Sebagian besar penelitian mengenai “bahan kimia abadi” berfokus pada cara terbaik untuk menghilangkannya dari lingkungan. Namun, solusi untuk masalah rumit acap kali muncul dari tempat yang paling tak terduga—seperti yang ditunjukkan oleh studi baru yang justru mengalihfungsikan polutan tersebut menjadi alat untuk mengekstrak litium berharga.
Dalam studi terbaru di Nature Water, tim yang dipimpin peneliti dari Rice University mendeskripsikan cara novel untuk memanfaatkan sisa zat perfluoroalkil dan polifluoroalkil (PFAS) yang sudah terpakai guna memulihkan litium dari kolam air asin berkadar garam tinggi. Tim memanfaatkan kandungan fluorin dalam sisa PFAS, menggunakannya untuk menarik litium dari air asin. Yang luar biasa, tim berhasil mengumpulkan litium fluorida dengan kemurnian 99% dan mengonfirmasi bahwa sampel tersebut cukup murni untuk meningkatkan stabilitas dan kinerja baterai litium-ion.
“Dengan memandang limbah sebagai senyawa yang berpotensi berguna, kami dapat mengonversi PFAS terserap karbon aktif (GAC) yang bermasalah menjadi logam berharga yang dapat digunakan, misalnya, dalam baterai,” ujar Yi Chang, penulis utama studi dan rekan postdoktoral di Rice University, dalam sebuah pernyataan.
Dua Masalah Sekaligus
PFAS ada di mana-mana. Menurut Badan Perlindungan Lingkungan AS (EPA), ribuan jenis PFAS berbeda telah digunakan dalam berbagai produk konsumen sejak tahun 1940-an. Bahan kimia sintetis ini membutuhkan waktu sangat lama untuk terurai, dan para peneliti telah mendeteksi PFAS dalam sumber alami seperti tanah, angin, dan awan, tetapi juga di sebagian besar organ manusia serta bahan pangan seperti bir, gula, atau apel.
Survei yang dilakukan Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit (CDC) menyatakan bahwa sebagian besar orang di AS telah terpapar PFAS, menurut EPA. Namun, penelitian masih berlangsung mengenai sejauh mana paparan ini dapat menimbulkan efek kesehatan merugikan, seperti peningkatan risiko kanker atau penurunan kesuburan.
Di sisi lain, litium merupakan sumber daya yang sangat bernilai bagi berbagai industri, yang paling terkenal adalah penggunaannya dalam baterai untuk telepon genggam, laptop, dan kendaraan listrik, merujuk pada Royal Society of Chemistry. Meskipun unsur itu sendiri tidak terlalu langka, tingginya dan terus meningkatnya permintaan akan logam ini membuat beberapa ahli memproyeksikan akan terjadi kelangkaan serius di seluruh dunia pada akhir tahun 2030.
Menghidupkan Kembali PFAS?
Metode baru ini pada dasarnya menambahkan langkah-langkah tambahan di akhir siklus hidup PFAS—yaitu ketika bahan kimia ini benar-benar menjadi beban lingkungan. Secara spesifik, tim mengumpulkan karbon aktif granular yang telah jenuh PFAS, atau bahan penyaring yang menghilangkan bahan kimia berbahaya dari busa pemadam kebakaran.
“Alih-alih memperlakukan material bekas ini sebagai titik akhir, [tim] justru menggunakannya sebagai masukan,” ungkap para peneliti dalam pernyataan tersebut. Yang menarik, tim menciptakan sistem yang mirip dengan elektrode menggunakan sisa karbon yang terendam PFAS dan air asin yang sangat tinggi kadar garamnya serta mengandung berbagai unsur.
Gambar perangkat pemanas yang digunakan untuk memanaskan sampel dalam eksperimen. Kredit: Rice University
Ketika campuran tersebut dipanaskan dengan cepat hingga 1.832 derajat Fahrenheit (1.000 derajat Celsius) lalu didinginkan kembali secara cepat, fluorida dalam PFAS terpisah dan berikatan dengan ion positif dalam air asin, menciptakan senyawa baru termasuk litium fluorida. Selain itu, perlakuan ini mengubah karbon yang mengandung PFAS menjadi “limbah tidak beracun,” kata para peneliti.
Para peneliti kemudian memanaskan kembali sistem tersebut hingga titik didih litium fluorida, yaitu 3.049 derajat F (1.676 derajat C), untuk memisahkan litium dari amalgam. Hal ini memungkinkan tim untuk memulihkan 82% litium fluorida yang tersedia dengan kemurnian 99%, menurut makalah tersebut.
Sains Hebat dari Ide-Ide yang Tak Biasa
Yang paling penting, tim memasukkan litium fluorida yang telah dipulihkan ke dalam elektrolit baterai litium-ion, memantau bagaimana penambahannya mempengaruhi kinerja baterai dibandingkan dengan sel kosong tanpa perlakuan. Sebulan kemudian, tim mengidentifikasi tanda-tanda jelas bahwa baterai dengan litium hasil ekstraksi menunjukkan kapasitas yang lebih tinggi dan lebih konsisten.
Selanjutnya, tim membandingkan metode mereka dengan teknik ekstraksi litium yang ada untuk melihat apakah temuan mereka, meski menarik, juga secara praktis lebih unggul. Dalam makalahnya, tim berargumen bahwa metode ini memang memiliki dampak lingkungan yang lebih rendah dan dapat menghasilkan laba lima kali lipat lebih besar dibandingkan proses lainnya.
Klaim tersebut bisa dibilang ambisius, dan kita perlu memberi waktu bagi para ahli independen untuk menguji analisis tersebut. Namun, temuan ini menunjukkan bagaimana pergeseran perspektif sekecil apa pun dapat melahirkan hasil yang menakjubkan. Dan jika tim ini dapat memenuhi janjinya, kita benar-benar akan menyelesaikan dua masalah sekaligus untuk beberapa tantangan terrumit yang kita hadapi.