Masa depan terlihat cerah untuk plastik yang dapat didaur ulang tanpa batas

Saat ini, hanya 2% plastik yang benar-benar didaur ulang. Plastik PDK bisa mengatasi krisis sekali pakai.

Analisis lingkungan dan teknologi baru menunjukkan bahwa plastik ramah lingkungan yang revolusioner hampir siap digunakan.

Plastik adalah bagian dari hampir setiap produk yang kami gunakan setiap hari. Rata-rata orang di AS menghasilkan sekitar 100 kg sampah plastik setahun, yang sebagian besar langsung dibuang ke tempat pembuangan sampah. Sebuah tim yang dipimpin oleh Corinne Scown, Brett Helms, Jay Keasling dan Kristin Persson di Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) bersiap untuk mengubahnya.

Kurang dari dua tahun lalu, Helms mengumumkan penemuan plastik baru yang dapat mengatasi krisis limbah. Bahan, yang disebut poli (dicetoenamine) atau PDK, memiliki semua sifat nyaman dari plastik tradisional yang menghindari perangkap lingkungan, karena, tidak seperti plastik tradisional, PDK dapat didaur ulang tanpa batas waktu tanpa kehilangan kualitas.

Kini, tim telah mempublikasikan studi yang menunjukkan apa yang bisa dicapai jika produsen mulai menggunakan PDK dalam skala besar. Kesimpulannya? Plastik berbasis PDK dapat dengan cepat menjadi kompetitif secara komersial dengan plastik konvensional dan produk akan lebih murah dan lebih berkelanjutan dari waktu ke waktu.

“Plastik tidak pernah dirancang untuk didaur ulang. Kebutuhan untuk melakukan hal itu diakui lama setelahnya, ”kata Nemi Vora, penulis pertama laporan dan mantan rekan pascadoktoral yang bekerja dengan penulis utama Corinne Scown. “Namun mempromosikan keberlanjutan adalah inti dari proyek ini. PDK dirancang untuk didaur ulang sejak awal dan, sejak awal, tim telah bekerja untuk menyempurnakan proses produksi dan daur ulang PDK sehingga bahannya cukup murah dan mudah digunakan dalam skala komersial dalam kemasan apa pun di mobil “.

Studi ini menyajikan simulasi untuk fasilitas 20.000 ton per tahun yang menerbitkan PDK baru dan mengumpulkan limbah PDK yang digunakan untuk didaur ulang. Para penulis menghitung input dan teknologi kimia yang diperlukan, serta biaya dan emisi gas rumah kaca, dan kemudian membandingkan hasilnya dengan angka yang setara untuk produksi plastik konvensional.

“Saat ini ada dorongan yang besar untuk mengadopsi praktik ekonomi sirkuler di industri. Semua orang mencoba mendaur ulang semua yang mereka taruh di pasar, ”kata Vora. “Kami mulai berbicara dengan industri tentang penyebaran 100% plastik daur ulang tanpa batas dan kami mendapat banyak minat.”

“Pertanyaannya adalah berapa biayanya, apa dampaknya pada penggunaan energi dan emisi, dan bagaimana menuju ke sana dari tempat kita saat ini,” tambah Helms, seorang staf ilmuwan di Berkeley Lab Molecular Foundry. “Tahap selanjutnya dari kolaborasi kami adalah menjawab pertanyaan-pertanyaan ini.”

Centang kotak murah dan mudah

Hingga saat ini, lebih dari 8,3 miliar metrik ton bahan plastik telah diproduksi dan sebagian besar berakhir di tempat pembuangan sampah atau pabrik pembakaran sampah. Sebagian kecil plastik dikirim untuk didaur ulang “secara mekanis”, yaitu dilebur dan diubah menjadi produk baru. Namun, teknik ini memiliki manfaat yang terbatas. Resin plastik itu sendiri terdiri dari banyak molekul identik (disebut monomer) yang disatukan dalam rantai panjang (disebut polimer). Namun, untuk memberi plastik banyak tekstur, warna dan kemampuannya, aditif seperti pigmen, penstabil panas dan penghambat api ditambahkan ke resin.. Ketika banyak plastik melebur menjadi satu, polimer dicampur dengan sejumlah besar aditif yang berpotensi tidak cocok, menghasilkan bahan baru dengan kualitas yang jauh lebih rendah daripada resin murni dari bahan baku yang baru diproduksi. Dengan demikian, kurang dari 10% plastik didaur ulang secara mekanis lebih dari sekali dan plastik daur ulang juga mengandung resin murni untuk mengimbangi kualitas perendaman.

