Metode Kimia Baru Mengubah Karet Bekas Menjadi Resin Bernilai Tinggi

Karet adalah material yang sangat berharga dengan pasar global yang besar. Meskipun penggunaannya telah ada selama ratusan tahun, pada awalnya terbatas pada karet alam dari pohon. Proses vulkanisasi modern, yang membuat karet tahan lama dan serbaguna, baru dikembangkan pada tahun 1839.

Ahli kimia Charles Goodyear menemukan karet vulkanisasi, yaitu karet alami atau sintetis yang ditingkatkan dengan perlakuan sulfur, bersama bahan kimia lain, dan panas.

Sifat unik seperti elastisitas, fleksibilitas, ketangguhan, kekuatan tarik, ketahanan terhadap penuaan, ketidaktembusan, penyerapan kejutan, dan ketahanan panas menjadikan karet sangat berharga dalam industri otomotif, konstruksi, industri, perawatan kesehatan, barang konsumen, dan kemasan.

Namun, limbah karet merupakan masalah utama yang berkontribusi pada krisis limbah besar, yang menimbulkan tantangan bagi lingkungan, kesehatan manusia, dan ekonomi. Masalah peningkatan produksi limbah ini merupakan hasil urbanisasi, perkembangan ekonomi, dan pertumbuhan populasi.

Ban, khususnya, merupakan kontributor utama limbah karet. Total produksi ban bekas di seluruh dunia menyumbang 2% dari total limbah padat tahunan.

Masalah Limbah Karet yang Parah 

Sekitar satu miliar ban dibuang setiap tahun di seluruh dunia, dan jutaan berakhir di tempat pembuangan akhir. Di Inggris saja, diperkirakan 37 juta ban mobil dan truk dibuang setiap tahun. Sementara itu, di AS, lebih dari 274 juta ban dibuang pada tahun 2021, dengan sekitar 20% di antaranya dibuang ke lokasi pembuangan.

Namun, bukan hanya masalah ruang. Penumpukan material limbah ini memperkenalkan bahaya lingkungan.

Produk karet mengandung berbagai bahan kimia, termasuk antioksidan dan antiozonan, yang dapat meresap ke lingkungan dan menimbulkan risiko kesehatan. Pembuangan limbah karet yang tidak tepat, terutama ban, di tempat pembuangan akhir bahkan dapat menyebabkan kontaminasi air tanah akibat peresapan zat berbahaya dan logam berat.

Karena tidak dapat terbiodegradasi secara alami, mereka bertahan di lingkungan selama periode yang lama, berkontribusi pada polusi dan gangguan visual selama berabad-abad. Selain itu, karet sangat mudah terbakar, dan tumpukan ban limbah dapat menjadi bahaya kebakaran yang signifikan, melepaskan polutan berbahaya ke udara.

Sebuah studi penelitian yang didanai pemerintah Inggris pada tahun 2020 menyarankan bahwa partikel ban merupakan sumber utama dan tambahan mikroplastik dan sebenarnya dapat menjadi sumber mikroplastik yang sebagian besar belum terdokumentasi di badan air.

The study was the first to identify this, demonstrating that tire particles can either be transported straight to the ocean through the atmosphere or carried into sewers and rivers by rainwater, where they can pass through the water treatment process.

“Scientists have long suspected that tyre debris is posing a hidden threat to the marine environment,” but few studies have measured their abundance in aquatic environments, said Professor Richard Thompson OBE. The study provides “real insight into the importance of tyre wear as a source of microplastics.”

All these factors demand urgent action and a shift towards sustainable waste management practices.

Kebutuhan akan Solusi Pengelolaan Limbah Karet yang Efisien

Limbah karet, terutama dari ban, merupakan masalah yang semakin meningkat secara global akibat produksi yang meningkat dan umur pakai yang terbatas, menciptakan kebutuhan akan solusi pengelolaan limbah dan daur ulang yang efektif.

