Inovasi dalam Bahan Berkelanjutan dan Pengelolaan Limbah

Plastik yang didaur ulang sering memiliki kualitas buruk dan tidak dapat digunakan untuk hal-hal penting seperti bagian mobil atau konstruksi. Kurang dari 10 persen plastik yang dibuat bisa didaur ulang dengan efektif dan hasilnya sering tidak konsisten. Masalah ini membuat plastik yang didaur ulang tidak dipercaya untuk penggunaan yang menuntut kuat dan tahan lama. Para peneliti dari Georgia Tech, dipimpin oleh profesor Christos Athanasiou, mengambil inspirasi dari struktur kerang laut yang disebut nacre. Struktur ini terbuat dari batuan keras yang disatukan dengan bahan lunak, sehingga mampu menyebarkan energi dan mencegah kerusakan besar sekaligus menciptakan material yang sangat kuat meski terbuat dari bahan yang tidak sempurna. Mereka menggunakan plastik HDPE hasil daur ulang seperti film pembungkus palet sebagai 'batu bata', lalu melapisinya dengan perekat polymer yang lebih lunak sebagai 'mortir'. Dengan cara ini, mereka menciptakan material yang mampu mempertahankan kualitas plastik baru dan mengurangi ketidakpastian dalam performa bahan seperti kemampuan memanjang hingga 68%. Selain itu, mereka juga menciptakan model matematika baru bernama Tension Shear Chain untuk mengukur tidak hanya kekuatan material tapi juga keandalannya. Pendekatan ini membuka kemungkinan plastik daur ulang dipakai untuk aplikasi yang dulu tidak mungkin, termasuk kemungkinan dimanfaatkan dalam konstruksi luar angkasa seperti yang dibutuhkan NASA. Masa depan penelitian ini akan mengembangkan teknologi untuk plastik lain serta memakai perekat yang lebih ramah lingkungan. Dengan inovasi ini, masalah limbah plastik di Bumi bisa dikurangi dan membuka jalan bagi bahan bangunan yang tahan lama di luar angkasa, sehingga alam dan teknologi bisa berjalan selaras.

Para peneliti di South Dakota State University menemukan cara inovatif untuk memanfaatkan ranting anggur bekas sebagai bahan kemasan yang lebih kuat daripada plastik biasa dan bisa terurai dalam waktu singkat. Ranting anggur yang selama ini dibuang begitu saja kini menjadi sumber bahan ramah lingkungan yang berpotensi besar. Selulosa dari ranting anggur diolah menjadi film kemasan yang memiliki kekuatan tarik tinggi dan transparansi bagus, membuatnya cocok untuk kemasan makanan yang memerlukan visibilitas isi tanpa harus dibuka. Pemakaian limbah pertanian ini mendukung pengelolaan sampah yang lebih baik dan mengurangi ketergantungan pada plastik. Pengujian menunjukkan bahwa film kemasan dari ranting anggur bisa terurai di tanah dalam waktu 17 hari, mempercepat dekomposisi dibandingkan plastik konvensional yang butuh ratusan tahun. Ini adalah langkah penting untuk mengatasi pencemaran lingkungan akibat plastik sekali pakai. Kolaborasi antara para ahli teknik pangan dan agronomi di universitas setempat berhasil membuktikan bahwa limbah pertanian memiliki nilai tambah tinggi jika diproses dengan tepat. Mereka berharap inovasi ini dapat membuka jalan bagi produksi kemasan biodegradable yang lebih luas di masa depan. Dengan terus mengembangkan teknologi ini, para peneliti yakin dapat membantu menjaga lingkungan, menghemat sumber daya alam, dan mendorong ekonomi berbasis sirkular. Ini adalah contoh nyata penggunaan ilmu pengetahuan untuk menyelesaikan masalah global secara praktis dan inovatif.

Para ilmuwan Amerika Serikat berhasil mengembangkan material komposit plastik berbasis serat karbon bernama Aromatic Thermosetting Copolyester (ATSP) yang dapat memperbaiki diri sendiri layaknya kulit manusia. Material ini mampu kembali ke bentuk aslinya dan memiliki kekuatan yang lebih baik dibandingkan baja. Material ATSP dikembangkan oleh Texas A&M University dan University of Tulsa dengan dukungan dari Departemen Pertahanan AS. Penemuan ini sangat penting untuk meningkatkan keamanan dan daya tahan di industri pertahanan, aerospace, dan otomotif. Keunikan ATSP terletak pada kemampuan bond-exchange chemistry-nya yang memungkinkan material ini ‘menyembuhkan’ kerusakan hanya dengan diberikan panas. Hal ini dapat memperpanjang umur penggunaan komponen kritis seperti bagian pesawat dan kendaraan. ATSP juga dapat didaur ulang dan dibentuk ulang berkali-kali tanpa merusak struktur kimianya, membuatnya menjadi alternatif yang lebih ramah lingkungan dibandingkan plastik tradisional. Pengujian menunjukkan bahwa material ini dapat bertahan puluhan siklus stres dan penyembuhan dengan kinerja yang meningkat. Dengan kekuatan yang melebihi baja dan bobot yang lebih ringan dari aluminium, ATSP diharapkan membawa perubahan besar dalam desain material modern yang adaptif dan tahan lama, serta membuka jalan untuk terobosan baru dalam teknologi material masa depan.