Plastik PDK mudah pecah

GIF yang menunjukkan bagaimana plastik PDK mudah terurai saat ditempatkan dalam larutan asam. Asam membantu memutus ikatan antara monomer dan memisahkannya dari aditif kimiawi yang membuat plastik tampak seperti itu. Kredit: Peter Christensen / Berkeley Lab

Plastik PDK sepenuhnya menghindari masalah ini: polimer resin dirancang untuk mudah terurai menjadi monomer individu bila dicampur dengan AC id. Monomer dapat dipisahkan dari aditif apa pun dan dirakit untuk membuat plastik baru tanpa kehilangan kualitas. Penelitian sebelumnya oleh tim tersebut menunjukkan bahwa proses “daur ulang kimiawi” ini menyoroti energi dan emisi karbon dioksida, dan dapat diulang tanpa batas waktu, menciptakan siklus hidup material yang benar-benar melingkar di mana saat ini ada tiket satu arah dan kehancuran.

Terlepas dari sifat luar biasa ini, untuk benar-benar mengalahkan plastik dalam permainannya sendiri, PDK juga harus nyaman. Mendaur ulang plastik berbahan dasar minyak tradisional memang sulit, tetapi membuat plastik baru sangatlah mudah.

“Kami berbicara tentang bahan yang pada dasarnya tidak dapat didaur ulang,” kata Scown. “Oleh karena itu, dari segi daya tarik bagi produsen, PDK tidak bersaing dengan plastik daur ulang, melainkan harus bersaing dengan virgin resin. Dan kami sangat senang melihat betapa murah dan efektifnya mendaur ulang bahan tersebut. “

Scown, yang merupakan staf ilmuwan di bidang teknologi energi dan biosains di Lab Berkeley, mengkhususkan diri dalam pemodelan dampak lingkungan dan keuangan masa depan dari teknologi yang muncul. Scown dan timnya telah mengerjakan proyek PDK sejak awal, membantu kelompok ahli kimia dan ilmuwan manufaktur Helms memilih bahan mentah, pelarut, peralatan, dan teknik yang akan menghasilkan produk yang paling terjangkau dan ramah lingkungan.

“Kami mengambil teknologi pada tahap awal dan merancang seperti apa itu dalam operasi skala komersial” menggunakan input dan teknologi yang berbeda, katanya. Proses pemodelan unik dan kolaboratif ini memungkinkan ilmuwan Berkeley Lab untuk mengidentifikasi tantangan penskalaan potensial dan melakukan perbaikan proses tanpa siklus coba-coba yang mahal.

Laporan tim, yang diterbitkan di Science Advances, memodelkan produksi PDK skala komersial dan pipa daur ulang berdasarkan keadaan perkembangan plastik saat ini. “Dan kesimpulan utamanya adalah setelah Anda memproduksi PDK pada awalnya dan memasukkannya ke dalam sistem, biaya dan emisi gas rumah kaca terkait dari proses daur ulang kembali menjadi monomer dan pembuatan produk baru bisa lebih rendah, atau setidaknya sama tingkat sebanyak polimer konvensional, ”kata Scown.

Anda telah merencanakan peluncurannya

Berkat optimalisasi pemodelan proses, PDK daur ulang sudah diminati oleh perusahaan yang membutuhkan plastik. Selalu melihat ke masa depan, Helms dan rekan-rekannya telah melakukan riset pasar dan bertemu dengan orang-orang di industri ini sejak awal proyek. Karya kakinya menunjukkan bahwa aplikasi awal terbaik untuk PDK adalah pasar di mana produsen akan menerima produknya di akhir masa manfaatnya, seperti industri otomotif (melalui pertukaran dan pemulihan) dan elektronik konsumen (melalui limbah elektronik). program). Perusahaan-perusahaan ini akan dapat memperoleh keuntungan dari produk PDK yang 100% dapat didaur ulang: merek yang berkelanjutan dan penghematan jangka panjang.