“Tyre particles are thought to be among the greatest sources of microplastic pollution worldwide,” and we need “more systemic solutions perhaps via improved vehicle tyre design,” says Professor Richard Thompson OBE FRS, Director of the Marine Institute.

Penelitian tahun lalu, yang dilakukan oleh University of Plymouth dan Newcastle University serta didanai oleh UK National Highways, menunjukkan bahwa kolam retensi dapat membantu mengatasi polusi ban. Studi tersebut juga mencatat bahwa partikel keausan ban melebihi bentuk mikroplastik lainnya dan di hilangkan dalam jumlah yang jauh lebih besar.

Sekarang, keberadaan kolam retensi dan lahan basah telah terbukti mengurangi jumlah partikel yang dilepaskan oleh ban ke perairan rata-rata sebesar 75%, yang pada gilirannya memberikan perlindungan bagi sungai dan laut.

Oleh karena itu, para peneliti merekomendasikan pemeliharaan lahan basah dan kolam retensi menjadi prioritas utama untuk mengurangi aliran partikel ban dari jalan ke sungai.

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

— Mrs Florence Parker-Jurd, Peneliti Asosiasi

Untuk mendapatkan data konkret tentang total jumlah partikel keausan ban yang dikumpulkan dalam masuk, keluar, dan sedimen lahan basah serta kolam retensi, studi tersebut menggunakan metode pirolisis-gas kromatografi-massa spektrometri (Py-GC-MS) yang dikembangkan oleh Geoff Abbott dari Newcastle University. Metode ini dikembangkan untuk mengidentifikasi partikel yang berasal dari ban di lingkungan.

Solusi menjanjikan lainnya adalah daur ulang, yang dapat mengurangi dampak lingkungan dari pembuangan limbah karet dan menciptakan produk baru dari material daur ulang.

Salah satu aplikasi karet daur ulang adalah konstruksi, di mana dapat digunakan dalam campuran aspal dan beton, batu paving, serta permukaan taman bermain. Aplikasi lain meliputi pengisian rumput buatan, permukaan olahraga, ubin lantai, dan isolasi akustik. Dengan proses termal, limbah karet bahkan dapat diubah menjadi bahan bakar atau sumber energi lainnya.

Pirolisis adalah proses populer yang mengubah limbah karet menjadi sesuatu yang berguna. Dalam proses kimia ini, karet didaur ulang melalui dekomposisi suhu tinggi. Proses ini memisahkan ikatan kovalen dalam materi organik tanpa adanya oksigen.

Dengan memaparkan limbah karet pada dekomposisi termal, nanopartikel karbon hitam daur ulang (RCBN) dan minyak/gas dihasilkan, yang dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif dalam kiln semen.

Limbah karet daur ulang yang diperoleh melalui pirolisis dari ban bekas juga dapat digunakan untuk memproduksi beton konduktif listrik. Karet konduktif sedang digunakan dalam industri dirgantara, militer, dan otomotif.

Pengelolaan limbah karet, bagaimanapun, menghadapi tantangan serius. Pertama, volume limbah karet yang dihasilkan secara global sangat besar sehingga sangat sulit untuk dikelola dan didaur ulang secara efisien.

Kemudian ada beragam produk karet dan komposisi kimianya yang kompleks yang membuat daur ulang dan penggunaan kembali sulit. Bahkan proses yang banyak digunakan (pirolisis) memiliki kelemahan — menghasilkan produk sampingan berbahaya seperti dioxin dan benzena yang menimbulkan risiko kesehatan dan lingkungan.

Selain itu, terdapat kekurangan infrastruktur dan teknologi untuk pengumpulan, pemilahan, dan daur ulang limbah karet yang efektif. Metode pengelolaan limbah tradisional berfokus pada pengumpulan, pembakaran, dan pembuangan limbah karet di tempat pembuangan akhir.

Dengan latar belakang ini, sangat penting bagi kita untuk mengembangkan teknik pengelolaan limbah yang efisien guna mengatasi masalah limbah karet yang semakin berkembang secara efektif.

Klik di sini untuk mempelajari apakah ‘Metrik Keberlanjutan’ dapat membantu mengurangi polusi plastik.

