Bagaimana Kami Mengubah Limbah Plastik Menjadi Cuka: Terobosan Bertenaga Sinar Matahari

(MENAFN- The Conversation) Plastik adalah salah satu material yang paling tahan lama yang pernah dibuat manusia. Ketahanan itu membuatnya menjadi sesuatu yang sangat diperlukan dalam bidang kedokteran, pengemasan makanan, dan transportasi. Namun, itu juga telah menciptakan salah satu masalah lingkungan paling menentukan yang harus kita hadapi.

Setiap tahun, ratusan juta ton plastik diproduksi secara global. Sebagian besar berakhir di tempat pembuangan akhir, insinerator, atau lingkungan alami, tempat ia dapat bertahan selama berabad-abad.

Metode yang kita miliki untuk menyingkirkan polusi plastik memiliki kekurangannya. Menempatkannya di tempat pembuangan akhir berarti bahan kimia dan mikroplastik dapat meresap ke lingkungan sekitar.

Membakarnya melepaskan asap berbahaya dan toksin. Daur ulang mekanis sering menurunkan kelas plastik menjadi produk bernilai lebih rendah, sementara daur ulang kimia biasanya memerlukan suhu tinggi, tekanan tinggi, dan jumlah energi yang besar.

Rekan-rekan saya dan saya baru-baru ini menerbitkan penelitian yang mengeksplorasi kemungkinan yang sangat berbeda: menggunakan sinar matahari dan katalis berbasis besi untuk mengonversi limbah plastik umum secara langsung menjadi asam asetat - komponen kunci cuka dan bahan kimia industri penting.

Alih-alih memperlakukan plastik semata-mata sebagai limbah, penelitian kami menunjukkan bahwa plastik dapat diubah menjadi sesuatu yang berguna dalam kondisi yang ringan.

Belajar dari jamur pembusuk kayu

Inspirasi untuk penelitian kami datang dari alam. Jamur white-rot (Phanerochaete chrysosporium) terkenal karena kemampuannya memecah lignin, salah satu polimer paling tangguh yang ditemukan dalam kayu. Ia melakukannya menggunakan enzim yang menghasilkan spesies kimia yang sangat reaktif, mampu membongkar struktur karbon yang kompleks.

Kami bertanya-tanya apakah suatu material sintetis bisa meniru strategi ini.

Katalis yang kami rancang adalah karbon nitrida yang didoping besi, sebuah semikonduktor yang menyerap cahaya tampak. Kemudian, kami menambatkan atom-atom besi secara individual, sehingga menciptakan apa yang disebut ilmuwan sebagai katalis atom tunggal.

Alih-alih membentuk nanopartikel, setiap atom besi terisolasi dan tertanam di dalam struktur karbon nitrida. Ketelitian pada tingkat atom ini sangat penting. Setiap atom besi berperilaku seperti situs aktif dalam enzim alami, memaksimalkan efisiensi sambil tetap menjaga stabilitas.

Reaksi dua langkah yang digerakkan oleh cahaya

Sistem ini bekerja melalui rangkaian reaksi yang digerakkan oleh cahaya.

Di bawah sinar matahari dan dengan adanya hidrogen peroksida, situs-situs besi mengaktifkan peroksida untuk menghasilkan radikal hidroksil yang sangat reaktif. Radikal adalah atom, molekul, atau ion yang memiliki setidaknya satu elektron yang tidak berpasangan. Ini membuat mereka sangat reaktif secara kimia.

Radikal-radikal ini menyerang rantai karbon panjang yang menyusun plastik, seperti polietilena (yang digunakan dalam kantong plastik), polipropilena (wadah makanan), PET (botol minuman) dan bahkan PVC (pipa dan kemasan).

Polimer-polimer tersebut secara progresif teroksidasi dan dipecah menjadi molekul yang lebih kecil, akhirnya membentuk karbon dioksida (CO2).

Alih-alih membiarkan CO2 ini lepas, katalis yang sama kemudian menjalankan pekerjaan kedua: ia menggunakan sinar matahari untuk mereduksi CO2 menjadi asam asetat. Dengan kata lain, karbon dalam limbah plastik pertama kali teroksidasi lalu disusun kembali menjadi molekul baru yang bernilai.

Secara esensial, pendekatan ini memecah plastik dan mengubah karbon hasilnya menjadi bahan kimia komoditas dalam satu sistem. Inilah yang membedakannya dari sebagian besar teknologi daur ulang yang ada.

Mengapa asam asetat?

Asam asetat paling dikenal sebagai komponen asam penyusun cuka, tetapi ia juga merupakan bahan baku industri utama. Ia digunakan untuk memproduksi perekat, pelapis, pelarut, serat sintetis, dan farmasi.