Pekerja yang mengklasifikasikan sampah plastik

Pekerja memilah sampah plastik.

“Dengan PDK, sekarang orang-orang di industri bisa memilih,” kata Helms. “Kami menggabungkan mitra yang memasukkan sirkularitas ke dalam lini produk dan kemampuan manufaktur mereka dan menawarkan mereka opsi yang sesuai dengan praktik terbaik di masa mendatang.”

Scown menambahkan: “Kami tahu ada minat pada level ini. Beberapa negara berencana mengenakan pajak yang signifikan pada produk plastik yang bergantung pada bahan non-daur ulang. Perubahan ini akan memberikan insentif finansial yang kuat untuk menjauh dari penggunaan resin murni dan akan menghasilkan banyak permintaan untuk plastik daur ulang. “

Setelah menyusup ke pasar barang tahan lama seperti mobil dan elektronik, tim berharap dapat memperluas PDK menjadi produk sekali pakai yang tahan lama seperti kemasan.

Masa depan yang lengkap

Saat mereka menyusun rencana untuk peluncuran komersial, para ilmuwan juga melanjutkan kolaborasi tekno-ekonomi mereka dalam proses produksi PDK. Sementara biaya PDK daur ulang diharapkan secara kompetitif rendah, para ilmuwan sedang mengerjakan perbaikan tambahan untuk mengurangi biaya PDK perawan, sehingga perusahaan tidak kecewa dengan harga investasi awal.

Dan seperti aslinya, para ilmuwan sedang mengerjakan dua langkah ke depan sekaligus. Scown, yang juga wakil presiden Siklus Hidup, Ekonomi dan Agronomi di Joint BioEnergy Institute (JBEI), dan Helms bekerja sama dengan Jay Keasling, ahli biologi sintetik terkemuka di Berkeley Lab dan UC Berkeley dan CEO JBEI, untuk merancang sebuah proses untuk memproduksi polimer PDK menggunakan bahan prekursor yang terbuat dari mikroba. Saat ini, prosesnya menggunakan bahan kimia industri, tetapi pada awalnya dirancang dengan mempertimbangkan mikroba Keasling, berkat seminar interdisipliner yang kebetulan.

“Sesaat sebelum saya memulai proyek PDK, saya menghadiri seminar di mana Jay menjelaskan semua molekul yang dapat diproduksi JBEI dengan mikroba rancangannya,” kata Helms. “Dan saya sangat gembira karena saya melihat bahwa beberapa molekul ini adalah benda yang kami masukkan ke dalam PDK. Jay dan saya melakukan beberapa obrolan dan menyadari bahwa hampir semua polimer dapat dibuat dari bahan tanaman yang difermentasi oleh mikroba yang dirancang.”.

“Di masa mendatang, kami akan memasukkan komponen biologis ini, yang berarti kami akan dapat mulai memahami dampak transisi dari bahan baku konvensional ke bahan baku biologis yang unik dan mungkin menguntungkan yang dapat lebih berkelanjutan dalam jangka panjang di basis energi, karbon atau intensitas air untuk produksi dan daur ulang, ”lanjut Helms.

“Jadi, di mana kita sekarang, ini adalah langkah pertama bagi banyak orang dan saya pikir kita memiliki trek yang sangat panjang di depan kita, dan itu menarik.”

Referensi: “Meratakan biaya dan jejak karbon dari polimer melingkar yang secara kimiawi didaur ulang menjadi monomer” oleh Nemi Vora, Peter R. Christensen, Jérémy Demarteau, Nawa Raj Baral, Jay D. Keasling, Brett A. Helms, dan Corinne D. Scown , 9 April 2021, Kemajuan ilmiah.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0187

Molecular Foundry adalah fasilitas pengguna Office of Science (DOE) Departemen Energi yang berspesialisasi dalam ilmu skala nano. JBEI adalah pusat penelitian bioenergi yang didanai oleh DOE Science Office.

Pekerjaan ini didukung oleh program penelitian dan pengembangan berbasis DOE’s Office of Bioenergy Technologies dan Berkeley Lab (LDRD).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.