Bisakah plastik yang terbuat dari usus bakteri membantu mengatasi krisis sampah kita?  |  NOVA
PBS

Bisakah plastik yang terbuat dari usus bakteri membantu mengatasi krisis sampah kita? | NOVA

Teknologi + RekayasaTeknologi & Rekayasa

Bioplastik yang disebut PHA tumbuh seperti bir dan terurai seperti kayu. Dan mereka mungkin bisa membantu masalah sampah plastik kita.

Sedotan minuman merupakan salah satu dari sekian banyak produk plastik sekali pakai yang berpotensi diproduksi menggunakan biopolimer. Kredit Gambar: Phichai, Shutterstock

Terlepas dari upaya program daur ulang dan pendidikan lingkungan, masih sulit bagi banyak dari kita untuk memahami berapa banyak plastik yang diproduksi manusia. Kami berada di jalur yang tepat untuk memproduksi satu miliar ton plastik per tahun pada tahun 2050. Secara kumulatif, kami telah memproduksi lebih dari 8,3 miliar metrik ton sejak tahun 1950. Itu 20 kali berat semua manusia yang hidup saat ini.

Sistem yang kami kembangkan untuk mendaur ulang plastik penuh dengan hambatan logistik, politik, dan ekonomi, dan angka-angka menunjukkannya. Pada tahun 2015, tiga perempat dari 8 miliar metrik ton plastik sudah tidak digunakan, dengan 9% telah didaur ulang dan 12% dibakar. Sebuah kekalahan 79% berakhir di tempat pembuangan sampah atau lingkungan alam, ditakdirkan untuk duduk hampir tidak berubah selama ratusan, jika tidak ribuan, tahun.

Tidak harus seperti ini. “Plastik” adalah kategori yang mencakup keragaman besar bahan dengan satu kesamaan: Mereka terbuat dari rantai berulang molekul yang dikenal sebagai “polimer” dan dapat dicetak atau diekstrusi saat lunak untuk mengambil bentuk tertentu. Sampai saat ini, kami hanya melihat ke petrokimia (terbuat dari minyak mentah dan gas alam) untuk membuat plastik dengan sifat yang kami temukan sangat berguna: kekakuan peralatan makan, fleksibilitas film plastik, penghalang kelembaban yang mengandung makanan berminyak. Meskipun beberapa petroplastik yang kurang umum memang dapat terurai secara hayati, bioplastik—yang sering dibuat dari bahan tanaman seperti ampas tebu, jagung, atau singkong dan dalam banyak kasus terurai setelah waktu yang relatif singkat—mungkin juga dapat membantu mengatasi masalah plastik besar kita.

Memasuki polihidroksialkanoat, juga dikenal sebagai PHA, polimer yang digunakan untuk membuat bioplastik biodegradable dari sumber yang tidak terduga: usus bakteri. PHA dan bioplastik lainnya berusaha menantang asumsi kami tentang apa itu plastik, dan perusahaan seperti Danimer di Georgia dan Mango Materials di California bertaruh besar bahwa produk mereka dapat membantu mengurangi jumlah limbah plastik kami. Kemitraan Danimer dengan Bacardi akan membuat perusahaan meluncurkan botol PHA di semua lini minuman kerasnya pada tahun 2023; ia juga memiliki kemitraan dalam pekerjaan dengan Nestle, Pepsico, dan raksasa plastik sekali pakai lainnya. Sementara itu, Mango membuat terobosan ke industri lain yang bergantung pada plastik, seperti pakaian jadi. (Ya, pakaian olahraga Anda memiliki plastik di dalamnya.)

Tapi PHA bukanlah hal baru. Mereka telah ada selama 35 tahun, dan orang-orang yang ragu ingin menunjuk ke Metabolix, sebuah perusahaan PHA yang tampak menjanjikan, tumbuh dengan cepat, dan kemudian runtuh pada tahun 2016. Metabolix dan calon inovator lainnya telah hidup dan mati mencoba untuk “membuat PHA terjadi .” Apakah sekarang saatnya bioplastik ini menerobos?

Anda mungkin tidak berpikir plastik dan bir memiliki banyak kesamaan, tetapi dalam kasus PHA, ada beberapa tumpang tindih yang mengejutkan. Plastik berbasis bio berasal dari usus bakteri, polimer yang digunakan mikroorganisme untuk mengubah makanan menjadi energi yang disimpan untuk hari hujan. Untuk membuat polimer itu menjadi sesuatu yang dapat digunakan manusia, ilmuwan dan pengusaha PHA menumbuhkan bakteri dalam tong besar dalam kondisi tertentu, memberi mereka makan dengan minyak sayur, gula, atau gas metana dan menunggu untuk memanen hasilnya. Sejauh ini, agak seperti bir.

