Metode Kimia Baru Mengubah Karet Bekas Menjadi Resin Bernilai Tinggi

Karet adalah bahan penting dengan pasar global besar. Karet alam telah digunakan selama berabad-abad, sedangkan vulkanisasi modern—pemanasan karet dengan sulfur dan bahan tambahan lain untuk membentuk ikatan silang—dikembangkan pada abad ke-19 dan membuat karet jauh lebih tahan lama.

Charles Goodyear sering dikaitkan dengan pengembangan vulkanisasi sulfur pada 1839, tetapi prosesnya berkembang melalui beberapa penemu dan kemudian dipatenkan serta disempurnakan. Vulkanisasi dapat diterapkan pada karet alam maupun sintetis dengan formulasi dan kondisi yang berbeda.

Elastisitas, fleksibilitas, ketangguhan, kekuatan tarik, ketahanan penuaan, sifat kedap, peredaman benturan, dan ketahanan panas membuat karet penting dalam kendaraan, konstruksi, industri, kesehatan, barang konsumen, dan kemasan. Kinerja tepatnya bergantung pada polimer dan aditifnya.

Limbah karet menimbulkan masalah lingkungan, kesehatan, dan ekonomi. Jumlahnya meningkat bersama penggunaan kendaraan, pertumbuhan penduduk, urbanisasi, dan konsumsi, tetapi dampak serta jalur pengelolaannya berbeda menurut produk dan wilayah.

Ban merupakan sumber besar limbah karet, tetapi klaim bahwa ban selalu menyumbang tepat 2% dari semua limbah padat tahunan bergantung pada definisi, wilayah, dan tahun. Selain ban bekas, partikel keausan selama pemakaian juga menjadi sumber pencemaran.

Masalah Limbah Karet yang Parah 

Berbagai sumber memperkirakan sekitar satu miliar ban mencapai akhir masa pakai setiap tahun di seluruh dunia. Angka Inggris dan Amerika Serikat yang dikutip dalam artikel berasal dari tahun dan definisi berbeda; sebagian ban ditimbun, sedangkan banyak lainnya digunakan kembali, dijadikan bahan bakar, atau didaur ulang. Karena itu angka tersebut tidak boleh dijumlahkan atau dianggap sebagai ukuran global yang seragam.

Masalahnya bukan hanya ruang penimbunan. Tumpukan ban dapat menahan air, menjadi habitat hama, terbakar dalam waktu lama, dan melepaskan zat pencemar ke udara, tanah, serta air.

Produk karet mengandung antioksidan, antiozonan, bahan penguat, logam, dan aditif lain. Sebagian senyawa dapat terlepas selama penggunaan atau pembuangan. Risiko air tanah bergantung pada komposisi, kondisi lokasi, dan cara pengelolaan; tidak semua produk karet atau tempat pembuangan menghasilkan paparan yang sama.

Karet tidak cepat terurai secara hayati dan dapat bertahan lama di lingkungan. Tumpukan ban juga mudah terbakar dan kebakarannya dapat melepaskan partikulat, hidrokarbon, serta polutan lain. Lamanya persistensi dan tingkat bahaya berbeda menurut formulasi serta kondisi lingkungan.

Sebuah studi yang didanai pemerintah Inggris pada 2020 meneliti partikel keausan ban sebagai sumber mikroplastik ke laut dan perairan. Istilah mikroplastik untuk partikel ban digunakan luas, meski ban merupakan campuran karet sintetis, karet alam, karbon hitam, mineral, dan aditif.

Studi tersebut menunjukkan bahwa partikel ban dapat terbawa langsung ke laut melalui atmosfer atau tersapu air hujan ke saluran pembuangan dan sungai. Sebagian dapat melewati proses pengolahan air, tetapi tingkat penahanan bergantung pada ukuran partikel dan jenis fasilitas.

Profesor Richard Thompson OBE mengatakan bahwa para ilmuwan telah lama menduga serpihan ban merupakan ancaman tersembunyi bagi lingkungan laut, tetapi hanya sedikit penelitian yang mengukur kelimpahannya di perairan. Menurutnya, studi itu memberi gambaran lebih jelas tentang pentingnya keausan ban sebagai sumber mikroplastik.

Temuan tersebut mendukung perlunya pengelolaan limbah, pengendalian limpasan jalan, desain ban, dan kebijakan transportasi yang lebih baik. Tidak ada satu intervensi yang dapat menghilangkan seluruh dampaknya.

