Pemanfaatan Ulang Plastik Menjadi Lebih Mudah dengan Bantuan Laser

Kenaikan tingkat polusi di dunia terus mendorong permintaan akan layanan daur ulang berbiaya rendah. Sayangnya, polutan plastik tidak terurai di tempat pembuangan akhir seperti limbah lainnya, menyebabkan penumpukan besar di seluruh dunia. Untungnya, sekelompok insinyur inovatif merilis sebuah studi bulan ini yang menunjukkan sistem berbasis laser inovatif yang membuat pemanfaatan ulang limbah plastik lebih efisien. Berikut yang perlu Anda ketahui.

Polusi Plastik

Dunia membutuhkan solusi berkelanjutan untuk pengelolaan limbah plastik. Plastik terkenal sulit terurai, dan karena itu, mereka sering berakhir berada di tempat pembuangan akhir atau tumpukan sampah, di mana mereka perlahan membusuk dan merusak lingkungan. Polutan ini terus muncul dalam air minum, hewan, dan titik penting lainnya sepanjang rantai makanan.

Studi Pemanfaatan Ulang Plastik

Penelitian terbaru menyelami penggunaan laser untuk membantu memecah ikatan kimia yang membuat plastik berbahaya dan membutuhkan waktu lama untuk terdegradasi di lingkungan. Laporan tersebut menunjukkan bagaimana laser ini dapat menguraikan molekul tertentu dalam plastik, memungkinkan mereka dimanfaatkan kembali sebagai zat yang dapat dipakai ulang. Secara khusus, tim menciptakan titik karbon luminesen (CDs) yang ditangkap pada substrat padat menggunakan proses yang disebut aktivasi C-H.

Para peneliti memilih cetyltrimethylammonium chloride (CTAC) sebagai target pertama untuk metode pemecahan laser. Tim memilih CTAC karena karakteristik khususnya, termasuk struktur bersih karbon. Selain itu, CTAC umum dalam komposisi nanomaterial dan dapat mempertahankan bentuk padat tanpa memerlukan banyak penyesuaian atmosfer.

Aktivasi C-H

Aktivasi C-H adalah proses kimia revolusioner yang memungkinkan ilmuwan memecah ikatan karbon-hidrogen dalam molekul organik. Ikatan-ikatan ini dapat ditargetkan secara spesifik berdasarkan komposisinya, memungkinkan mereka disintesis secara selektif menjadi komponen dasar seperti CD yang dapat digunakan kembali.
Proses aktivasi C-H memperkenalkan sinar cahaya berdaya rendah pada interval dan frekuensi tertentu. Sinar cahaya ini memecah ikatan kimia yang membuat plastik tidak dapat terbiodegradasi dan membentuk ikatan baru. Secara khusus, studi ini meneliti cara memecah surfaktan amonium kuaterner rantai panjang organik menjadi CD luminesen, membuka peluang baru di berbagai bidang, termasuk pengurangan polusi, ilmu material, kimia organik, dan biomedis.

Nanomaterial Berbasis Karbon

Nanomaterial berbasis karbon adalah produk ideal untuk mengubah limbah plastik menjadi karena banyak alasan. Pertama, material ini dapat digunakan untuk membuat komponen elektronik kelas atas, termasuk papan sirkuit, perangkat penyimpanan memori, dan elemen penting lainnya dalam ekonomi komputer. Mereka sangat diminati dan diperlukan untuk perangkat teknologi tinggi masa kini.

Perhitungan Teori Fungsi Kerapatan (DFT)

Para peneliti mengembangkan variasi perhitungan teori fungsi kerapatan untuk memprediksi proses konversi dan menyesuaikan jumlah cahaya serta frekuensi yang digunakan. Menurut insinyur, perhitungan DFT mengandalkan kode VASP, di mana elektron valensi dihitung melalui fungsi gelombang Kohn‑Sham dalam basis gelombang bidang. Pendekatan ini memungkinkan tim menentukan kesalahan dan cacat dalam proses tanpa perlu mengulang pengujian. Secara khusus, mereka dapat menentukan bagaimana keadaan teroksidasi dan kesalahan memengaruhi adsorpsi H serta proses aktivasi C‑H.

