Dalam beberapa tahun terakhir, orang semakin sadar akan pentingnya lingkungan ekologis, dan menyadari bahwa pembangunan ekonomi tidak dapat dicapai dengan mengorbankan lingkungan ekologis, karena lingkungan alam adalah bahan dasar untuk kelangsungan hidup dan reproduksi manusia, dan perlindungan dan perbaikan lingkungan alam adalah prasyarat untuk kelangsungan hidup dan perkembangan manusia.
Menurut sebuah penelitian yang diterbitkan dalam laporan ilmiah pada 19 Maret 2020, membuka kemasan plastik (seperti kantong plastik dan botol coklat) dalam pekerjaan sehari-hari dapat menghasilkan sejumlah kecil partikel plastik kecil yang panjangnya kurang dari 5mm, yaitu plastik mikro.
Saat ini, penelitian belum jelas tentang risiko dan kemungkinan toksisitas yang mereka bawa dan bagaimana mereka diserap oleh manusia, dan penelitian selanjutnya diperlukan untuk manusia.
Dari penelitian di atas, plastik sehari-hari dapat membawa plastik mikro yang dapat membahayakan kesehatan. Namun, ada lebih banyak kontroversi tentang plastik.
Hari ini, kita akan berbicara tentang hubungan antara plastik dan mikroorganisme, salah satu pencemaran lingkungan utama, dan membahas bagaimana menggunakan mikroorganisme untuk menyelesaikan masalah pencemaran plastik. Diharapkan bahwa makalah ini akan memberikan beberapa inspirasi bagi industri yang relevan dan praktisi ilmiah dan teknologi dan mengingatkan pembaca untuk memperhatikan perlindungan lingkungan.
Keuntungan dan kerugian plastik
Pada 1950-an, dengan munculnya "zaman plastik", teknologi konstruksi telah mengalami perubahan luar biasa. Perkembangan industri bahan bakar fosil telah membawa berbagai macam plastik, dari bahan insulasi ke bahan mekanis hingga pelapis, semua jenis bahan telah berubah. Saat ini, plastik masih menjadi bagian dari setiap komponen bangunan di mana-mana.
Ini bukan hanya arsitektur, itu sebenarnya plastik di mana-mana. Plastik dapat ditemukan di pakaian yang kita kenakan, rumah tempat kita tinggal dan mobil yang kita kendarai. Plastik juga dapat ditemukan di TV yang kita tonton, komputer yang kita gunakan, dan alat yang kita gunakan. Orang-orang menggunakan produk plastik di berbagai tempat untuk membuat hidup lebih nyaman, lebih aman dan menyenangkan.
Namun pada kenyataannya, bahan baku plastik terutama berasal dari minyak atau gas alam, yang akan menyebabkan banyak masalah. Sebagai contoh, sumber daya minyak sangat terbatas. Misalnya, dalam proses ekstraksi dan pemurnian minyak, sangat mudah menyebabkan polusi. Selain polusi standar yang disebabkan oleh proses penambangan dan pemurnian, ada potensi kecelakaan kerusakan ekologis utama seperti tumpahan minyak besar-besaran di sepanjang Pantai Teluk pada tahun 2010.
Di sisi lain, bahan kimia beracun dilepaskan selama produksi plastik. Banyak bahan kimia berbahaya akan diproduksi bersama dengan pembuatan plastik, dan kemudian akan masuk dan menghancurkan ekosistem kita melalui air, tanah dan udara. Banyak dari bahan kimia ini adalah polutan organik yang persisten, salah satu racun yang paling merusak di bumi.
Terlebih lagi, plastik sulit untuk didegradasi. Beberapa kantong plastik dan botol dapat melewati ratusan, ribuan, atau bahkan jutaan tahun tanpa degradasi, karena sebagian besar mikroorganisme di alam tidak menggunakan plastik sebagai makanan, sehingga mereka tidak akan membusuk.
Namun, beberapa mikroba baru yang ditemukan baru-baru ini dapat membantu kami mengatasi masalah ini.
Bakteri baru membantu menurunkan plastik
Polystyrene adalah komponen kunci dari produk plastik sekali pakai seperti gelas sekali pakai, peralatan makan, mainan dan bahan kemasan. Saat ini, produksi dan konsumsi polystyrene di berbagai industri meningkat secara eksponensial, yang merupakan ancaman besar bagi lingkungan, dan rendahnya efisiensi pemanfaatan limbah memperparah masalah ini.