Kebutuhan akan Solusi Pengelolaan Limbah Karet yang Efisien

Limbah ban bertambah seiring produksi dan penggunaan kendaraan. Solusinya memerlukan pencegahan, penggunaan ulang, vulkanisir, daur ulang material, pemulihan energi yang terkendali, serta penanganan partikel keausan selama ban dipakai.

Profesor Richard Thompson OBE FRS, Direktur Marine Institute, menyatakan bahwa partikel ban diperkirakan termasuk sumber terbesar pencemaran mikroplastik di dunia dan bahwa solusi yang lebih sistematis, termasuk perbaikan desain ban kendaraan, diperlukan.

Penelitian University of Plymouth dan Newcastle University yang didanai National Highways Inggris menemukan bahwa kolam retensi dapat membantu mengurangi pencemaran partikel ban. Pada lokasi yang diuji, sistem drainase tersebut menahan fraksi besar partikel, tetapi hasilnya tidak otomatis berlaku bagi semua desain kolam, cuaca, dan jaringan jalan.

Di lokasi penelitian, kolam retensi dan lahan basah mengurangi pelepasan partikel ban ke perairan rata-rata sekitar 75%. Angka ini merupakan hasil lapangan tertentu, bukan jaminan kinerja universal.

Para peneliti merekomendasikan pemeliharaan kolam retensi dan lahan basah agar kemampuan menangkap partikel tetap berfungsi. Langkah ini perlu dipadukan dengan pengelolaan sedimen dan pembuangan yang aman.

“Kolam retensi dan lahan basah dibangun sebagai bagian dari proyek jalan terutama untuk meredam aliran dan mencegah banjir di hilir, tetapi juga menghilangkan polutan. Langkah drainase yang sudah ada di sebagian jaringan jalan strategis Inggris ini berpotensi membatasi penyebaran pencemaran ban.”

— Florence Parker-Jurd, peneliti

Untuk mengukur partikel keausan ban pada aliran masuk, keluar, dan sedimen, studi menggunakan pirolisis–kromatografi gas–spektrometri massa (Py-GC-MS) yang dikembangkan bersama Geoff Abbott dari Newcastle University. Metode ini mengidentifikasi penanda kimia terkait ban, tetapi hasil tetap bergantung pada kalibrasi dan campuran bahan.

Daur ulang dapat mengurangi sebagian dampak pembuangan dan menghasilkan produk baru, tetapi manfaat bersih bergantung pada energi, emisi, kualitas keluaran, transportasi, dan apakah bahan daur ulang benar-benar menggantikan bahan baru.

Karet daur ulang digunakan dalam aspal, beberapa campuran beton, paving, permukaan taman bermain, lapangan olahraga, ubin, dan isolasi akustik. Penggunaan sebagai pengisi rumput sintetis dapat menimbulkan pelepasan partikel sehingga dibatasi di sejumlah wilayah. Proses termal juga menghasilkan minyak, gas, dan arang, tetapi produk tersebut bukan tanpa emisi atau risiko.

Pirolisis memanaskan limbah karet dengan oksigen sangat terbatas sehingga ikatan organik terurai menjadi gas, minyak, dan residu padat. Prosesnya tidak sekadar “memisahkan semua ikatan kovalen” dan kualitas produk sangat bergantung pada suhu, reaktor, bahan baku, serta pemurnian.

Pirolisis ban dapat menghasilkan recovered carbon black, minyak dan gas. Sebagian gas dipakai untuk memasok panas proses, minyak dapat dimurnikan atau digunakan sebagai bahan bakar, dan residu karbon dapat digunakan kembali bila memenuhi spesifikasi. Istilah “nanopartikel” tidak tepat untuk seluruh recovered carbon black.

Produk dari pirolisis ban dapat digunakan sebagai bahan tambahan dalam material termasuk beton konduktif, tetapi kinerja bergantung pada pemurnian dan formulasi. Penggunaan karet konduktif di dirgantara, militer, dan otomotif tidak membuktikan bahwa semua karet hasil pirolisis cocok untuk aplikasi tersebut.

Pengelolaan limbah karet menghadapi volume besar, sebaran geografis, kontaminasi, variasi formulasi, serta nilai ekonomi keluaran yang tidak selalu cukup untuk menutup biaya pengumpulan dan pemrosesan.

Komposisi produk karet yang beragam menyulitkan daur ulang. Pirolisis juga memerlukan pengendalian emisi dan pengolahan produk. Senyawa berbahaya seperti benzena atau dioksin dapat terbentuk dalam kondisi tertentu, tetapi jumlahnya bergantung pada proses, bahan baku, suhu, kandungan klorin, dan sistem pengendalian; proses yang dirancang baik tidak identik dengan pembakaran terbuka.