Di sinilah hal itu menjadi sedikit berbeda. Ketika bakteri menjadi sangat penuh dan poli-poli sehingga mereka bukan lagi bakteri—ketika sel-sel mereka telah berubah dari sekitar 3% polimer menjadi lebih dari 95%—mereka akan menjalani proses pemurnian yang menghancurkan membran mereka dan membawa polimer keluar dari larutan. Bubuk putih yang dihasilkan digabungkan menjadi pelet yang kemudian dapat dibuat menjadi sedotan dan wadah untuk dibawa pulang. Voila: plastik yang tidak hanya dibuat tanpa bahan bakar fosil tetapi juga sepenuhnya dapat dikomposkan, terurai di halaman belakang rumah Anda dan di laut.

Kami telah mengetahui tentang kapasitas bakteri untuk memproduksi plastik sejak tahun 1920-an. Tetapi butuh waktu hingga tahun 1983 untuk mengetahui bagaimana mendapatkan polimer dari dalam bakteri ke tangan manusia dan sampai baru-baru ini terjadi pada skala yang dapat dikomersialkan. “Jika Anda memikirkan apa yang kita ketahui di awal abad ke-20 tentang bakteri, mikroskop, evolusi, semua itu telah berevolusi dengan cepat,” kata CEO Mango Materials Molly Morse. Hanya dalam dekade terakhir kami memiliki perangkat untuk membuat PHA menjadi kenyataan.

Pelet terbuat dari biopolimer PHA. Foto milik Bahan Mangga

Sekarang, ada lebih dari 150 jenis PHA, yang berbeda berdasarkan panjang molekulnya, bagaimana strukturnya, mikroorganisme mana yang memproduksinya, dan apa yang diberikan mikroorganisme tersebut. Semakin panjang rantai molekul, semakin fleksibel dan elastis plastiknya; semakin pendek, semakin rapuh bahan tersebut. PHA meleleh dan mengalir seperti petroplastik dan dapat diubah menjadi lembaran atau dicetak menjadi berbagai bentuk. Itu membuatnya hebat untuk semua jenis aplikasi dengan satu kesamaan: baik di kompos halaman belakang, di fasilitas pengomposan industri, atau di laut, mereka akan terurai sepenuhnya dalam waktu enam bulan.

Perbedaan besar adalah bahwa petroplastik adalah sintetis, dan sementara bakteri dapat mencoba untuk memecahnya, organisme tersebut kekurangan enzim untuk memutuskan ikatan karbon-karbon plastik, membuat degradasi penuh menjadi tidak mungkin. Tetapi karena bakteri sudah menggunakan PHA untuk menyimpan energi, mereka memiliki cara bawaan untuk mengenali dan memecahnya. Itulah yang membuat PHA secara unik dapat terurai secara hayati—tetapi hanya dalam pengaturan tertentu. Untuk memahami mengapa ini mungkin, “pikirkan tentang kayu,” kata Chief Technology Officer Danimer Phil Van Trump. Jika Anda membuat meja dari kayu, itu tidak akan hilang begitu saja dari rumah Anda suatu hari nanti; dibutuhkan lingkungan yang tepat untuk itu. “Tapi di halaman Anda, itu cerita yang berbeda. Letakkan kembali di lingkungan itu, dan bakteri serta jamur akan mengenalinya sebagai makanan dan mulai memakannya.”

Tentu saja, ada beberapa kekurangan. Dalam bahasa kutu buku plastik, PHA memiliki “jendela pemrosesan yang sempit”, yang berarti bahwa titik lelehnya dan titik di mana panas mengubahnya secara kimiawi menjadi sesuatu yang lain hanya berjarak 10 derajat. Itu membatasi cara mereka dapat diproses untuk menggantikan petroplastik—misalnya, dalam bahan yang mengalami panas yang sangat tinggi atau membutuhkan kekuatan mekanik yang sangat tinggi, seperti kaca depan pesawat, bumper mobil, atau rompi antipeluru. Tetapi kelemahan terbesar PHA adalah biaya. Produksinya relatif mahal, terutama bagian dari proses yang mengeluarkan polimer dari bakteri, kata Amar Mohanty, seorang insinyur polimer dan plastik di University of Guelph di Kanada. Meskipun ada teknik yang berbeda untuk melakukannya, mereka sering membutuhkan bahan kimia mahal dalam jumlah besar seperti aseton atau kloroform. “Dan untuk mendapatkan polimer yang benar-benar murni, Anda perlu mengulangi langkah tersebut dua atau tiga kali,” tambah rekannya, sesama insinyur Manjusri Misra.

PHA, seperti bioplastik lainnya, juga melepaskan metana ketika terdegradasi dalam kondisi anaerobik (seperti di tempat pembuangan akhir). Karena metana adalah kontributor utama emisi gas rumah kaca, beberapa kritikus khawatir bahwa jika produk PHA menjadi populer dan kemudian dibuang dengan tidak semestinya, mereka mungkin akan berkontribusi pada krisis iklim. Sebagai tanggapan, Van Trump dan Mohanty menekankan pentingnya mengembangkan infrastruktur pembuangan limbah yang tepat bersama dengan teknologi PHA, termasuk pengomposan dan digester industri. “Ada pertumbuhan yang perlu kita lakukan sebagai masyarakat dengan seberapa banyak kita menempel di tempat pembuangan sampah,” kata Van Trump.

