Resin epoksi banyak digunakan di berbagai industri karena sifat uniknya, seperti ketahanan, kemampuan isolasi, dan kekuatan ikatnya dengan bahan lain. Bahan tersebut penting dalam pembuatan berbagai produk, mulai dari bahan bangunan dan perangkat elektronik hingga komponen pesawat dan bilah turbin angin. Namun, setelah produk-produk ini mencapai akhir siklus hidupnya, daur ulang resin epoksi menjadi tantangan besar karena sifatnya yang tahan lama, seperti plastik. Kebanyakan metode daur ulang saat ini memerlukan kondisi yang keras atau gagal untuk memulihkan komponen berharga. Namun, kemajuan terbaru membuka jalan yang menjanjikan untuk mendaur ulang resin epoksi menggunakan sistem katalis yang baru dikembangkan, yang dapat mereklamasi bahan berharga sambil mengurangi dampak lingkungan.
Apa Itu Resin Epoksi?
Resin epoksi adalah polimer termoset yang mengeras ketika dicampur dengan agen pengeras, menjadikannya sangat tahan lama. Resin ini sering digunakan dalam bahan komposit, yang dibuat dengan memperkuat epoksi dengan serat seperti kaca atau karbon untuk meningkatkan kekuatan dan kelenturannya. Aplikasi mereka berkisar dari pelapis dan perekat hingga komponen struktural di sektor-sektor seperti otomotif, konstruksi, dan dirgantara. Namun, daya tahan yang sama yang membuat resin epoksi sangat berguna juga berkontribusi pada kesulitan mendaur ulangnya. Setelah mereka mengeras menjadi bentuk padat, ikatan dalam resin ini sangat kuat, membuatnya hampir tidak dapat dipecah menggunakan metode konvensional.
Baca juga: Cara Mengeraskan Resin dengan Hardener: Panduan Praktis, Waktu Pengerasan, dan Penggunaan Vacuum
Tantangan Daur Ulang Komposit Epoksi
Metode daur ulang tradisional, seperti pirolisis (memanaskan bahan untuk memecahnya) atau dekomposisi oksidatif (menggunakan bahan kimia seperti hidrogen peroksida), bisa efektif namun memiliki banyak kekurangan. Suhu yang tinggi, misalnya, dapat merusak serat yang tertanam dalam resin, sehingga sulit untuk menggunakan kembali bahan berharga seperti serat kaca dan karbon. Selain itu, beberapa proses ini menggunakan bahan kimia yang berbahaya yang meningkatkan beban lingkungan. Akibatnya, banyak produk komposit epoksi berakhir di tempat pembuangan sampah, berkontribusi pada sampah plastik dan polusi lingkungan.
Mengingat peningkatan permintaan bahan ringan di sektor seperti kendaraan listrik dan energi terbarukan (misalnya, bilah turbin angin), menemukan cara yang efisien untuk mendaur ulang komposit epoksi menjadi semakin penting. Daur ulang bahan-bahan ini dapat memberikan kontribusi signifikan terhadap ekonomi sirkular, di mana produk dan bahan terus digunakan kembali dan didaur ulang, sehingga meminimalkan limbah dan mengurangi kebutuhan akan sumber daya baru.
Katalis Terobosan untuk Daur Ulang Resin Epoksi
Tim peneliti dari University of Tokyo, yang dipimpin oleh Profesor Madya Xiongjie Jin dan Profesor Kyoko Nozaki, telah membuat terobosan signifikan dengan mengembangkan sistem katalis baru yang memungkinkan daur ulang resin epoksi secara efisien. Kunci dari inovasi ini terletak pada penggunaan katalis padat bimetalik, yang mengandung dua logam—nikel dan paladium—yang didukung oleh oksida serium. Katalis ini menunjukkan janji dalam memecah ikatan kuat dalam resin epoksi pada suhu yang jauh lebih rendah dibandingkan metode tradisional, menawarkan solusi yang lebih hemat energi dan ramah lingkungan untuk daur ulang.
