BIOPLASTIK: BAGAIMANA MEREKA DIPRODUKSI, JENIS, KELEBIHAN, KEKURANGAN - LINGKUNGAN HIDUP - 2025

The bioplastik adalah setiap bahan lunak berdasarkan polimer petrokimia asal atau biomassa yang biodegradable. Mirip dengan plastik tradisional yang disintesis dari minyak bumi, plastik ini dapat dicetak menjadi berbagai benda.

Tergantung pada asalnya, bioplastik dapat diperoleh dari biomassa (berbasis biobase) atau dari petrokimia. Di sisi lain, tergantung pada tingkat penguraiannya, terdapat bioplastik yang dapat terurai dan tidak dapat terurai.

Peralatan makan terbuat dari poliester pati biodegradable. Sumber: Scott Bauer

Maraknya bioplastik muncul sebagai tanggapan atas ketidaknyamanan yang ditimbulkan oleh plastik konvensional. Ini termasuk akumulasi plastik non-biodegradable di lautan dan tempat pembuangan sampah.

Di sisi lain, plastik konvensional memiliki jejak karbon yang tinggi dan kandungan unsur toksik yang tinggi. Sebaliknya, bioplastik memiliki beberapa keunggulan karena tidak menghasilkan unsur beracun dan umumnya dapat terurai secara hayati dan dapat didaur ulang.

Di antara kelemahan utama bioplastik adalah biaya produksi yang tinggi dan ketahanan yang lebih rendah. Selain itu, beberapa bahan baku yang digunakan merupakan bahan pangan potensial yang menimbulkan masalah ekonomi dan etika.

Beberapa contoh benda bioplastik adalah tas biodegradable serta komponen kendaraan dan ponsel.

Karakteristik bioplastik

Pentingnya ekonomi dan lingkungan dari bioplastik

Berbagai benda utilitarian dibuat dengan bioplastik. Sumber: Hwaja Götz, melalui Wikimedia Commons

Baru-baru ini ada minat ilmiah dan industri yang lebih besar dalam memproduksi plastik dari bahan mentah terbarukan dan yang dapat terurai secara hayati.

Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa cadangan minyak dunia semakin menipis dan kesadaran yang lebih besar akan kerusakan lingkungan yang serius yang disebabkan oleh petroplastik.

Dengan meningkatnya permintaan plastik di pasar dunia, permintaan plastik biodegradable juga semakin meningkat.

Daya hancur secara biologis

Limbah bioplastik biodegradable dapat diperlakukan sebagai limbah organik, cepat rusak dan tidak berpolusi. Misalnya, dapat digunakan sebagai amandemen tanah dalam pengomposan, karena secara alami didaur ulang oleh proses biologis.

Bioplastik dengan kegunaan komersial yang tak terhitung jumlahnya. Sumber: F. Kesselring, FKuR Willich, melalui Wikimedia Commons

Batasan bioplastik

Pembuatan bioplastik yang dapat terurai secara hayati menghadapi tantangan besar, karena bioplastik memiliki sifat yang lebih rendah dari petroplastik dan aplikasinya, meskipun berkembang, terbatas.

Perbaikan sifat bioplastik

Untuk meningkatkan sifat bioplastik, campuran biopolimer dengan berbagai jenis aditif sedang dikembangkan, seperti tabung nano karbon dan serat alam yang dimodifikasi secara kimia.

Secara umum, aditif yang diaplikasikan pada bioplastik meningkatkan sifat seperti:

• Kekakuan dan ketahanan mekanis.
• Sifat penghalang terhadap gas dan air.
• Termoresistensi dan termostabilitas.

Sifat-sifat ini dapat direkayasa menjadi bioplastik melalui preparasi kimiawi dan metode pemrosesan.

Bagaimana bioplastik diproduksi?

Bioplastik untuk kemasan yang terbuat dari pati termoplastik. Sumber: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

-Sejarah Singkat

Bioplastik mendahului plastik sintetis konvensional yang diturunkan dari minyak bumi. Penggunaan polimer bahan tumbuhan atau hewan untuk menghasilkan bahan plastik sudah ada sejak abad ke-18 dengan penggunaan karet alam (lateks dari Hevea brasiliensis).