Tahap Pengujian

Ilmuwan memulai pengujian dengan membuat lapisan tipis CTAC padat. Lapisan ini kemudian dilapisi dengan monolayer WSe2. Secara khusus, lapisan ini ditumbuhkan khusus untuk percobaan menggunakan metode deposisi uap kimia (CVD). Lapisan-lapisan tersebut, yang disebut dikalkogenida logam transisi, memfasilitasi reaksi kimia setelah terpapar radiasi laser kontinu berdaya rendah. Tim juga menggunakan berbagai laser dengan daya sekitar ~0,2–5 mW.
Laser memungkinkan molekul CTAC memulai aktivasi ikatan C‑H yang dimediasi oleh WSe2, menghasilkan pembentukan ikatan C=C dan molekul H berubah menjadi keadaan gas. Secara khusus, tim mengintegrasikan lapisan dikalkogenida logam transisi D (TMDCs), secara drastis mengurangi energi yang diperlukan bagi molekul karbon marmer untuk berikatan dan mengubah limbah menjadi CD.

Memantau Perubahan

Para insinyur mencoba proses ini dalam beberapa skenario pencahayaan yang berbeda. Secara khusus, mikroskop terbalik Nikon TiE, menggunakan lensa objektif minyak ×100, dan sumber cahaya putih halogen dengan rating 12 V, 100 W memungkinkan percobaan dilakukan. Selain itu, tim menggunakan kondensor dark‑field (NA 1,20–1,43) untuk melacak iradiasi laser dengan sukses.
Laser yang digunakan meliputi laser kontinu Coherent, Genesis MX STM‑1 W dengan panjang gelombang 660 nm (Laser Quantum). Menariknya, para insinyur memperluas berkas untuk meningkatkan efisiensi menggunakan Thorlabs GBE05‑A yang diarahkan melalui mikroskop selama pengujian.

Hasil Menunjukkan Janji untuk Masa Depan yang Lebih Hijau

Hasil studi ini cukup untuk membuat industri bersemangat. Secara khusus, tim berhasil mengubah surfaktan amonium kuaterner rantai panjang cetyltrimethylammonium chloride (CTAC, C19H42ClN) menjadi CD luminesen pada monolayer WSe2 2d dalam pola terorganisir dan terlokalisasi secara spasial. Proses ini dioptimalkan dan dapat langsung diintegrasikan untuk membantu mengurangi limbah plastik.
Untuk memastikan proses selesai secara efisien, ilmuwan memantau perkembangan menggunakan spektroskopi inframerah transformasi Fourier skala nano (nano‑FTIR). Mereka mencatat pita absorpsi menonjol pada ~1660 cm⁻¹. Rentang ini meningkatkan efisiensi ikatan C=C dalam CD. Selain itu, tim menggunakan spektrum Raman dan pemetaan melalui sistem Renishaw untuk melacak kemajuan. Secara khusus, spektrum Raman mengungkapkan bahwa tim menyelesaikan konversi limbah menjadi CD.

Manfaat

Ada banyak manfaat yang diberikan oleh studi ini. Polutan plastik merupakan masalah utama yang sudah memengaruhi kehidupan jutaan orang setiap tahun. Kemampuan untuk mensintesis kompleks organik fungsional dan polutan lingkungan seperti limbah bahan bakar fosil menjadi bahan kimia terbarukan membuka pintu bagi ekonomi sirkular yang lebih baik, di mana limbah berulang kali menjadi produk berharga.

Lebih Efisien

Salah satu manfaat terbesar dari proses ini adalah bahwa ia lebih efisien dibandingkan metode saat ini. Teknik yang digunakan saat ini memerlukan banyak energi, mahal, dan dapat menyebabkan kerusakan tambahan pada lingkungan. Oleh karena itu, pendekatan ini membuka pintu bagi daur ulang yang lebih bersih dari bahan limbah ini.

