Polihidroksialkanoat, biopolimer untuk plastik masa depan

Polihidroksialkanoat, biopolimer untuk plastik masa depan

Oleh : Dani Permana, M.Si.

Loka Penelitian Teknologi Bersih - LIPI

Akhir-akhir ini sedang hangat diberitakan mengenai akan diterapkannya kebijakan kantong plastik berbayar di 17 kota di Indonesia. Hal ini dikemukakan oleh Dirjen Pengelolaan Sampah, Limbah, dan B3, Kementrian Lingkungan Hidup dan Kehutanan. Maksud diterapakannya aturan ini adalah untuk mengurangi jumlah sampah plastic di Indonesia. Tidak hanya di Indonesia, aturan kantong plastik berbayar juga sudah diterapkan di beberapa negara di Benua Ais, Amerika, dan Eropa.

Plastik adalah suatu fenomena yang unik. Karena plastik bagaikan dua sisi mata uang, yang pada satu sisi plastik itu adalah material yang disukai dan menjadi favorit tetapi di sisi lain plastik juga dibenci karena menjadi sampah yang merusak lingkungan. Plastik baru secara luas dikembangkan dan digunakan sejak abad ke-20. Namun penggunaannya berkembang secara luar biasa dari hanya beberapa ratus ton pada tahun 1930-an, menjadi 150 juta ton/tahun pada tahun 1990-an dan 220 juta ton/tahun pada tahun 2005. Plastik telah menjadi komponen penting dalam kehidupan modern saat ini dan peranannya telah menggantikan kayu dan logam. Plastik menjadi primadona karena beberapa sifatnya yang istimewa antara lain ringan dan kuat, mudah dibentuk sesuai dengan kebutuhan, tahan terhadap korosi, suhu, dan cuaca, transparan dan mudah diwarnai, dan harganya murah (Madison & Huisman, 1999; InsWA, 2014).

Keunggulan-keunggulan plastik itulah yang membuatnya belum tergantikan dengan bahan lainnya untuk berbagai aplikasi khususnya dalam kehidupan sehari-hari mulai dari kemasan makanan, alat-alat rumah tangga, mainan anak, elektronik sampai dengan komponen otomotif. Saat ini penggunaan material plastik di negara-negara Eropa mencapai 60kg/orang/tahun, di Amerika Serikat mencapai 80kg/orang/tahun, sementara di India ‘hanya’ 2kg/orang/tahun (InSWA, 2014). Sedangkan konsumsi plastik di Indonesia mencapai 10 kg per kapita per tahun. Tentunya jumlah ini setiap tahunnya semakin meningkat seiring semakin tingginya permintaan akan penggunaan plasrik untuk berbagai keperluan.

Peningkatan penggunaan bahan plastik ini mengakibatkan peningkatan jumlah sampah plastik dari tahun ke tahun. Empat puluh persen dari 150 juta ton plastik yang diproduksi setiap tahun dibuang ke tempat pembuangan sampah. Sampah plastic kini pencemar nomor satu di pantai. Lebih dari 57 persen sampah yang ditemukan di pantai adalah plastik. Sebanyak 46 ribu sampah plastik mengapung di setiap mil persegi samudera bahkan kedalaman sampah plastik di samudera pasifik sudah mencapai hampir 100 meter (InSWA, 2014). Menurut data statistik persampahan domestik Indonesia, jenis sampah plastik di Indonesia menduduki peringkat kedua sebesar 5,4 juta ton per tahun atau 14 persen dari total produksi sampah. Dengan demikian, plastik telah mampu menggeser sampah jenis kertas yang tadinya di peringkat kedua menjadi peringkat ketiga dengan jumlah 3,6 juta ton per tahun atau 9 persen dari jumlah total produksi sampah (InSWA, 2014).

Membakar plastik telah menjadi salah satu pilihan untuk mengurangi plastik sintetik. Tetapi biaya operasional untuk membakar sampah plastik menjadi mahal dan juga berbahaya. Bahan kimia berbahaya seperti, senyawa-senyawa dioksin, hidrogen klorida (HCl) dan hidrogen sianida (HCN) dilepaskan selama pembakaran (Johnstone, 1990; Atlas, 1993). Daur ulang juga memiliki beberapa kelemahan utama, karena sulit untuk memilah berbagai macam plastik dan juga adanya perubahan dalam material plastik yang memerlukan penanganan lebih lanjut (Johnstone , 1990; Flechter , 1993).