Bioplastik pertama, meskipun tidak diberi nama itu, dikembangkan pada tahun 1869 oleh John Wesley Hyatt Jr., yang menghasilkan plastik yang berasal dari selulosa kapas sebagai pengganti gading. Demikian pula, pada akhir abad ke-19, kasein dari susu digunakan untuk produksi bioplastik.

Pada 1940-an, perusahaan Ford menjajaki alternatif penggunaan bahan mentah nabati untuk membuat suku cadang mobilnya. Garis penelitian ini didorong oleh pembatasan penggunaan baja oleh perang.

Akibatnya, selama tahun 1941 perusahaan mengembangkan model mobil dengan bodi yang sebagian besar terbuat dari turunan kedelai. Namun, setelah perang usai, inisiatif ini tidak dilanjutkan.

Pada tahun 1947 bioplastik teknis pertama diproduksi, Poliamida 11 (Rilsan sebagai merek dagang). Kemudian, pada tahun 90-an, muncul PLA (asam polilaktat), PHA (polihidroksialkanoat) dan pati plastisisasi.

-Bahan baku

Bioplastik berbasis biologis adalah bioplastik yang dibuat dari biomassa tumbuhan. Tiga sumber dasar bahan baku biobased adalah sebagai berikut.

Polimer alami dari biomassa

Polimer alami yang dibuat langsung oleh tumbuhan, seperti pati atau gula, dapat digunakan. Misalnya, "Potato plastic" adalah bioplastik biodegradable yang terbuat dari pati kentang.

Polimer disintesis dari monomer biomassa

Alternatif kedua adalah mensintesis polimer dari monomer yang diekstraksi dari sumber tumbuhan atau hewan. Perbedaan antara rute ini dan yang sebelumnya adalah sintesis kimia perantara diperlukan di sini.

Misalnya, Bio-PE atau polietilen hijau yang dihasilkan dari etanol yang diperoleh dari tebu.

Bioplastik juga dapat diproduksi dari sumber hewani seperti glikosaminoglikan (GAGs), yang merupakan protein kulit telur. Keuntungan dari protein ini adalah memungkinkan untuk mendapatkan bioplastik yang lebih resisten.

Bioteknologi berdasarkan kultur bakteri

Cara lain untuk menghasilkan polimer untuk bioplastik adalah melalui bioteknologi melalui kultur bakteri. Dalam pengertian ini, banyak bakteri mensintesis dan menyimpan polimer yang dapat diekstraksi dan diproses.

Untuk ini, bakteri dibiakkan secara besar-besaran dalam media kultur yang sesuai dan kemudian diproses untuk memurnikan polimer tertentu. Misalnya, PHA (polihidroksialkanoat) disintesis oleh genera bakteri berbeda yang tumbuh dalam media dengan karbon berlebih dan tanpa nitrogen atau fosfor.

Bakteri menyimpan polimer dalam bentuk butiran di dalam sitoplasma, yang diekstraksi dengan memproses massa bakteri. Contoh lain adalah PHBV (PolyhydroxyButylValerate), yang diperoleh dari bakteri yang diberi makan dengan gula yang diperoleh dari sisa-sisa tanaman.

Batasan terbesar bioplastik yang diperoleh dengan cara ini adalah biaya produksi, terutama karena media kultur yang dibutuhkan.

Kombinasi polimer alam dan polimer bioteknologi

University of Ohio mengembangkan bioplastik yang cukup kuat dengan menggabungkan karet alam dengan bioplastik PHBV, organic peroxide, dan trimethylolpropane triacrylate (TMPTA).

-Proses produksi

Bioplastik diperoleh dengan berbagai proses, tergantung bahan baku dan sifat yang diinginkan. Bioplastik dapat diperoleh melalui proses dasar atau proses industri yang lebih kompleks.

Proses dasar

Dapat dilakukan pemasakan dan pencetakan dalam kasus penggunaan polimer alami, seperti pati atau pati jagung atau kentang.