Permintaan global mencapai jutaan ton setiap tahun, yang berarti pasar bernilai multi-miliar dolar.

Saat ini, sebagian besar asam asetat diproduksi melalui proses yang intensif energi yang disebut proses karbonilasi metanol, di mana metanol direaksikan dengan karbon monoksida pada suhu tinggi.

Mengubah plastik limbah menjadi asam asetat menawarkan jalur sirkular yang potensial: alih-alih mengekstraksi karbon baru, kita menggunakan kembali karbon yang sudah ada dalam material yang dibuang.

Dalam eksperimen kami, sistem menghasilkan asam asetat dengan laju yang secara komparatif menguntungkan dibandingkan metode konversi plastik berbasis cahaya lain yang telah dilaporkan. Ketika kami meningkatkan pemanfaatan cahaya di dalam reaktor, laju produksi meningkat secara signifikan.

Yang penting, reaksi berlangsung pada suhu kamar dan tekanan atmosfer normal. Hal ini berbeda dengan banyak metode daur ulang kimia yang mengharuskan pemanasan plastik hingga beberapa ratus derajat Celsius.

Menangani plastik dunia nyata

Studi laboratorium sering berfokus pada jenis plastik murni. Namun, limbah nyata bercampur dan terkontaminasi. Karena itu, kami menguji berbagai plastik umum secara terpisah, serta juga menguji campurannya.

Katalis kami mampu mengonversi beberapa plastik komoditas utama. Menariknya, PVC menunjukkan performa yang sangat kuat. Kami percaya bahwa klorin yang dilepaskan selama pemecahannya dapat menghasilkan radikal reaktif tambahan, sehingga mempercepat degradasi.

Atom-atom besi tetap terdispersi secara atomik setelah penggunaan berulang, yang menunjukkan stabilitas yang baik. Ini penting karena degradasi katalis atau pelindian logam dapat merusak performa maupun keselamatan lingkungan.

Sistem ini memang bergantung pada penambahan hidrogen peroksida, yang dikonsumsi selama reaksi. Walaupun hidrogen peroksida terurai menjadi air dan oksigen dan dianggap relatif tidak berbahaya, pekerjaan di masa depan perlu menangani bagaimana zat ini dapat disuplai secara berkelanjutan dalam skala besar.

Dari konsep ke praktik

Menskalakan setiap proses kimia baru menghadirkan tantangan. Penembusan cahaya, desain reaktor, dan variasi bahan baku plastik limbah semuanya memengaruhi efisiensi. Aditif dalam plastik komersial - seperti penstabil, pigmen, dan plastisizer - juga dapat memengaruhi hasil reaksi.

Untuk mengeksplorasi kelayakan, kami melakukan penilaian awal techno-economic. Ini adalah cara menganalisis potensi manfaat ekonomi dari sebuah proses atau produk industri.

Meskipun diperlukan optimasi lebih lanjut, analisis kami menunjukkan bahwa penggabungan pembersihan limbah dengan produksi bahan kimia bernilai dapat membantu mengimbangi biaya - terutama ketika manfaat lingkungan diperhitungkan.

Secara lebih luas, pekerjaan ini menggambarkan kekuatan katalis atom tunggal dan desain yang terinspirasi bio. Dengan meniru cara enzim mengendalikan reaktivitas di pusat logam yang presisi, kita dapat mencapai transformasi kimia yang kompleks dalam kondisi ringan menggunakan sinar matahari sebagai sumber energinya.

Menyusun ulang siklus hidup plastik

Masalah polusi plastik tidak akan diselesaikan oleh satu teknologi saja. Mengurangi penggunaan plastik yang tidak perlu, memperbaiki desain produk, dan memperkuat sistem daur ulang semuanya sangat penting.

Mengubah limbah plastik menjadi bahan kimia yang berguna menawarkan strategi yang saling melengkapi. Ini mengubah cara pandang plastik tidak hanya sebagai beban lingkungan, tetapi juga sebagai sumber karbon.

Jika kita bisa memanfaatkan sinar matahari untuk menggerakkan transformasi-transfomasi ini secara efisien dan dalam skala, kemasan yang dibuang kemarin bisa menjadi bahan baku industri besok.

Tantangan sekarang adalah menerjemahkan kemajuan laboratorium kami menjadi sistem yang kuat dan dapat diskalakan. Jika berhasil, hal itu akan menandai langkah menuju ekonomi yang lebih sirkular - suatu kondisi ketika limbah bukanlah akhir dari cerita, melainkan awal dari cerita yang baru.

MENAFN11032026000199003603ID1110848949