastik kita.
“Kami berharap pekerjaan yang dijelaskan…akan menghasilkan metode praktis untuk…[producing] polimer baru,” kata para peneliti di tempat yang sama mempelajari. “Dengan melakukan hal ini, permintaan produksi bahan kimia komoditas penting ini dari sumber karbon fosil dan emisi gas rumah kaca yang terkait dapat dikurangi secara signifikan.”
Sains, 2024. DOI: 10.1126/science.adq731