Banyak wilayah kekurangan sistem pengumpulan, pemilahan, pelacakan, dan daur ulang yang memadai. Penimbunan dan pembakaran tanpa kendali masih terjadi, sementara penggunaan ulang, vulkanisir, daur ulang mekanis dan kimia, serta pemulihan energi memiliki manfaat dan keterbatasan masing-masing.

Karena itu, solusi perlu dinilai berdasarkan skala, kualitas produk, biaya, keselamatan, emisi, energi, dan nasib akhir bahan, bukan hanya berdasarkan kemampuan menguraikan karet di laboratorium.

Pelajari bagaimana metrik keberlanjutan dapat membantu menilai upaya mengurangi pencemaran plastik.

Proses Kimia untuk Mengubah Limbah Karet Menjadi Bahan Baru

Sebuah studi yang didanai Departemen Energi AS dan diterbitkan di Nature¹ melaporkan metode laboratorium untuk mendekonstruksi karet diene. Penelitian ini menunjukkan kemungkinan teknis awal, bukan proses industri yang sudah siap digunakan.

Polimer diene komoditas dalam ban sulit didaur ulang secara kimia karena ikatan silang dan tulang punggung karbonnya stabil. Tim mengembangkan urutan reaksi yang memasukkan gugus amina lalu memutus serta menata ulang rantai polimer.

Tim yang dipimpin Aleksandr Zhukhovitskiy dari UNC-Chapel Hill menggabungkan aminasi C–H alilik dengan penataan ulang tulang punggung untuk mengubah karet menjadi oligomer berfungsi amina yang dapat dipakai sebagai komponen resin epoksi.

Pendekatan ini menawarkan jalur kimia baru dibanding devulkanisasi atau pirolisis. Namun, kepraktisan, biaya, pemulihan pelarut, keselamatan reagen, kemurnian produk, dan kinerja pada aliran limbah campuran masih harus diuji pada skala lebih besar.

Karet terdiri atas rantai polimer yang dihubungkan menjadi jaringan tiga dimensi. Ikatan silang memberi kekuatan, elastisitas, dan ketahanan, tetapi juga membuat bahan sulit dilarutkan dan diproses ulang.

Devulkanisasi berusaha memutus sebagian ikatan silang sulfur dan dapat menurunkan sifat mekanik bila tidak terkontrol. Metode lain memotong tulang punggung polimer secara katalitik, oksidatif, atau termal, sering menghasilkan campuran produk dengan nilai berbeda. Tidak satu pun kategori selalu menghasilkan produk bernilai rendah atau selalu gagal diskalakan.

Penulis senior menjelaskan bahwa tujuan studi adalah menghasilkan bahan fungsional yang masih bernilai meski berasal dari campuran. Klaim efisiensi dan skalabilitas tetap perlu dibuktikan di luar percobaan laboratorium.

Para peneliti mengembangkan reagen sulfur diimida untuk aminasi alilik polimer diene dan karet, kemudian memakai penataan ulang kationik 2-aza-Cope untuk memutus serta mengubah struktur rantai. Derajat fungsionalisasi mencapai hingga sekitar 35% pada sistem yang diuji.

Reagen menempatkan gugus amina pada rantai polimer dan menyiapkannya untuk penataan ulang tulang punggung. Urutan dua langkah menghasilkan bahan yang lebih pendek, larut, dan berfungsi amina. Keberhasilan kimia ini belum berarti prosesnya sudah ekonomis atau ramah lingkungan pada skala pabrik.

Pada salah satu polimer model, massa molekul rata-rata turun dari sekitar 58.100 g/mol menjadi sekitar 400 g/mol. Angka ini menunjukkan pemotongan rantai dalam kondisi percobaan tertentu, bukan hasil yang pasti untuk semua formulasi ban.

Pada sampel karet pascakonsumsi yang diuji, reaksi menghasilkan bahan larut dalam enam jam. Produk berfungsi amina kemudian digunakan sebagai komponen untuk membuat bahan epoksi. Kata “sepenuhnya” harus dibatasi pada konversi yang diamati dalam percobaan tersebut.

Resin epoksi digunakan dalam perekat, pelapis, sealant, isolasi listrik, dan perbaikan sipil. Banyak formulasi konvensional memakai bisfenol A dan bahan pengeras, tetapi komposisi epoksi komersial beragam.