Menurut statistik PBB, sekitar 300 juta ton sampah plastik diproduksi setiap tahun di dunia, hanya sekitar 10% di antaranya yang didaur ulang. Diperkirakan India mengonsumsi sekitar 16,5 juta ton plastik per tahun. AIPMA memperkirakan bahwa industri plastik memproduksi sekitar 14 juta ton polystyrene, yang semuanya tidak dapat terdegradasi.
Baru-baru ini, Perdana Menteri India mengumumkan bahwa pada tahun 2022, produk plastik sekali pakai tidak akan lagi digunakan di India, yang merupakan seperlima dari produk plastik harian, sehingga inisiatif ini akan sangat penting di India.
Namun baru-baru ini, tim Richa priyadarshini dari SHIV nadar University di Grand Noida, Uttar Pradesh, India, menemukan dua jenis bakteri "plastik yang dapat dimakan" dari lahan basah di Grand Noida, yang dapat memberikan alternatif lingkungan untuk menyelesaikan krisis polusi plastik.
Dua bakteri yang diisolasi oleh tim adalah strain exiguobacterium dr11 dan strain exiguobacterium undae dr14. Penelitian menunjukkan bahwa mereka memiliki potensi untuk membusuk polistiren.
"Data kami menunjukkan fakta bahwa bakteri ekstrofil, exiguobacterium, dapat menurunkan polistirena dan selanjutnya dapat digunakan untuk mengurangi polusi lingkungan yang disebabkan oleh plastik," kata priyadarshini
"Lahan basah adalah salah satu habitat paling beragam untuk mikroorganisme, tetapi mereka relatif belum dijelajahi," kata priyadarshini. Oleh karena itu, ekosistem ini adalah tempat yang ideal untuk mengisolasi bakteri dengan aplikasi bioteknologi baru. "
Polystyrene memiliki berat molekul tinggi dan struktur polimer rantai panjang, dan memiliki kinerja anti degradasi yang baik. Itu sebabnya mereka bertahan di lingkungan, menurut penelitian yang diterbitkan dalam jurnal RSC.
Tim menemukan bahwa ketika dua bakteri yang terisolasi bersentuhan dengan plastik (polystyrene), mereka menggunakannya sebagai sumber karbon dan menggunakannya untuk membuat biofilm. Ini mengubah sifat fisik polystyrene dan memulai proses degradasi alami. Kemudian, bakteri dapat menghancurkan rantai polimer dengan melepaskan hidrolase.
Saat ini, tim sedang mencoba untuk mengevaluasi proses metabolisme dari strain ini untuk menggunakannya dalam bioremediasi lingkungan.
"Ketika kami melakukan penelitian ilmiah di lahan basah kampus, kami secara tidak sengaja menemukan bakteri dalam 'plastik yang dapat dimakan,'" kata rupamanjari Ghosh, wakil presiden Universitas nadar SHIV. Ini adalah solusi yang relatif ideal untuk memecah degradasi alami plastik dan melakukan biodegradasi. "
Priyadarshini menambahkan: "Kami hanya menjelajahi daerah tersebut pada awalnya untuk memahami spesies bakteri di daerah ini, tetapi akhirnya mengisolasi banyak spesies bakteri dengan kegunaan unik."
Dia menunjukkan bahwa dengan penemuan strain baru dengan biodegradabilitas plastik, enzim baru dan jalur metabolisme potensial juga dapat ditemukan, yang akan berkontribusi pada bioremediasi di masa depan.
Para peneliti menunjukkan bahwa kedua bakteri dapat membangun biofilm di permukaan polystyrene. Biofilm adalah kumpulan sel bakteri, dalam bentuk komunitas agregasi, untuk mencapai kepadatan sel yang sangat tinggi, yang mengarah pada enzim pendegradasi polimer untuk memainkan peran yang lebih kuat.
Priyadarshini mengatakan: "polistiren sulit untuk didegradasi. Sebelum biodegradasi, beberapa bentuk pretreatment, seperti bahan kimia, termal dan fotooksidasi, diperlukan."
Dr11 dan dr14 tidak hanya dapat membentuk biofilm pada polistiren yang tidak diobati, tetapi juga menurunkan plastik yang tidak dimodifikasi.