Jadi, resep dasar untuk menghasilkan bioplastik adalah mencampur tepung maizena atau tepung kentang dengan air, menambahkan gliserin. Selanjutnya adonan ini dimasak hingga mengental, dibentuk dan dibiarkan mengering.

Proses kompleksitas sedang

Dalam kasus bioplastik yang diproduksi dengan polimer yang disintesis dari monomer biomassa, prosesnya agak lebih kompleks.

Misalnya, Bio-PE yang diperoleh dari etanol tebu membutuhkan serangkaian tahapan. Hal pertama yang dilakukan adalah mengekstrak gula dari tebu untuk mendapatkan etanol melalui fermentasi dan distilasi.

Kemudian etanol didehidrasi dan diperoleh etilen, yang harus dipolimerisasi. Akhirnya, dengan menggunakan mesin thermoforming, objek dibuat berdasarkan bioplastik ini.

Proses yang kompleks dan lebih mahal

Jika mengacu pada bioplastik yang dihasilkan dari polimer yang diperoleh dengan bioteknologi, kompleksitas dan biaya meningkat. Ini karena kultur bakteri yang terlibat membutuhkan media kultur tertentu dan kondisi pertumbuhan.

Proses ini didasarkan pada fakta bahwa bakteri tertentu menghasilkan polimer alami yang dapat mereka simpan di dalamnya. Oleh karena itu, dimulai dengan elemen nutrisi yang sesuai, mikroorganisme ini dibudidayakan dan diproses untuk mengekstrak polimer.

Bioplastik juga dapat dibuat dari beberapa alga seperti Botryococcus braunii. Mikroalga ini mampu menghasilkan dan bahkan mengeluarkan hidrokarbon ke lingkungan, dari mana bahan bakar atau bioplastik diperoleh.

-Produksi produk berdasarkan bioplastik

Prinsip dasarnya adalah pencetakan benda, berkat sifat plastik dari senyawa ini yang menggunakan tekanan dan panas. Pengolahan dilakukan dengan ekstrusi, injeksi, injeksi dan hembusan, preform blowing dan thermoforming dan akhirnya dilakukan pendinginan.

Jenis

Kemasannya terbuat dari selulosa asetat. Sumber: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

Pendekatan klasifikasi bioplastik beragam dan bukannya tanpa kontroversi. Bagaimanapun, kriteria yang digunakan untuk menentukan jenis yang berbeda adalah asal dan tingkat dekomposisi.

-Asal

Menurut pendekatan umum, bioplastik dapat diklasifikasikan berdasarkan asalnya sebagai biobased atau non-biobased. Dalam kasus pertama, polimer diperoleh dari tumbuhan, hewan atau biomassa bakteri dan karenanya merupakan sumber daya terbarukan.

Di sisi lain, bioplastik non-biobased adalah yang diproduksi dengan polimer yang disintesis dari minyak. Namun, karena berasal dari sumber daya yang tidak dapat diperbarui, beberapa spesialis menganggap bahwa bahan tersebut tidak boleh diperlakukan sebagai bioplastik.

-Tingkat dekomposisi

Mengenai tingkat dekomposisi, bioplastik dapat terurai secara hayati atau tidak. Yang biodegradable membusuk dalam periode waktu yang relatif singkat (beberapa hari hingga beberapa bulan) ketika mengalami kondisi yang sesuai.

Sementara itu, bioplastik non-biodegradable berperilaku seperti plastik konvensional asal petrokimia. Dalam hal ini, periode peluruhan diukur dalam beberapa dekade bahkan berabad-abad.

Ada juga kontroversi mengenai kriteria ini, karena beberapa ahli menganggap bahwa bioplastik sejati harus dapat terurai secara hayati.

-Origin dan biodegradasi

Jika dua kriteria sebelumnya digabungkan (asal dan tingkat dekomposisi), bioplastik dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok:

1. Berasal dari bahan baku terbarukan (biobased) dan biodegradable.
2. Yang diperoleh dari bahan baku terbarukan (berbasis biobase), tetapi tidak dapat terurai secara hayati.
3. Diperoleh dari bahan mentah yang berasal dari petrokimia, tetapi dapat terurai secara hayati.

