Metode baru ini, yang dijelaskan dalam jurnal Science edisi 11 Agustus, dapat meningkatkan insentif ekonomi untuk daur ulang plastik dan membuka pintu untuk mendaur ulang jenis plastik baru. Para peneliti memperkirakan metode mereka juga dapat mengurangi emisi gas rumah kaca dari produksi konvensional bahan kimia industri sebesar sekitar 60 persen.
Teknik baru ini bergantung pada beberapa teknik pemrosesan kimia yang sudah ada. Yang pertama adalah pirolisis, di mana plastik dipanaskan hingga suhu tinggi dalam lingkungan bebas oksigen. Hasilnya adalah minyak pirolisis, suatu cairan campuran berbagai senyawa. Minyak pirolisis mengandung olefin dalam jumlah besar -- suatu kelas hidrokarbon sederhana yang merupakan bahan penyusun utama bahan kimia dan polimer masa kini, termasuk berbagai jenis poliester, surfaktan, alkohol, dan asam karboksilat.
Dalam proses intensif energi saat ini seperti perengkahan uap, produsen bahan kimia memproduksi olefin dengan memberikan minyak bumi pada panas dan tekanan yang sangat tinggi. Dalam proses baru ini, tim UW-Madison memulihkan olefin dari minyak pirolisis dan menggunakannya dalam proses kimia yang jauh lebih hemat energi yang disebut katalisis hidroformilasi homogen. Proses ini mengubah olefin menjadi aldehida, yang kemudian dapat direduksi lebih lanjut menjadi alkohol industri yang penting.
“Produk-produk ini dapat digunakan untuk membuat berbagai macam bahan yang bernilai lebih tinggi,” kata George Huber, seorang profesor teknik kimia dan biologi yang memimpin penelitian bersama peneliti pascadoktoral Houqian Li dan mahasiswa PhD Jiayang Wu.
Bahan bernilai lebih tinggi ini mencakup bahan yang digunakan untuk membuat sabun dan pembersih, serta polimer lain yang lebih bermanfaat.
“Kami sangat gembira dengan implikasi teknologi ini,” kata Huber, yang juga mengepalai Pusat Daur Ulang Bahan Kimia Limbah Plastik yang didanai Departemen Energi. “Ini adalah teknologi platform untuk meningkatkan kualitas sampah plastik menggunakan bahan kimia hidroformilasi.”
Industri daur ulang dapat segera menerapkan proses ini; dalam beberapa tahun terakhir, setidaknya 10 perusahaan kimia besar telah membangun atau mengumumkan rencana fasilitas produksi minyak pirolisis dari limbah plastik. Banyak dari mereka menjalankan minyak pirolisis melalui kerupuk uap untuk menghasilkan senyawa bernilai rendah. Teknik daur ulang bahan kimia baru dapat memberikan cara yang lebih berkelanjutan dan menguntungkan dalam memanfaatkan minyak tersebut.
“Saat ini, perusahaan-perusahaan tersebut tidak memiliki pendekatan yang baik untuk meningkatkan kualitas minyak pirolisis,” kata Li. "Dalam hal ini, kita bisa mendapatkan alkohol bernilai tinggi senilai $1.200 hingga $6,000 per ton dari sampah plastik, yang hanya bernilai sekitar $100 per ton. Selain itu, proses ini menggunakan teknologi dan teknik yang ada. Ini relatif mudah untuk ditingkatkan."
Studi ini merupakan upaya kolaboratif di beberapa departemen UW-Madison yang berbeda, kata Huber. Clark Landis, ketua Departemen Kimia dan pakar hidroformilasi dunia, menyarankan kemungkinan penerapan teknik ini pada minyak pirolisis. Profesor Teknik Kimia dan Biologi Manos Mavarikakis menggunakan pemodelan tingkat lanjut untuk memberikan wawasan tingkat molekuler ke dalam proses kimia. Dan Profesor Victor Zavala dari bidang teknik kimia dan biologi memberikan bantuan dalam menganalisis keekonomian teknik dan siklus hidup sampah plastik.
Langkah selanjutnya yang dilakukan tim adalah menyesuaikan proses dan lebih memahami jenis plastik daur ulang dan kombinasi katalis yang menghasilkan produk kimia akhir.
“Ada begitu banyak produk berbeda dan begitu banyak cara yang dapat kita tempuh dengan teknologi platform ini,” kata Huber. “Ada pasar yang besar untuk produk yang kami buat. Saya pikir ini benar-benar dapat mengubah industri daur ulang plastik.”
(sumber daya oleh: University of Wisconsin-Madison. "Proses daur ulang baru dapat menemukan pasar bagi sampah plastik 'sampah'." ScienceDaily. ScienceDaily, 11 Agustus 2023.