Priyadarshini juga mengatakan: "dalam beberapa tahun terakhir, ketergantungan masyarakat pada produk plastik telah sangat meningkat, yang telah menyebabkan sejumlah besar akumulasi plastik di lingkungan dan memiliki dampak negatif pada ekosistem. Oleh karena itu, orang membutuhkan metode degradasi plastik berkelanjutan. "
Selain mencoba mendegradasi plastik, ada banyak orang mencari bahan baru yang dapat menggantikan plastik dan menurunkannya.
Dari kiri ke kanan: Anne Schauer Gimenez, Allison pieja dan Molly Morse dari bahan mangga. Di sebelah mereka adalah tangki fermentasi biopolimer dari pabrik pengolahan limbah dekat San Francisco Bay, yang menyediakan bakteri dengan metana yang mereka butuhkan untuk menghasilkan bioplastik. Sumber foto: Chris Joyce / NPR
Biopolimer menggantikan plastik
Perusahaan baru Silicon Valley sedang mencoba mengekstraksi plastik dari pakaian dan kemudian menambahkan sesuatu yang lain, polimer yang dapat terbiodegradasi yang menggantikan plastik.
Polimer adalah molekul rantai panjang yang terdiri dari banyak unit yang sama. Bahan semacam ini seringkali lebih tahan lama dan elastis. Plastik adalah polimer yang terbuat dari produk minyak bumi. Namun, di alam, biopolimer seperti selulosa di kayu atau sutra ulat sutra sering muncul. Mereka berbeda dari plastik karena dapat diuraikan menjadi zat alami.
Molly Morse berharap membuat biopolimer yang dapat menggantikan beberapa plastik. Dia menjalankan perusahaan kecil yang disebut bahan mangga. Mangga adalah buah favoritnya. Dia berharap nama perusahaannya akan terdengar berbeda dari perusahaan teknologi lain di wilayah teluk.
"Kami bukan startup Silicon Valley yang khas, kami memproduksi polimer di pabrik pengolahan air limbah, kami bukan sekelompok orang yang membuat kode di garasi," kata Morse
Jadi, bagaimana dia membuat bioplastik di pabrik pengolahan limbah?
Morse mengatakan itu dimulai ketika dia masih di sekolah dasar. Dia pergi ke akuarium dan menemukan pameran, simulasi sampah plastik mengambang di laut.
Dia mengenang: "ada struktur ikan super besar seperti kerang kerang, seperti plastik busa McDonalds. Saya kaget, benar-benar ketakutan. Pameran ini telah mengubah hidup saya. Saya pikir ini konyol. Saya ingin mengubahnya."
Sebagai hasilnya, Morse mengejar mimpinya dan memperoleh gelar Ph.D. dalam bidang teknik lingkungan dari Universitas Stanford. Pada sebuah konferensi sains pada tahun 2006, ia bertemu seorang insinyur muda lainnya, Anne Schauer Gimenez. "Saya tidak berpikir kita akan mulai berbicara tentang bagaimana melakukan ini sampai sekitar jam 4 pagi," kata Schauer - Gimenez
Prosesnya adalah menggunakan bakteri untuk membuat biopolimer.
Beberapa bakteri dapat memakan metana dan membuat biopolimernya sendiri, terutama jika Anda memberinya makan dengan baik, mereka akan menghasilkan dan mengakumulasi lebih banyak biopolimer. "Jika kita mendapatkan lemak karena terlalu banyak makan es krim atau cokelat, maka lemak di tubuh kita akan menumpuk, dan begitu pula bakteri," Morse menjelaskan
Untuk membuat biopolimer, bakteri membutuhkan banyak makanan. Itu sebabnya bahan mangga telah membangun sebuah situs di pabrik pengolahan air limbah yang disebut air bersih Silicon Valley di Redwood, California, dekat Teluk San Francisco. Perusahaan ini didukung oleh institusi seperti National Science Foundation.
Kotoran dalam limbah, atau setidaknya gas metana dari limbah, adalah makanan bakteri. Pabrik pengolahan biasanya membakar metana atau membuangnya langsung ke udara. Metana adalah gas rumah kaca yang kuat, ketika dibuang ke atmosfer, itu akan menyebabkan pemanasan global. Bahan mangga memberinya makan bakteri.
Proses ini selesai dalam tangki fermentasi, yang berada di sebelah tangki baja besar yang diisi dengan limbah. Insinyur mangga, Allison pieja memamerkan penemuan mereka: kelihatannya seperti tong bir besar dengan tabung di dalamnya, seperti setetes nadi. "Di sinilah keajaiban terjadi," katanya
"Kami terus menambahkan metana dan oksigen ke fermentor dan memasukkan 'saus rahasia' kami ke fermentor sesuai dengan cara bakteri tumbuh," kata Allison pieja, ahli mikrobiologi di mangga.