Penting untuk dicatat bahwa untuk menganggap polimer sebagai bioplastik, ia harus memasukkan salah satu dari tiga kombinasi ini.

Biobased-biodegradable

Di antara bioplastik biobased dan biodegradable kami memiliki asam polylactic (PLA) dan polyhydroxyalkanoate (PHA). PLA adalah salah satu bioplastik yang paling banyak digunakan dan diperoleh terutama dari jagung.

Bioplastik ini memiliki sifat yang mirip dengan polietilen tereftalat (PET, plastik jenis poliester konvensional), meskipun kurang tahan terhadap suhu tinggi.

Untuk bagiannya, PHA memiliki sifat variabel tergantung pada polimer spesifik yang menyusunnya. Itu diperoleh dari sel tumbuhan atau melalui bioteknologi dari kultur bakteri.

Bioplastik ini sangat sensitif terhadap kondisi pemrosesan dan biayanya hingga sepuluh kali lipat lebih tinggi daripada plastik konvensional.

Contoh lain dari kategori ini adalah PHBV (PolyhydroxyButylValerate), yang diperoleh dari sisa-sisa tumbuhan.

Biobased-non-biodegradable

Dalam grup ini kami memiliki bio-polietilen (BIO-PE), dengan sifat yang mirip dengan polietilen konvensional. Sementara itu, Bio-PET memiliki karakteristik yang mirip dengan polietilen tereftalat.

Kedua bioplastik biasanya dibuat dari tebu, memperoleh bioetanol sebagai produk perantara.

Bio-poliamida (PA), yang merupakan bioplastik yang dapat didaur ulang dengan sifat insulasi termal yang sangat baik, juga termasuk dalam kategori ini.

-Non-biobased-biodegradable

Daya hancur secara biologis berkaitan dengan struktur kimia polimer dan bukan dengan jenis bahan mentah yang digunakan. Oleh karena itu, plastik biodegradable dapat diperoleh dari minyak bumi dengan pengolahan yang tepat.

Contoh bioplastik jenis ini adalah polikaprolakton (PCL), yang digunakan dalam pembuatan poliuretan. Ini adalah bioplastik yang diperoleh dari turunan minyak bumi seperti polibutilen suksinat (PBS).

Keuntungan

Bungkus permen terbuat dari PLA (polylactic acid). Sumber: F. Kesselring, FKuR Willich

Mereka dapat terurai secara hayati

Meskipun tidak semua bioplastik dapat terurai secara hayati, kenyataannya bagi banyak orang ini adalah karakteristik fundamental mereka. Faktanya, pencarian properti itu adalah salah satu mesin fundamental dari ledakan bioplastik.

Plastik konvensional berbasis minyak bumi dan non-biodegradable membutuhkan waktu ratusan bahkan ribuan tahun untuk terurai. Situasi ini merupakan masalah serius, karena tempat pembuangan sampah dan lautan terisi dengan plastik.

Untuk alasan ini, biodegradabilitas merupakan keuntungan yang sangat relevan, karena bahan-bahan ini dapat terurai dalam beberapa minggu, bulan atau beberapa tahun.

Mereka tidak mencemari lingkungan

Karena merupakan bahan yang dapat terurai secara hayati, bioplastik berhenti menempati ruang sebagai sampah. Selain itu, mereka memiliki keuntungan tambahan yaitu dalam banyak kasus mereka tidak mengandung unsur beracun yang dapat dilepaskan ke lingkungan.

Mereka memiliki jejak karbon yang lebih rendah

Baik dalam proses produksi bioplastik, seperti dalam penguraiannya, lebih sedikit CO2 yang dilepaskan daripada dalam kasus plastik konvensional. Dalam banyak kasus, mereka tidak melepaskan metana atau melepaskannya dalam jumlah rendah dan oleh karena itu hanya berdampak kecil pada efek rumah kaca.