Proses Kimia Baru untuk Mengubah Limbah Karet Menjadi Produk Baru

Sebuah studi baru, yang didanai oleh Departemen Energi AS (DOE) dan dipublikasikan di Nature¹, telah memperkenalkan teknik baru untuk mengatasi limbah karet.

Karena kurangnya strategi untuk daur ulang kimia polimer diene komoditas, seperti yang terdapat pada ban, sebuah metode kimia baru telah dikembangkan untuk menghancurkan limbah karet.

Tim peneliti yang dipimpin oleh Dr. Aleksandr Zhukhovitskiy, asisten profesor di Departemen Kimia UNC‑Chapel Hill, menerapkan aminasasi C‑H bersama strategi restrukturisasi tulang punggung polimer untuk mengubah karet yang dibuang menjadi prekursor untuk resin epoksi.

De­konstruksi material ini menawarkan alternatif inovatif, praktis, dan berkelanjutan dibandingkan metode daur ulang tradisional. Ini juga bertujuan mengatasi tantangan dalam pendekatan tradisional untuk menghancurkan karet.

Karet terbuat dari polimer yang terhubung silang menjadi jaringan tiga dimensi. Penautan silang yang luas dalam struktur polimer membuat karet menjadi material yang kuat, fleksibel, dan tahan lama, namun hal ini juga membuatnya tahan terhadap degradasi.

Ada dua teknik konvensional utama untuk menghancurkan karet: de‑vulkanisasi, proses yang memecah ikatan silang sulfur tetapi mengikis sifat mekanik polimer, dan pemotongan tulang punggung polimer menggunakan metode katalitik atau oksidatif, yang cenderung menghasilkan produk sampingan bernilai rendah.

Tidak satu pun metode tersebut memberikan solusi yang efisien dan dapat diskalakan untuk mengubah limbah karet menjadi produk baru. Untuk mengatasi hambatan ini, penelitian mengembangkan “metode yang menghancurkan karet menjadi material fungsional yang memiliki nilai bahkan sebagai campuran,” kata penulis senior Dr. Zhukhovitskiy.

Untuk ini, para peneliti mengembangkan reagen sulfur diimida, yang merupakan imina dari sulfur dioksida, yang memungkinkan aminasasi alilik hingga 35% pada polimer diene dan karet. Rearrangement kationik 2‑aza‑Cope kemudian diterapkan untuk mendekonstruksi polimer.

Pengenalan reagen sulfur diimida memungkinkan penempatan gugus amina pada lokasi tertentu dalam rantai polimer dan menyiapkan tahap selanjutnya yaitu restrukturisasi tulang punggung. Reaksi kimia inilah yang merestrukturisasi tulang punggung polimer. Reorganisasi ini melibatkan dekonstruksi karet menjadi material yang larut dengan fungsi amina. Proses dua langkah ini, sebagaimana ditunjukkan oleh para peneliti, bekerja dengan sangat baik.

Ketika diuji pada polimer model, para peneliti berhasil menghancurkannya secara signifikan. Berat molekul polimer berkurang menjadi sekitar 400 g/mol dari 58 100 g/mol.

Saat menerapkan metode mereka pada karet bekas, mereka berhasil menghancurkannya sepenuhnya dalam waktu enam jam. Karet pasca konsumen yang diaminasikan berubah menjadi material larut dengan gugus amina yang dapat digunakan untuk memproduksi material seperti resin epoksi.

Resin epoksi dikenal karena sifat ikatan yang luar biasa. Mereka digunakan dalam perekat, pelapis, sealant, isolasi listrik, dan perbaikan teknik sipil. Resin epoksi biasanya dibuat dari bahan kimia berbasis minyak bumi seperti bisfenol A dan agen pengeras.

Menurut penelitian, termoplastik epoksi yang dipersiapkan menggunakan polimer fungsionalisasi amina yang larut memiliki kekuatan serupa dengan resin komersial yang berasal dari bisfenol A.