Dalam karyanya di Bahan Mangga, Morse telah mengambil masalah pelepasan metana ke arah yang berbeda, karena bakteri PHA Mangga benar-benar memakan metana untuk menumbuhkan polimer mereka. Mango bahkan telah bermitra dengan Silicon Valley Clean Water di Redwood City, California, untuk membangun digester di lokasi dan memanfaatkan metana yang berasal dari limbah kota. Hanya di satu lokasi itu, Mangga bisa menghasilkan hingga 10 juta pon plastik PHA per tahun.

Dan kemudian ada pertanyaan tentang toksisitas. Dalam sebuah penelitian baru-baru ini, Lisa Zimmerman, seorang ahli biologi di Universitas Goethe di Jerman, menguji 40 bioplastik yang berbeda, termasuk satu produk PHA, dan menemukan bahwa mereka rata-rata tidak kurang beracun daripada plastik biasa. Dan ketika bahan kimia dari bioplastik masuk ke lingkungan tempat Zimmerman membesarkan mikroorganisme, banyak dari mereka (termasuk yang berasal dari produk PHA) menunjukkan potensi untuk mensimulasikan hormon dan mengganggu metabolisme organisme. Karena beberapa produk yang dia uji adalah bukan beracun, Zimmerman melihat hasilnya sebagai dorongan untuk meningkatkan transparansi industri. “Masalahnya adalah komposisi produk tidak tersedia secara terbuka, sehingga sangat sulit bagi produsen lain untuk mengintegrasikan bahan kimia yang kurang berbahaya itu,” katanya. “Untuk meningkatkan, akan sangat membantu jika dikomunikasikan secara terbuka apa yang ada dalam produk.”

Tutup plastik (kiri) dan film (kanan) yang dihasilkan dari biopolimer PHA. Foto milik Bahan Mangga

Namun, semua orang yang diwawancarai untuk artikel ini melihat momen saat ini sebagai waktu dengan potensi bioplastik yang sangat besar. Baru-baru ini pada tahun 2014, ketika Mango mengajukan permohonan pendanaan melalui National Science Foundation untuk menangani pencemaran plastik laut, permohonan mereka ditolak karena yayasan tersebut “tidak percaya bahwa plastik di lautan adalah masalah,” kata Morse. Dia telah melihat perubahan sosial yang besar sejak itu, bahkan melihat perbedaan hanya dalam periode pandemi COVID-19. “Orang-orang di rumah menatap tong sampah mereka bertanya-tanya ke mana perginya semua barang ini,” katanya. “Kami telah melihat minat dalam 12 bulan terakhir tidak seperti sebelumnya.”

Van Trump juga melihat perubahan besar dalam sikap perusahaan yang bermitra dengan Danimer, seperti Pepsi, Nestle, dan Bacardi, yang sekarang tampaknya lebih bersedia berinvestasi dalam solusi untuk masalah plastik. “Kami tumbuh seperti rumput liar,” katanya tentang Danimer, yang baru saja membuka fasilitas baru di Georgia dan Kentucky. Dan Van Trump dan Morse sama-sama menunjukkan bahwa harga dan skala berhubungan erat. Bioplastik seperti PHA bersaing dengan industri petroplastik yang berproduksi dalam volume yang sangat besar, dengan beberapa pabrik tunggal menghasilkan satu miliar pound per tahun—dan skala ekonomi memungkinkan perusahaan petroplastik menjaga harga mereka tetap rendah. “Industri memiliki waktu 70 hingga 80 tahun untuk mengoptimalkan dan membangun kapasitas,” kata Van Trump. Namun, dia memberikan harapan bahwa “ketika kita mencapai skala polimer ‘tradisional’, maka biaya akan turun secara dramatis.”

Faktanya, Mohanty mengatakan masalah saat ini untuk PHA adalah kebalikan dari apa yang terjadi di masa Metabolix: terlalu banyak permintaan dan tidak cukup kapasitas produksi. Dia mengharapkan industri akan tumbuh sesuai permintaan itu dalam dekade mendatang, terutama karena larangan petroplastik sekali pakai yang meluas mulai berlaku. Kuncinya, sementara itu, adalah mengedukasi konsumen tentang pilihan mereka dan membangun infrastruktur yang cukup sehingga semua wadah dan film PHA baru dan sedotan jangan berakhir di tempat pembuangan sampah. Tentang selera plastik kita yang rakus, dia berkata, “Jika kita tidak bisa menghindarinya, kita harus menemukan cara untuk menanganinya.”

Posted By : togel hongķong 2021