Planet kita tercekik oleh plastik. Beberapa pelanggar terburuk, yang dapat memakan waktu puluhan tahun untuk terurai di tempat pembuangan sampah, adalah polipropilena—yang digunakan untuk hal-hal seperti kemasan makanan dan bumper—dan polietilena, yang ditemukan dalam tas plastik, botol, mainan, dan bahkan mulsa.
Polipropilena dan polietilena bisa didaur ulang, tetapi prosesnya bisa sulit dan sering menghasilkan jumlah besar gas rumah kaca metana. Keduanya adalah poliolefin, yang merupakan produk dari polimerisasi etilena dan propilena, bahan baku yang sebagian besar berasal dari bahan bakar fosil. Ikatan poliolefin juga terkenal sulit untuk dipatahkan.
Sekarang, para peneliti di UC Berkeley telah menemukan metode daur ulang polimer ini yang menggunakan katalis yang dengan mudah mematahkan ikatannya, mengubahnya menjadi propilena dan isobutilena, yang berwujud gas pada suhu ruangan. Gas-gas itu kemudian dapat didaur ulang menjadi plastik baru.
“Karena polipropilena dan polietilena termasuk plastik yang paling sulit dan mahal untuk dipisahkan satu sama lain dalam aliran limbah campuran, sangat penting bahwa proses [daur ulang] ini berlaku untuk kedua poliolefin,” kata tim penelitian dalam studi yang baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Science.
Proses daur ulang yang digunakan tim tersebut dikenal sebagai isomerisasi etenolisis, yang bergantung pada katalis untuk memecah rantai polimer olefin menjadi molekul-molekul kecil mereka. Ikatan polietilena dan polipropilena sangat tahan terhadap reaksi kimia, karena kedua poliolefin ini memiliki rantai panjang ikatan karbon-karbon tunggal. Sebagian besar polimer memiliki setidaknya satu ikatan ganda karbon-karbon, yang jauh lebih mudah untuk dipatahkan.
Meskipun isomerisasi etenolisis pernah dicoba oleh para peneliti yang sama sebelumnya, katalis sebelumnya adalah logam yang mahal yang tidak tetap murni cukup lama untuk mengubah seluruh plastik menjadi gas. Menggunakan natrium pada alumina diikuti oleh tungsten oksida pada silika terbukti jauh lebih ekonomis dan efektif, meskipun suhu tinggi yang diperlukan untuk reaksi tersebut menambah sedikit biaya.
Pada kedua plastik, paparan natrium pada alumina memecah setiap rantai polimer menjadi rantai polimer yang lebih pendek dan menciptakan ikatan ganda karbon-karbon yang dapat dipatahkan di ujung-ujungnya. Rantai-rantai itu terus patah berulang kali. Keduanya kemudian menjalani proses kedua yang dikenal sebagai metatesis olefin. Mereka terpapar oleh aliran gas etilena yang mengalir ke dalam ruang reaksi sambil diperkenalkan ke tungsten oksida pada silika, yang menghasilkan pemutusan ikatan karbon-karbon.
Reaksi tersebut mematahkan semua ikatan karbon-karbon dalam polietilena dan polipropilena, dengan atom karbon yang dilepaskan selama pemutusan ikatan ini melekat pada molekul-molekul etilena. “Etilena sangat penting untuk reaksi ini, karena merupakan ko-reagen,” kata peneliti R.J. Conk, salah satu penulis studi, kepada Ars Technica. “Pautan yang rusak kemudian bereaksi dengan etilena, yang menghilangkan pautan dari rantai. Tanpa etilena, reaksi tidak dapat terjadi.”
Seluruh rantai dikatalisis hingga polietilena sepenuhnya dikonversi menjadi propilena, dan polipropilena dikonversi menjadi campuran propilena dan isobutilena.
Metode ini memiliki selektivitas tinggi—artinya menghasilkan jumlah produk yang diinginkan: propilena yang berasal dari polietilena, dan baik propilena maupun isobutilena yang berasal dari polipropilena. Kedua bahan kimia ini sangat diminati; propilena adalah bahan baku penting untuk industri kimia, sementara isobutilena adalah monomer yang sering digunakan dalam berbagai polimer, termasuk karet sintetis dan aditif bensin.
Karena plastik sering dicampur di pusat daur ulang, para peneliti ingin melihat apa yang akan terjadi jika polipropilena dan polietilena menjalani isomerisasi etenolisis bersama. Reaksinya berhasil, mengubah campuran tersebut menjadi propilena dan isobutilena, dengan sedikit lebih banyak propilena daripada isobutilena.
Campuran juga biasanya mengandung kontaminan dalam bentuk plastik tambahan. Jadi tim juga ingin melihat apakah reaksi masih akan berhasil jika ada kontaminan. Mereka bereksperimen dengan objek plastik yang seharusnya dibuang, termasuk sentrifuga dan kantong roti, yang keduanya mengandung jejak polimer lain selain polipropilena dan polietilena. Reaksi tersebut hanya menghasilkan sedikit kurang propilena dan isobutilena dibandingkan dengan versi murni dari poliolefin tersebut.
Uji lain melibatkan memperkenalkan plastik berbeda, seperti PET dan PVC, ke polipropilena dan polietilena untuk melihat apakah itu akan membuat perbedaan. Ini memang menurunkan hasil secara signifikan. Jika pendekatan ini akan berhasil, maka semua kecuali jejak kontaminan akan harus dihilangkan dari produk polipropilena dan polietilena sebelum didaur ulang.
Meskipun metode daur ulang ini terdengar seperti bisa mencegah ton plastik yang dibuang, itu harus ditingkatkan secara besar-besaran agar hal ini terjadi. Ketika tim penelitian meningkatkan skala eksperimen, hasilnya tetap sama, yang terlihat menjanjikan untuk masa depan. Namun, kita perlu membangun infrastruktur yang cukup sebelum ini bisa mengurangi sampah plastik kita.
“Kami berharap bahwa karya yang dijelaskan … akan memimpin ke metode praktis untuk … [menghasilkan] polimer baru,” kata para peneliti dalam studi yang sama. “Dengan demikian, permintaan untuk produksi bahan kimia komoditas penting ini yang berasal dari sumber karbon fosil dan emisi gas rumah kaca terkait dapat sangat dikurangi.”