Misalnya, bioplastik yang terbuat dari etanol dari tebu mengurangi emisi CO2 hingga 75% dibandingkan dengan yang berasal dari minyak.

Lebih aman membawa makanan dan minuman

Secara umum dalam penguraian dan komposisi bioplastik tidak digunakan bahan beracun. Oleh karena itu, mereka menunjukkan risiko kontaminasi yang lebih rendah untuk makanan atau minuman yang terkandung di dalamnya.

Tidak seperti plastik konvensional yang dapat menghasilkan dioksin dan komponen pencemar lainnya, bioplastik berbasis biob tidak berbahaya.

Kekurangan

Kekurangannya terutama terkait dengan jenis bioplastik yang digunakan. Antara lain kami memiliki yang berikut ini.

Lebih sedikit perlawanan

Salah satu keterbatasan kebanyakan bioplastik dibandingkan dengan plastik konvensional adalah ketahanannya yang lebih rendah. Namun, sifat inilah yang dikaitkan dengan kemampuannya terurai.

Biaya lebih tinggi

Dalam beberapa kasus, bahan baku yang digunakan untuk produksi bioplastik lebih mahal dibandingkan dengan minyak bumi.

Di sisi lain, produksi beberapa bioplastik menyiratkan biaya pemrosesan yang lebih tinggi. Secara khusus, biaya produksi ini lebih tinggi pada biaya yang dihasilkan melalui proses bioteknologi, termasuk pembudidayaan massal bakteri.

Konflik penggunaan

Bioplastik yang dihasilkan dari bahan baku pangan bersaing dengan kebutuhan manusia. Oleh karena itu, karena lebih menguntungkan mendedikasikan tanaman untuk produksi bioplastik, tanaman tersebut dikeluarkan dari sirkuit produksi pangan.

Namun, kerugian ini tidak berlaku untuk bioplastik yang diperoleh dari limbah yang tidak dapat dimakan. Di antara limbah ini kami memiliki sisa-sisa tanaman, ganggang yang tidak dapat dimakan, lignin, cangkang telur atau kerangka luar lobster.

Mereka tidak mudah didaur ulang

Bioplastik PLA sangat mirip dengan plastik PET (polietilen tereftalat) konvensional, tetapi tidak dapat didaur ulang. Oleh karena itu, jika kedua jenis plastik tersebut dicampur dalam wadah daur ulang, maka kandungan tersebut tidak dapat didaur ulang.

Terkait hal ini, terdapat kekhawatiran bahwa peningkatan penggunaan PLA dapat menghambat upaya daur ulang plastik yang ada.

Contoh dan penggunaan produk yang diproduksi dengan bioplastik

Wadah wine terbuat dari bioplastik dari limbah pertanian dan miselia. Sumber: Mycobond

-Benda sekali pakai atau sekali pakai

Barang yang paling banyak menghasilkan limbah adalah wadah, pembungkus, piring, dan peralatan makan yang terkait dengan makanan cepat saji dan tas belanja. Oleh karena itu, dalam bidang ini bioplastik biodegradable memiliki peran yang relevan.

Oleh karena itu, berbagai produk berbasis bioplastik telah dikembangkan untuk mempengaruhi pengurangan timbulan sampah. Antara lain kami memiliki tas biodegradable yang dibuat dengan BASF's Ecovio atau botol plastik dari PLA yang diperoleh dari jagung oleh Safiplast di Spanyol.

Kapsul air

Perusahaan Ooho membuat kapsul biodegradable dari rumput laut dengan air, bukan botol tradisional. Proposal ini sangat inovatif dan sukses dan telah diuji di lomba maraton London.

pertanian

Pada beberapa tanaman seperti stroberi, praktik yang umum dilakukan adalah menutupi tanah dengan lembaran plastik untuk mengendalikan gulma dan menghindari pembekuan. Dalam hal ini, bantalan bioplastik seperti Agrobiofilm telah dikembangkan untuk menggantikan plastik konvensional.

-Objek untuk aplikasi tahan lama

Penggunaan bioplastik tidak terbatas pada objek yang digunakan dan dibuang tetapi dapat digunakan pada objek yang lebih tahan lama. Misalnya, perusahaan Zoe b Organic memproduksi mainan pantai.