Penelitian terbaru di Texas A&M University berhasil mengembangkan sebuah material plastik canggih yang dinamakan Aromatic Thermosetting Copolyester (ATSP). Material ini tidak hanya kuat dan tahan panas, tetapi juga dapat memperbaiki dirinya sendiri saat mengalami kerusakan dan dapat diulang daur ulang tanpa kehilangan kualitasnya. ATSP sangat menarik untuk industri berat seperti dirgantara dan otomotif karena mampu bertahan dalam kondisi ekstrem seperti suhu tinggi dan tekanan mekanik yang berulang. Keunggulan utama material ini adalah fleksibilitasnya dalam mempertahankan kekuatan sambil mampu 'menyembuhkan' lecet atau retakan secara mandiri. Dengan ditambahkan serat karbon, ATSP menjadi jauh lebih kuat daripada baja dan lebih ringan dari aluminium, yang merupakan kombinasi ideal untuk kendaraan yang perlu menjadikan bobot semurah mungkin tanpa mengurangi keselamatan dan daya tahan. Hal ini membuka peluang besar bagi pengembangan kendaraan masa depan yang lebih efisien dan ramah lingkungan. Pada pengujian siklus lentur yang melibatkan pemanasan hingga 160 °C, ATSP dapat mengembalikan kekuatannya bahkan menjadi lebih tahan lama. Ketahanan ini tetap terjaga meskipun setelah beberapa kali siklus penyembuhan pada suhu hingga 280 °C, menunjukkan stabilitas kimia dan struktur internal material yang sangat baik. Pendanaan dari lembaga seperti Air Force Office of Scientific Research dan kerja sama dengan ATSP Innovations menunjukkan bahwa material ini tidak hanya berpotensi untuk penelitian akademik tetapi sudah siap menuju aplikasi praktis di lapangan. Masa depan material penyembuh mandiri ini sangat menjanjikan bagi berbagai sektor industri.

Vitamin K₂ sangat penting untuk kesehatan tulang dan fungsi tubuh lainnya. Beberapa bakteri, seperti Lactococcus lactis yang biasa digunakan dalam fermentasi susu, secara alami memproduksi vitamin ini namun hanya dalam jumlah terbatas agar tidak beracun bagi diri mereka sendiri. Para ilmuwan menghadapi kesulitan untuk meningkatkan produksi vitamin K₂ pada bakteri ini, karena mereka cenderung membatasi produksi sesuai kebutuhan mereka sendiri. Mengerti cara kerja pembatas produksi ini sangat penting untuk mengembangkan bakteri yang mampu menghasilkan vitamin lebih banyak. Tim peneliti dari Rice Synthetic Biology Institute menggunakan gabungan biosensor, rekayasa genetik, dan pemodelan matematika untuk meneliti proses produksi vitamin K₂ di L. lactis. Biosensor yang dibuat sangat sensitif untuk mendeteksi senyawa prekursor vitamin yang sulit ditemukan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa produksi vitamin K₂ dibatasi oleh tingkat substrat yang tersedia dan susunan gen yang mengatur produksi enzim. Dengan memodifikasi urutan gen dan jumlah enzim, produksi vitamin bisa ditingkatkan melewati batas alami yang sebelumnya. Penelitian ini membawa harapan agar produksi vitamin K₂ dapat lebih efisien, hemat biaya, dan ramah lingkungan. Teknologi ini berpotensi memfasilitasi pembuatan suplemen dan makanan yang diperkaya vitamin secara massal dan berkelanjutan.

Sel bahan bakar solid-oksida (SOFC) dikenal efisien dan tahan lama, tapi biasanya memerlukan suhu operasi sangat tinggi di atas 700℃, yang membuatnya mahal dan sulit diterapkan secara luas. Peneliti di Kyushu University berhasil mengembangkan SOFC yang dapat bekerja dengan baik pada suhu hanya 300℃ dengan menggunakan bahan baru hasil doping senyawa barium dengan scandium. Doping scandium menciptakan jalur khusus dalam struktur kristal yang memungkinkan proton bergerak lebih bebas tanpa terjebak, yang meningkatkan efektivitas tapi tetap menjaga biaya rendah. Material baru ini menunjukkan kinerja konduktivitas proton setara dengan SOFC konvensional yang beroperasi pada suhu dua kali lebih tinggi, yang berarti performa tidak dikorbankan meski suhu diturunkan. Penemuan ini tidak hanya menjanjikan pengurangan biaya pembuatan SOFC tapi juga berpotensi diaplikasikan dalam teknologi lain untuk mendukung pengurangan emisi karbon dan energi hijau.