Studi melaporkan termoplastik epoksi dari polimer berfungsi amina memiliki beberapa sifat mekanik yang sebanding dengan bahan pembanding berbasis bisfenol A. “Kekuatan serupa” tidak berarti semua sifat, ketahanan jangka panjang, atau kinerja manufakturnya identik.

“Pada saat seperti ini saya menghargai kekuatan sintesis organik. Menarik melihat rangkaian transformasi organik yang sederhana tetapi kuat dapat mengatasi ikatan C–C yang sulit dan mengubah karet berbasis polibutadiena serta poliisoprena menjadi resin epoksi yang berpotensi bernilai.”

Reaksi berlangsung pada suhu lebih rendah daripada pirolisis dan tidak memerlukan katalis logam mahal dalam langkah yang dilaporkan. Namun, efisiensi keseluruhan juga harus menghitung pembuatan reagen, pelarut, pencucian, pemisahan, energi, dan pengolahan limbah.

Percobaan dilakukan sekitar 35–50°C dalam media yang mencakup air, tetapi penggunaan pelarut dan reagen berarti proses ini belum dapat langsung disebut murah atau ramah lingkungan. Penilaian tersebut memerlukan data skala, pemulihan bahan, dan analisis daur hidup.

Dampak material proses dinilai dengan E-factor, yaitu rasio massa limbah terhadap massa produk. Metrik ini berguna untuk membandingkan rute kimia, tetapi tidak mengukur toksisitas, energi, emisi, atau seluruh dampak daur hidup.

Geoff Lewis dari Center for Sustainable Systems, University of Michigan, menjelaskan bahwa E-factor dapat menunjukkan tahap proses yang perlu diperbaiki saat teknologi dipindahkan dari laboratorium menuju penerapan.

E-factor lengkap yang memasukkan pelarut tergolong tinggi, sedangkan nilai yang mengabaikan pelarut jauh lebih rendah. Perbedaan ini menunjukkan bahwa pelarut dan pemulihannya merupakan hambatan utama, bukan alasan untuk menyimpulkan proses sudah unggul secara lingkungan.

Tim sedang meneliti pelarut yang lebih baik dan kondisi reaksi alternatif untuk mengurangi limbah serta meningkatkan peluang skala lanjut.

Rekan penulis Sydney Towell, kandidat doktor di UNC-Chapel Hill, menyebut pendekatan ini sebagai perubahan cara memikirkan limbah karet dan menjelaskan bahwa:

“Dengan memanfaatkan aminasi C–H dan penataan ulang tulang punggung, metode ini menyediakan jalur baru untuk mengubah karet pascakonsumsi menjadi bahan bernilai tinggi, mengurangi ketergantungan pada tempat pembuangan dan meminimalkan kerusakan lingkungan.” Pernyataan ini merupakan interpretasi penulis studi dan masih memerlukan validasi skala industri.

Perusahaan yang Berkaitan dengan Daur Ulang dan Bahan Ban

Goodyear Tire & Rubber Co

Goodyear didirikan pada 1898 dan merupakan produsen ban besar yang mengembangkan bahan alternatif serta program daur ulang. Program dan sasaran perusahaan harus dibedakan dari hasil lingkungan yang telah diverifikasi.

Pada Januari 2022, Goodyear memperkenalkan ban demonstrasi yang menurut perusahaan menggunakan 13 bahan utama berkelanjutan dalam sembilan komponen. Ban tersebut merupakan demonstrasi teknologi, bukan produk massal dengan komposisi yang sama.

Salah satu komponennya adalah karbon hitam. Goodyear menyatakan menggunakan empat jenis karbon hitam dari bahan baku seperti minyak nabati, metana, karbon dioksida, dan minyak pirolisis ban akhir masa pakai. Dampak emisi tiap jalur bergantung pada sumber energi, proses, dan alokasi bahan baku.

Menurut perusahaan, minyak kedelai membantu menjaga kelenturan senyawa karet pada berbagai suhu, sedangkan silika dari abu sekam padi dapat mendukung cengkeraman dan hambatan gulir. Klaim kinerja berlaku pada formulasi yang diuji.

Poliester dalam ban demonstrasi berasal dari botol pascakonsumsi, dan resin berbasis pinus menggantikan sebagian resin berbasis minyak bumi. Label “terbarukan” atau “daur ulang” tidak dengan sendirinya menentukan dampak daur hidup keseluruhan ban.