Dalam beberapa tahun terakhir, telah terjadi peningkatan perhatian publik atas efek berbahaya plastik berbahan dasar petrokimia terhadap lingkungan. Hal ini telah mendorong banyak negara untuk mulai mengembangkan plastik yang dapat terdegradasi oleh mikroorganisme tanah (biodegradable). Penggantian plastik petrokimia dengan plastik terdegradasi penting dan menjadi solusi yang baik untuk para pengambil keputusan (Pemerintah) dan industri plastik (Song, et. al., 1999). Membuat produk ramah lingkungan seperti bioplastik adalah satu realitas yang dapat membantu kita mengatasi masalah polusi yang disebabkan oleh plastik dari petrokimia yang non-degradable.

Salah satu bahan untuk membuat plastik biodegradable adalah Polihidroxialkanoat (PHA). PHA adalah polimer yang berupa poliester cadangan, yang diakumulasi sebagai butiran intraseluler oleh berbagai macam bakteri. PHA telah menarik perhatian industri karena potensinya sebagai termoplastik biodegradable dan biokompatibel. PHA dapat diproduksi dari berbagai biomassa seperti glukosa dan minyak nabati. Meskipun glukosa saat ini merupakan sumber karbon utama untuk produksi PHA, tetapi memiliki kelemahan yaitu hasil PHA yang dihasilkan adalah 0,30-0,40 g PHA per gram glukosa yang digunakan (Tsuge, et. al., 2013).

PHA merupakan salah satu jenis biji plastik biodegradable yang memiliki potensi besar untuk menggantikan plastik hidrokarbon yang sekarang banyak digunakan. PHA dapat dikumpulkan oleh beberapa jenis bakteri sebagai cadangan karbon dan energi dalam kondisi stres (Akaraonye, et. al. , 2010). Lebih dari 40 jenis PHA dan kopolimernya telah ditemukan dan dinyatakan sebagai material yang ramah lingkungan. Polimer-polimer ini terbiodegradasi sempurna menjadi karbondioksida dan air setelah beberapa pekan penguburan dalam tanah (Yu, et. al., 1998).

PHA adalah kandidat yang cocok untuk substitusi dari beberapa plastik berbasis minyak bumi dan memiliki beberapa sifat yang membuat mereka menarik, termasuk tidak beracun dan biokompatibilitas (Amache, et. al., 2013). PHA telah diproduksi secara komersil dengan proses biosintesa menggunakan bahan baku glukosa. Tetapi produksi PHA ini mengalami kendala terutama dari segi biaya produksi yang tinggi yang disebabkan oleh biaya bahan baku, yaitu glukosa dan biaya pengolahan (pengambilan PHA dari sel mikroorganisme) (Hartati, dkk., 2009). Oleh karena itu diperlukan sumber karbon yang tersedia secara melimpah dan tidak bersaing dengan ketahanan pangan. Air limbah industri pangan dapat digunakan sebagai sumber karbon yang baik. Untuk produksi PHA yang lebih efisien, diperlukan sumber karbon sebagai substrat yang memungkinkan bakteri menghasilkan PHA dengan hasil yang tinggi. Dalam hal ini, minyak nabati dan limbah produksinya dapat menjadi salah satu bahan baku yang dipilih untuk produksi PHA karena koefisien hasil teoritis dari PHA yang diproduksi dari minyak nabati yaitu 1,0 g PHA per gram dari minyak nabati yang digunakan.

Berbagai mikroorganisme seperti Alcaligenes, Azotobacter, Bacillus, Nocardia, Pseudomonas, dan Rhizobium dapat mengakumulasi PHA sebagai material cadangan energi. Masing-masing mikroorganisme menghasilkan komposisi polimer PHA yang berbeda. Jenis sumber karbon yang dikonsumsi oleh mikroorganisme juga menentukan jenis PHA yang dihasilkan (Taguchi, et. al., 2003).

Keanekaragaman spesies mikroorganisme yang tinggi dan melimpahnya limbah biomassa di Indonesia, menjadi potensi berharga untuk pengembangan biopolimer PHA yang dapat menjadi bahan baku bioplastik. Dengan pemanfaatan limbah biomassa sebagai substrat untuk produksi PHA, dapat mengurangi jumlah limbah dan meningkatkan nilai manfaat dari limbah tersebut. Dan tentunya dapat mengurangi pencemaran lingkungan akibat plastic konvensional jika produksi bioplastik dan penggunaannya dapat dilakukan secara massal, semoga.

Gambar :

Struktur PHA dan co-polimernya

Sumber : www.hindawi.com

Granule PHA yang terakumulasi dalam sel mikroorganisme

Sumber : www.aem.asm.org

Serbuk PHA yang dihasilkan oleh mikroorganisme dan siap digunakan sebagai bahan baku bioplastik

Catatan : Telah dipublikasikan di Harian Pikiran Rakyat hari Kamis Tanggal 10 Maret 2015