“Dalam momen seperti ini, saya mulai menghargai kekuatan sintesis organik. Sangat menarik melihat betapa mudahnya rangkaian transformasi organik sederhana namun kuat yang dikembangkan dapat mengatasi ikatan C—C yang keras dan mengubah karet berbasis polybutadiene dan polyisoprene menjadi resin epoksi yang berpotensi berharga.”

Selain itu, daur ulang kimia baru dari material pasca konsumen sangat efisien dibandingkan metode daur ulang konvensional, yang sering memerlukan katalis mahal atau suhu ekstrem.

Dalam studi ini, peneliti memperoleh hasilnya pada suhu ringan, 35‑50°C (95‑122°F) dalam media berair, menjadikan proses ini hemat biaya dan ramah lingkungan.

Dampak lingkungan proses ini dievaluasi menggunakan Environmental Impact Factor (E‑factor), “metrik sederhana namun kuat,” yang menghitung jumlah limbah aktual dengan mengukur limbah yang dihasilkan relatif terhadap hasil produk.

Selain membandingkan dampak proses baru dengan yang ada, Dr. Geoff Lewis, spesialis riset di Center for Sustainable Systems, Universitas Michigan, menjelaskan bahwa E‑factor juga menyoroti “langkah proses yang dapat ditingkatkan saat kami berupaya memindahkan proses ini dari laboratorium ke praktik.”

E‑factor lengkap proses ini, yang mencakup penggunaan pelarut, cukup tinggi. Namun, E‑factor sederhana jauh lebih rendah, karena tidak menghitung pelarut. Hal ini menyoroti area proses yang dapat dioptimalkan untuk keberlanjutan.

Jadi, tim kini sedang mengeksplorasi sistem pelarut yang lebih ramah lingkungan dan kondisi reaksi alternatif untuk mengurangi produksi limbah.

Menyebutnya “pergeseran paradigma dalam cara kami menangani masalah limbah karet,” co‑author studi Sydney Towell, kandidat Ph.D. di UNC‑Chapel Hill, menjelaskan bahwa:

“Dengan memanfaatkan kekuatan aminasasi C–H dan restrukturisasi tulang punggung, metode ini menyediakan jalur baru untuk mengubah karet pasca konsumen menjadi material bernilai tinggi, mengurangi ketergantungan pada tempat pembuangan akhir dan meminimalkan kerusakan lingkungan.”

Perusahaan Inovatif

Goodyear Tire & Rubber Co  

Didirikan pada tahun 1898, Goodyear adalah produsen ban utama yang berinvestasi dalam alternatif karet berkelanjutan dan inisiatif daur ulang.

Pada Januari 2022, perusahaan merilis ban demonstrasi yang terbuat dari material berkelanjutan. Ban tersebut mencakup 13 bahan utama di sembilan komponen ban yang berbeda dan memberikan kinerja keseluruhan yang kuat.

Ini termasuk karbon hitam, yang digunakan untuk meningkatkan umur ban dan dibuat dengan membakar berbagai jenis produk minyak bumi. Namun, untuk mengurangi siklus dan emisi karbon, kini terdapat empat jenis bahan tambahan yang diproduksi dari minyak nabati, karbon dioksida, metana, dan bahan baku minyak pirolisis ban akhir hayat (TPO).

Minyak kedelai dalam ban berkelanjutan membantu mempertahankan fleksibilitas senyawa karet pada perubahan suhu, sementara silika berkualitas tinggi, yang dibuat dari residu limbah sekam padi, meningkatkan cengkeraman dan mengurangi konsumsi bahan bakar.

Poliester yang digunakan dalam ban didaur ulang dari botol pasca konsumen, sementara resin pohon pinus, yang dapat diperbaharui secara hayati, telah menggantikan resin tradisional yang berbasis minyak bumi.

Pada saat itu, kandungan material berkelanjutan pada ban Goodyear adalah 70%, yang dilaporkan akan meningkat menjadi 90% pada tahun 2023, mendekatkannya pada tujuan menciptakan ban pertama yang sepenuhnya terbuat dari material berkelanjutan.