Goodyear melaporkan ban demonstrasi dengan 70% bahan berkelanjutan pada 2022 dan kemudian ban demonstrasi 90% pada 2023. Persentase tersebut mengikuti definisi perusahaan dan tidak berarti 70–90% massa ban berasal dari bahan daur ulang.

Perusahaan menyatakan ban demonstrasinya lulus pengujian regulasi dan internal yang berlaku serta memiliki hambatan gulir lebih rendah daripada ban pembanding. Hasil ini tidak membuktikan kinerja semua ban komersial atau penurunan jejak karbon tanpa analisis daur hidup lengkap.

Goodyear kemudian memperkenalkan ban ElectricDrive Sustainable-Material (EDS) untuk kendaraan listrik. Peluncuran itu merupakan langkah dalam sasaran perusahaan menuju ban dengan 100% bahan berkelanjutan pada 2030, bukan bukti bahwa sasaran tersebut telah tercapai.

Ban EDS dipasarkan untuk kendaraan listrik dengan klaim umur pakai, hambatan gulir, kebisingan, pengereman basah, dan pengendalian tertentu. Kinerja aktual bergantung pada ukuran, kendaraan, tekanan, jalan, cuaca, dan cara mengemudi.

Dalam hasil kuartal keempat 2024 yang diumumkan perusahaan, laba bersih tercatat US$76 juta atau US$0,26 per saham, dibanding rugi US$291 juta setahun sebelumnya; laba bersih disesuaikan adalah US$114 juta atau US$0,39 per saham. Harga saham, kapitalisasi pasar, dan kinerja tahun berjalan dalam artikel asli adalah data sesaat dan telah dihapus.

Penjualan kuartal tersebut sekitar US$4,9 miliar dengan volume 43,6 juta unit ban. Untuk 2024 penuh, penjualan sekitar US$18,9 miliar dan volume 166,6 juta unit. Angka historis ini tidak memprediksi hasil berikutnya.

Untuk 2024, Goodyear melaporkan laba bersih US$70 juta atau US$0,24 per saham, dibanding rugi US$689 juta pada 2023; laba bersih disesuaikan adalah US$302 juta atau US$1,05 per saham. Ukuran disesuaikan mengikuti definisi perusahaan.

Arus kas operasi 2024 adalah US$698 juta, turun dari sekitar US$1,03 miliar. Artikel sumber juga mencatat penjualan bisnis ban off-the-road kepada Yokohama Rubber dan rencana penjualan merek Dunlop kepada Sumitomo Rubber. Status transaksi dan penggunaan hasil penjualan perlu dinilai berdasarkan pengumuman terbaru.

CEO Mark Stewart mengatakan bahwa pada tahun pertamanya perusahaan membuat kemajuan, meningkatkan pendapatan, dan mencapai kesepakatan penjualan aset noninti. Pernyataan itu adalah penilaian manajemen.

“Ke depan, kami tetap berkomitmen mencapai sasaran Goodyear Forward yang diperluas, termasuk peningkatan margin lebih lanjut dan pengurangan utang yang signifikan.”

— Mark Stewart, CEO Goodyear

Untuk 2025, perusahaan menargetkan pengurangan utang, perluasan margin, dan optimalisasi portofolio. Perkiraan hasil kotor lebih dari US$2 miliar dari pelepasan aset serta rasio leverage bersih 2,0–2,5 kali merupakan sasaran manajemen pada saat itu, bukan hasil yang dijamin.

Berita Terbaru Goodyear Tire & Rubber Co

Kesimpulan

Limbah karet dan partikel keausan ban memerlukan kombinasi pencegahan, desain produk, pengumpulan, penggunaan ulang, vulkanisir, pengendalian limpasan, daur ulang, dan pembuangan aman. Pirolisis serta metode lain memiliki keluaran dan risiko yang berbeda; keduanya tidak dapat dinilai hanya dari suhu proses atau satu jenis produk samping.

Kolam retensi dapat mengurangi partikel ban di lokasi tertentu, sedangkan aminasi C–H dan penataan ulang tulang punggung menunjukkan jalur laboratorium untuk membuat bahan epoksi dari karet. Keduanya menjanjikan, tetapi efektivitas luas, biaya, pemeliharaan, toksisitas, penggunaan pelarut, dan skalabilitas masih harus diuji.

Penelitian dan penerapan industri dapat mengurangi sebagian pencemaran serta penggunaan bahan baku baru. Manfaat bersih harus dibuktikan dengan neraca massa, analisis daur hidup, mutu produk, keselamatan proses, dan kinerja pada skala komersial.