Plastik Baru yang Dapat Didaur Ulang Terurai dengan Aman di Air Laut
Plastik baru yang tahan lama dan dapat terurai secara hayati terurai di air laut, sehingga menawarkan solusi potensial terhadap polusi mikroplastik.
Bahan ini, berdasarkan struktur supramolekul, dapat disesuaikan untuk berbagai kegunaan dan dapat didaur ulang sepenuhnya, sehingga meningkatkan manfaat lingkungannya.
Plastik Berkelanjutan Baru
Para peneliti yang dipimpin oleh Takuzo Aida di RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) telah menciptakan plastik inovatif yang memadukan daya tahan dan ramah lingkungan. Bahan inovatif ini tidak hanya sekuat plastik konvensional tetapi juga dapat terurai secara hayati, dengan kemampuan unik untuk terurai di air laut. Dengan mengatasi masalah lingkungan yang kritis, plastik ini berpotensi mengurangi polusi mikroplastik secara signifikan, yang terakumulasi di lautan, tanah, dan pada akhirnya memasuki rantai makanan. Temuan tim dipublikasikan hari ini (22 November) di jurnal Sains.
Upaya untuk mengembangkan alternatif berkelanjutan terhadap plastik tradisional, yang tidak dapat terurai secara hayati dan berbahaya bagi lingkungan, telah berlangsung selama bertahun-tahun. Meskipun beberapa pilihan bahan yang dapat terbiodegradasi dan didaur ulang sudah ada, tantangan besar masih ada: banyak dari bahan-bahan tersebut, seperti PLA, gagal terurai di lingkungan laut karena tidak larut dalam air. Keterbatasan ini memungkinkan mikroplastik—fragmen kecil yang berukuran kurang dari 5 mm—bertahan di ekosistem laut, membahayakan kehidupan akuatik dan masuk ke rantai makanan, termasuk manusia.
Inovatif
Dalam studi barunya, Aida dan timnya berfokus pada penyelesaian masalah ini dengan plastik supramolekul—polimer dengan struktur yang disatukan melalui interaksi yang dapat dibalik. Plastik baru ini dibuat dengan menggabungkan dua monomer ionik yang membentuk jembatan garam berikatan silang, yang memberikan kekuatan dan fleksibilitas. Dalam pengujian awal, salah satu monomer adalah bahan tambahan makanan umum yang disebut natrium heksametafosfat dan yang lainnya adalah salah satu dari beberapa monomer berbasis ion guanidinium. Kedua monomer tersebut dapat dimetabolisme oleh bakteri, sehingga memastikan biodegradabilitas setelah plastik dilarutkan menjadi komponen-komponennya.
“Meskipun sifat reversibel dari ikatan dalam plastik supramolekul dianggap membuatnya lemah dan tidak stabil,” kata Aida, “bahan baru kami justru sebaliknya.” Pada material baru, struktur jembatan garam tidak dapat diubah kecuali terkena elektrolit seperti yang ditemukan di air laut. Penemuan kuncinya adalah bagaimana menciptakan hubungan silang selektif yang tidak dapat diubah ini.
Proses Pembuatan dan Properti
Seperti halnya minyak dengan air, setelah kedua monomer dicampurkan ke dalam air, para peneliti mengamati dua cairan yang terpisah. Yang satu kental dan kental serta mengandung jembatan garam struktural penting yang berikatan silang, sedangkan yang lainnya encer dan mengandung ion garam. Misalnya, ketika natrium heksametafosfat dan alkil diguanidinium sulfat digunakan, garam natrium sulfat dikeluarkan ke lapisan berair. Plastik terakhir, alkil SP₂, dibuat dengan mengeringkan sisa lapisan cairan kental yang kental.
“Desalting” ternyata menjadi langkah penting; tanpanya, bahan kering yang dihasilkan adalah kristal yang rapuh, tidak layak untuk digunakan. Pengasinan kembali plastik dengan memasukkannya ke dalam air garam menyebabkan interaksi terbalik dan struktur plastik menjadi tidak stabil dalam hitungan jam. Oleh karena itu, setelah terciptanya plastik yang kuat dan tahan lama serta masih dapat larut dalam kondisi tertentu, para peneliti selanjutnya menguji kualitas plastik tersebut.
Aplikasi dan Dampak Lingkungan
Plastik baru ini tidak beracun dan tidak mudah terbakar—artinya tidak ada emisi CO2—dan dapat dibentuk kembali pada suhu di atas 120°C seperti termoplastik lainnya. Dengan menguji berbagai jenis guanidinium sulfat, tim mampu menghasilkan plastik yang memiliki kekerasan dan kekuatan tarik berbeda-beda, semuanya sebanding atau lebih baik dari plastik konvensional. Artinya, jenis plastik baru dapat disesuaikan dengan kebutuhan; plastik keras tahan gores, plastik seperti karet silikon, plastik penahan beban yang kuat, atau plastik fleksibel dengan daya tarik rendah semuanya dapat dilakukan. Para peneliti juga menciptakan plastik yang dapat terurai di laut menggunakan polisakarida yang membentuk jembatan garam berikatan silang dengan monomer guanidinium. Plastik seperti ini dapat digunakan dalam pencetakan 3D serta aplikasi medis atau yang berhubungan dengan kesehatan.
Terakhir, para peneliti menyelidiki kemampuan daur ulang dan biodegradabilitas plastik baru. Setelah plastik baru pertama kali dilarutkan dalam air garam, mereka mampu memulihkan 91% heksametafosfat dan 82% guanidinium dalam bentuk bubuk, yang menunjukkan bahwa daur ulang mudah dan efisien. Di dalam tanah, lembaran plastik baru terdegradasi sepenuhnya dalam waktu 10 hari, menyuplai tanah dengan fosfor dan nitrogen yang serupa dengan pupuk.
“Dengan bahan baru ini, kami telah menciptakan jenis plastik baru yang kuat, stabil, dapat didaur ulang, dapat melakukan banyak fungsi, dan yang terpenting, tidak menghasilkan mikroplastik,” kata Aida.
Referensi: “Plastik supramolekul yang kuat secara mekanis namun dapat dimetabolisme dengan menghilangkan garam pada pemisahan fase” oleh Yiren Cheng, Eiji Hirano, Hao Wang, Motonobu Kuwayama, EW Meijer, Hubiao Huang dan Takuzo Aida, 21 November 2024, Sains.
DOI: 10.1126/science.ado1782