Perusahaan melaporkan bahwa ban demonstrasi lulus semua pengujian regulasi dan internal yang berlaku. Dibandingkan dengan ban yang terbuat dari material tradisional, ban demonstrasi juga ditemukan memiliki resistensi gulir yang lebih rendah, yang berarti penghematan bahan bakar lebih baik dan jejak karbon yang berkurang.

Beberapa bulan lalu, perusahaan meluncurkan Ban ElectricDrive Sustainable‑Material (EDS), yang menandai langkah penting dalam tujuannya memperkenalkan ban dengan material 100% berkelanjutan pertama di industri pada tahun 2030.

Di tengah lonjakan kendaraan listrik (EV) dan fokus pada keberlanjutan, ban EDS ini dirancang khusus untuk EV, memberikan jarak tempuh panjang, resistensi gulir lebih rendah, kebisingan berkurang, serta pengereman basah dan handling yang superior.

Mengenai keuangan perusahaan, Goodyear dengan kapitalisasi pasar $2,5 miliar, yang sahamnya saat ini diperdagangkan pada $8,85, turun 2,33% YTD, mengumumkan laba bersih $76 juta atau 26 sen per saham, dibandingkan dengan rugi bersih $291 juta setahun lalu, dan $114 juta dalam laba bersih yang disesuaikan atau 39 sen per saham untuk Q4 2024.

Selama periode ini, penjualan perusahaan sebesar $4,9 miliar, dengan volume unit ban mencapai 43,6 juta. Untuk tahun penuh, penjualan sebesar $18,9 miliar, dengan volume unit ban mencapai 166,6 juta.

Pada tahun 2024, Goodyear melaporkan laba bersih $70 juta atau 24 sen per saham, dibandingkan dengan rugi bersih $689 juta setahun lalu, dan laba bersih yang disesuaikan $302 juta atau $1,05 per saham.

Arus kas dari aktivitas operasional selama periode ini sebesar $698 juta, turun dari $1,032 miliar pada tahun sebelumnya. Bulan lalu, perusahaan berhasil menutup penjualan bisnis ban off‑the‑road kepada The Yokohama Rubber Company, sementara penjualan merek Dunlop kepada Sumitomo Rubber Industries diperkirakan akan selesai pada pertengahan tahun.

Mengenai tahun pertamanya di Goodyear, CEO Mark Stewart menyatakan kepuasan atas kemajuan yang dicapai pada tahun 2024, di mana perusahaan melampaui harapan, meningkatkan pendapatan, dan mencapai kesepakatan untuk menjual aset non‑inti.

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

– CEO Stewart

Untuk 2025, perusahaan memperkirakan “pengurangan utang yang signifikan,” ekspansi margin, dan optimalisasi portofolio untuk meningkatkan nilai pemegang saham. Goodyear diproyeksikan menghasilkan hasil kotor melebihi $2 miliar dan rasio leverage bersih 2,0x hingga 2,5x pada akhir tahun.

Berita Terbaru tentang Goodyear Tire & Rubber Co

Kesimpulan

Limbah karet, terutama dari ban, menghadirkan tantangan besar yang menuntut perhatian mendesak dan solusi yang efisien. Metode yang ada seperti pirolisis, meskipun banyak digunakan, menghasilkan produk sampingan berbahaya. Sementara itu, metode daur ulang tradisional berjuang dengan efisiensi dan skalabilitas.

Mengingat limbah karet merupakan masalah yang berkembang dan kritis, peneliti mengeksplorasi cara baru, seperti kolam retensi untuk filtrasi mikroplastik dan proses kimia yang melibatkan aminasasi C‑H serta restrukturisasi tulang punggung untuk dekontruksi karet, yang menawarkan solusi menjanjikan dan lebih hijau.

Dengan penelitian berkelanjutan dan adopsi industri, kemajuan ini dapat membantu meminimalkan polusi karet, mengurangi limbah tempat pembuangan akhir, dan mengubah limbah karet menjadi material bernilai!