"Saus rahasia" adalah aditif yang dikembangkan oleh tim untuk mempertahankan proses ini.
Akhirnya, ketika bakteri digemukkan, tim membuka fermentor untuk mendapatkan biopolimer. Mereka mengeringkannya dan mengubahnya menjadi bola.
Sejauh ini, mereka telah mengirimkan hampir 2.000 pon biopolimer ke perusahaan-perusahaan yang tertarik. Target pasar utama mereka adalah tekstil, meskipun mereka mengatakan biopolimer juga dapat digunakan untuk kemasan.
Biopolimer ini dapat digunakan untuk menghasilkan benang sutera berwarna-warni yang terlihat dan terasa seperti "plastik" seperti serat poliester. Diharapkan bahwa biopolimer ini akan ditenun menjadi pakaian untuk menggantikan plastik dalam tekstil.
Lengan baju yang terbuat dari biopolimer. Tim Mangga bekerja dengan beberapa perusahaan untuk menguji efektivitas biopolimer mereka pada tekstil. Kredit gambar: Chris Joyce / NPR
Kerugian dari biopolimer
Schauer-Gimenez mengatakan pakaian seperti itu akan mudah rusak, yang membuat orang takut: "Ya ampun, Anda berencana membuat baju renang dengan bahan-bahan Anda? Saya akan ke lautan, itu akan membuat tubuh saya terurai!" Saya berkata, 'Tidak, tidak, tidak seperti itu. '"
Untuk menurunkan, biopolimer membutuhkan suhu yang tepat dan bakteri yang sesuai untuk mencernanya, dan proses degradasi memerlukan paparan terus menerus selama berminggu-minggu atau berbulan-bulan. Morse mengakui bahwa akan lebih lama jika kondisinya tidak sesuai, seperti di gurun Arizona yang kering atau dasar laut.
Ini adalah kerugian dari biopolimer sejauh ini, dan beberapa biodegradasi tidak secepat yang mereka janjikan.
John Weinstein, seorang profesor biologi di Castle University of South Carolina, menempatkan tas yang terbuat dari polimer jagung di lahan basah dan menemukan bahwa mereka terdegradasi lebih lambat daripada kantong plastik biasa. "Anda membuat bahan baru, tetapi bagaimana itu bisa rusak? Saya terkejut," katanya tentang bioplastik.
"Ini semua tentang kondisi lingkungan," kata Ramani Narayan, seorang insinyur kimia dan ahli bioplastik di Michigan State University. "Semakin lama biodegradasi, semakin lama limbah akan ada. Selama periode ini, itu akan memiliki dampak negatif yang serius terhadap lingkungan. Dampak, ini adalah sesuatu yang perlu dipertimbangkan dengan cermat."
Tim Bahan Mangga mengatakan bahwa bahan mereka adalah biopolimer dalam bentuk polihidroksialkanoat atau PHA. Tidak seperti kebanyakan biopolimer, biopolimer tidak memerlukan daur ulang. Dalam kondisi yang sesuai, itu akan siap dalam satu atau dua bulan. Dapat terdegradasi. Produk mereka sedang menjalani pengujian independen untuk mengonfirmasi hal ini.
Morse mengakui bahwa masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk membuka jalan bagi biopolimer. Dia mendesak orang-orang untuk menggunakan lebih sedikit plastik dan menggunakan kembali barang-barang daripada membuangnya. Tapi dia mengejar impian masa kecilnya - untuk menemukan sesuatu yang lebih baik daripada plastik.
"Kami tidak akan melakukan ini kecuali kami yakin bahwa ini adalah solusi untuk masalah global yang sangat besar."
Polusi plastik: bagaimana cara mengatasinya?
Saat ini, plastik masih penting dalam kehidupan kita, tetapi karena degradasinya yang lambat, plastik telah menyebabkan serangkaian pencemaran lingkungan. Untuk mengatasi masalah ini, kita harus dapat mendaur ulang plastik dalam hidup kita.
Kedua, dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, orang mungkin menemukan cara untuk mengurangi polusi atau menghasilkan biomaterial baru daripada plastik dari mikroorganisme di alam.
Tidak peduli ke arah mana, penting untuk kondusif bagi lingkungan dan pengembangan manusia.