Komponen peralatan yang kompleks

Toyota menggunakan bioplastik di beberapa suku cadang mobil, seperti komponen untuk AC dan panel kontrol. Untuk itu, menggunakan bioplastik seperti Bio-PET dan PLA.

Untuk bagiannya, Fujitsu menggunakan bioplastik untuk membuat mouse komputer dan suku cadang keyboard. Dalam kasus perusahaan Samsung, beberapa ponsel memiliki rumah yang sebagian besar terbuat dari bioplastik.

-Konstruksi dan teknik sipil

Bioplastik pati telah digunakan sebagai bahan bangunan dan bioplastik yang diperkuat nanofiber pada instalasi listrik.

Selain itu, mereka telah digunakan dalam produksi kayu furnitur bioplastik, yang tidak diserang oleh serangga xylophagous dan tidak membusuk karena kelembaban.

-Aplikasi farmasi

Mereka telah dibuat dengan kapsul bioplastik yang mengandung obat-obatan dan kendaraan obat yang dilepaskan secara perlahan. Jadi, ketersediaan hayati obat diatur dari waktu ke waktu (dosis yang diterima pasien dalam waktu tertentu).

Aplikasi -Medical

Bioplastik selulosa dapat diterapkan pada implan, rekayasa jaringan, kitin dan bioplastik kitosan telah diproduksi untuk perlindungan luka, rekayasa jaringan tulang dan regenerasi kulit manusia.

Bioplastik selulosa juga telah diproduksi untuk biosensor, campuran dengan hidroksiapatit untuk pembuatan implan gigi, serat bioplastik di kateter, dan lain-lain.

-Transportasi dan industri udara, laut dan darat

Busa kaku berbahan dasar minyak nabati (bioplastik) telah digunakan, baik dalam perangkat industri maupun transportasi; suku cadang mobil dan suku cadang dirgantara.

Komponen elektronik telepon seluler, komputer, perangkat audio dan video juga telah diproduksi dari bioplastik.

-Pertanian

Hidrogel bioplastik, yang menyerap dan menahan air serta dapat melepaskannya secara perlahan, berguna sebagai selimut pelindung tanah yang dibudidayakan, menjaga kelembapannya dan mendukung pertumbuhan perkebunan pertanian di daerah kemarau dan di musim hujan yang rendah.

Referensi

1. Álvarez da Silva L (2016). Bioplastik: memperoleh dan aplikasi polihidroksialkanoat. Fakultas Farmasi, Universitas Seville. Gelar di Farmasi. 36 hal.
2. Bezirhan-Arikan E dan H Duygu-Ozsoy (2015). Tinjauan: Investigasi Bioplastik. Jurnal Teknik Sipil dan Arsitektur 9: 188-192. De Almeida A, JA Ruiz, NI López dan MJ Pettinari (2004). Bioplastik: alternatif ekologis. Kimia Hidup, 3 (3): 122-133.
3. El-Kadi S (2010). Produksi bioplastik dari sumber yang tidak mahal. ISBN 9783639263725; VDM Verlag Dr. Müller Publishing, Berlin, Jerman. 145 hal.
4. Labeaga-Viteri A (2018). Polimer yang dapat terurai secara hayati. Pentingnya dan aplikasi potensial. Universitas Nasional Pendidikan Jarak Jauh. Fakultas Sains, Departemen Kimia Anorganik dan Teknik Kimia. Gelar Master dalam Ilmu dan Teknologi Kimia. 50 hal.
5. Ruiz-Hitzky E, FM Fernandes, MM Reddy, S Vivekanandhan, M Misra, SK Bhatia dan AK Mohanty (2013). Plastik biobased dan bionanokomposit: Status saat ini dan peluang masa depan. Prog. Polym. Sci.38: 1653-1689.
6. Satish K (2017). Bioplastik - klasifikasi, produksi dan aplikasi makanan potensinya. Jurnal Pertanian Bukit 8: 118-129.