Fleksibel

Manfaat besar lainnya dari penelitian ini adalah dapat diterapkan pada berbagai polutan kimia yang saat ini mengganggu lingkungan. Peneliti menyatakan bahwa proses ini akan bekerja pada pilihan luas senyawa organik rantai panjang. Oleh karena itu, strategi ini dapat diterapkan secara global untuk melawan beragam limbah yang meningkat, termasuk polietilena dan surfaktan.

Peneliti

Studi polutan plastik menyatukan beberapa pemikir tercerah dari sektor akademik dan ilmiah. Proyek ini ditulis bersama oleh Jingang Li dan melibatkan bantuan peneliti dari University of California, Tohoku University di Jepang, Lawrence Berkeley National Laboratory, The Pennsylvania State University, dan Baylor University. Pendanaan studi ini berasal dari National Institutes of Health, Hirose Foundation, National Natural Science Foundation of China, National Science Foundation, dan Japan Society for the Promotion of Science.

Aplikasi

Ada banyak aplikasi untuk teknologi ini. Kemampuan mengurangi limbah plastik telah beralih dari sekadar kekhawatiran menjadi risiko utama yang memerlukan perhatian segera dan terus‑menerus. Penemuan terbaru ini membantu mengurangi risiko tersebut dengan mengubah limbah plastik menjadi CD yang berharga dan dapat dipakai ulang. Oleh karena itu, terdapat aplikasi hampir tak terbatas di bidang material fotonik, kimia organik, dan remediasi lingkungan.

Perusahaan yang Dapat Memanfaatkan Studi Ini

Saat Anda meninjau pasar, mudah terlihat bahwa banyak perusahaan dapat memanfaatkan integrasi teknologi ini secara langsung. Perusahaan‑perusahaan ini telah lama mempelopori pengelolaan limbah, daur ulang, dan solusi lingkungan. Oleh karena itu, mereka memberikan peluang unik bagi investor untuk mendapatkan eksposur ke sektor yang cepat berkembang.

1. Waste Management

WCN Grafik Harga

Sebagai penyedia terkemuka layanan pengelolaan limbah komprehensif, Waste Management (WM ) berada pada posisi yang tepat. Ini adalah operasi besar dengan lebih dari 28 ribu karyawan. Perusahaan telah membuat terobosan dalam daur ulang, pengelolaan limbah, energi terbarukan, dan pasar penting lainnya. Secara khusus, perusahaan mencatat pendapatan lebih dari $20,69 miliar pada tahun 2023.

Investor dapat menganggap WCN sebagai rekomendasi “beli” yang kuat. Ini adalah pengembang, pemilik, dan operator terkemuka layanan gas tempat pembuangan akhir menjadi energi di AS. Oleh karena itu, saham ini telah melampaui kinerja dan saat ini menunjukkan pengembalian 5 tahun sebesar +107,63 %. Secara khusus, saham ini naik +2.137 % sejak IPO.

2. Waste Connections

WCN Grafik Harga

Waste Connections (WCN ) memasuki pasar pada tahun 1997. Awalnya berbasis di California, perusahaan pindah ke Texas sebagai bagian dari strateginya untuk melayani negara secara lebih baik. Saat ini, Waste Connections mempekerjakan lebih dari 19 ribu profesional dan menjadi penyedia terkemuka layanan pengumpulan, pemindahan, pembuangan, dan daur ulang limbah di AS.

Secara khusus, Waste Connections dapat mengalami peningkatan kemampuan dan pendapatan yang signifikan jika berhasil mengintegrasikan sistem daur ulang plastik berbasis laser baru yang dikembangkan oleh peneliti. Peningkatan ini akan memungkinkan perusahaan menghasilkan pendapatan tambahan dengan menawarkan CD kepada klien.

Waste Collections memiliki kapitalisasi pasar lebih dari $46,85 miliar. Perusahaan berada pada rekomendasi “tahan” yang kuat karena posisinya dan beberapa akuisisi tingkat tinggi yang telah diselesaikannya selama bertahun‑tahun. Mereka yang mencari saham stabil dengan potensi kenaikan kuat sebaiknya mempertimbangkan Waste Connections.

Statistik Menggambarkan Gambaran Kelam

Plastik merevolusi cara dunia melakukan perdagangan dan tetap menjadi elemen penting dalam kehidupan sehari‑hari. Material yang berguna ini telah mengalami penggunaan yang signifikan dengan para ahli mencatat pertumbuhan eksponensial sejak diperkenalkan pada tahun 1950. Sayangnya, sebagian besar plastik ini tetap menjadi limbah. Menurut studi lingkungan, dunia menghasilkan 2 juta ton polutan plastik setiap tahun, menambah 7 miliar metrik ton yang sudah beredar.
Mudah untuk melihat dari mana polutan ini masuk ke pasar. Studi menunjukkan bahwa hingga 50 % limbah plastik berasal dari kemasan sekali pakai. Yang terburuk, analis memprediksi tingkat polusi akan meningkat tajam dalam beberapa tahun mendatang, meningkatkan risiko kesehatan dan lingkungan secara signifikan. Sayangnya, situasi ini telah menyebabkan konsekuensi yang mengerikan.

Lautan Menderita

Lautan sangat rentan terhadap polutan ini. Sayangnya, 75‑99 ton plastik masuk ke laut, di mana ia tetap berada, menciptakan pulau sampah besar yang melepaskan polutan mematikan. Pada kecepatan saat ini, manusia menghasilkan 33 miliar pon limbah plastik yang berakhir di laut setiap tahun. Pengembangan terbaru ini dapat membantu mengurangi kekhawatiran tersebut dan membuka jalan bagi ekonomi yang lebih berkelanjutan.

Pencemar Terbesar Secara Global

Tidak mengherankan mengetahui bahwa tidak semua negara bertanggung jawab secara setara atas masalah limbah. Seperti yang diperkirakan, kontributor utama adalah negara‑negara dengan sektor ekonomi dan manufaktur yang besar. Pada tahun 2023, China memimpin dengan sekitar 59.079.741 metrik ton limbah. Amerika Serikat berada di posisi kedua dengan 37.825.550 ton. Jerman, Brasil, dan Jepang juga termasuk kontributor utama, meskipun pada skala yang jauh lebih kecil dibandingkan China dan AS.

Upaya Tim

Permintaan untuk mengurangi limbah plastik telah mendorong beberapa tim riset di seluruh dunia mengemukakan konsep. Ide‑ide ini mencakup segala hal mulai dari mengirim limbah ke luar planet hingga memanfaatkannya kembali untuk digunakan dalam elektronik canggih masa kini. Salah satu studi menarik menemukan bahwa limbah styrofoam dapat diuraikan dan digunakan untuk membuat komponen elektronik berharga. Styrofoam, seperti limbah plastik, menjadi masalah besar karena waktu penguraiannya yang lama dan bahaya yang ditimbulkannya bagi satwa liar.

Regulasi

Faktor penting lain yang perlu dipertimbangkan adalah penolakan regulasi yang semakin meningkat. Pembuat undang‑undang telah menyadari bahwa situasi saat ini tidak berkelanjutan. Penggunaan plastik sekali pakai secara masif dan faktor lainnya memicu kebutuhan akan perubahan besar. Oleh karena itu, undang‑undang baru telah diperkenalkan secara global. Misalnya, New South Wales, Victoria, dan Queensland menerapkan larangan penggunaan sekali pakai pada tahun 2023. Sekarang, California berupaya membuat produsen bertanggung jawab atas pembersihan limbah plastik mereka.

Pemanfaatan Ulang Limbah Plastik dan Membuat Dunia Lebih Aman

Mengambil limbah plastik, yang telah menyebabkan kerusakan tak terpulihkan pada lingkungan, dan memanfaatkannya kembali menjadi CD yang berharga sangat masuk akal. Pengembangan ini dapat memberikan tindakan pencegahan yang segera dan berkelanjutan dalam industri. Untuk saat ini, tim insinyur ini pantas mendapat pengakuan atas penemuan mereka yang berpotensi membantu menyelamatkan jutaan nyawa ke depan.

Pelajari tentang proyek lingkungan yang keren sekarang.