Katalis ini bekerja dengan memfasilitasi proses yang disebut “hidrogenolisasi,” di mana hidrogen digunakan untuk memecah ikatan karbon-oksigen dalam resin epoksi. Proses ini menguraikan resin menjadi bahan-bahan berharga seperti serat karbon dan kaca, serta senyawa fenolik, yang merupakan bahan baku penting di industri kimia. Apa yang membedakan katalis ini adalah kemampuannya untuk digunakan kembali beberapa kali tanpa penurunan kinerja yang signifikan, menjadikannya solusi yang hemat biaya untuk aplikasi skala besar.
Bagaimana Katalis Ini Bekerja?
Katalis bimetalik terdiri dari nikel dan paladium, yang bekerja sama untuk memediasi reaksi antara resin epoksi dan gas hidrogen. Penopang katalis terbuat dari oksida serium, yang meningkatkan reaksi dengan menyediakan permukaan yang stabil untuk logam-logam tersebut. Katalis ini dapat beroperasi dalam kondisi yang relatif ringan—pada suhu sekitar 180°C—jauh lebih rendah daripada 500°C yang dibutuhkan oleh metode pirolisis tradisional. Hal ini menjadikan prosesnya jauh lebih efisien secara energi, sambil memastikan bahwa serat berharga dan bahan lainnya tetap utuh dan dapat digunakan kembali.
Hasil eksperimen dari tim peneliti menunjukkan bahwa katalis ini dapat secara efektif menguraikan resin epoksi menjadi komponen dasarnya, dengan hasil yang tinggi dari serat karbon yang dipulihkan, serat kaca, dan senyawa fenolik. Selain itu, katalis ini dapat digunakan kembali setidaknya lima kali tanpa penurunan kinerja yang signifikan, menjadikannya pilihan yang layak untuk aplikasi skala besar.
Manfaat Lingkungan dan Ekonomi dari Katalis Baru
Salah satu keuntungan paling signifikan dari katalis baru ini adalah potensinya untuk mengurangi dampak lingkungan dari pembuangan resin epoksi. Dengan memulihkan bahan berharga seperti serat karbon dan kaca serta senyawa fenolik, proses daur ulang mengurangi kebutuhan akan bahan mentah baru, yang sangat penting untuk mempromosikan keberlanjutan. Selain itu, kemampuan untuk mendaur ulang resin epoksi pada suhu yang lebih rendah dengan lebih sedikit bahan kimia berarti bahwa jejak lingkungan dari proses daur ulang jauh lebih kecil dibandingkan dengan metode tradisional.
Secara ekonomi, katalis ini menawarkan solusi yang lebih hemat biaya untuk daur ulang, karena dapat digunakan kembali beberapa kali, mengurangi kebutuhan akan katalis baru di setiap siklus daur ulang. Meskipun katalis tim peneliti saat ini masih mengandung logam-logam berharga seperti paladium, perkembangan di masa depan dapat menggantinya dengan logam yang lebih melimpah dan lebih murah, yang lebih lanjut menurunkan biaya.
Tantangan dan Perkembangan di Masa Depan
Meskipun hasilnya menjanjikan, tim peneliti mengakui bahwa masih ada ruang untuk perbaikan. Misalnya, pelarut yang digunakan dalam proses saat ini mungkin memiliki dampak lingkungan yang lebih besar, dan upaya sedang dilakukan untuk mengeksplorasi pelarut alternatif yang lebih ramah lingkungan. Selain itu, meskipun katalis ini telah terbukti efektif untuk memecah resin epoksi, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk meningkatkan skalabilitas dan efisiensinya untuk penggunaan komersial.
Tim juga bekerja untuk menggantikan paladium yang berharga dengan logam yang lebih umum untuk membuat katalis ini lebih terjangkau. Jika berhasil, hal ini dapat membuka pintu untuk adopsi luas metode daur ulang ini di berbagai industri, terutama yang sangat bergantung pada komposit epoksi, seperti sektor otomotif dan dirgantara.
Kesimpulan
Pengembangan katalis baru untuk mendaur ulang resin epoksi menandai langkah besar maju dalam mengatasi masalah sampah plastik yang semakin meningkat. Dengan secara efisien menguraikan resin epoksi menjadi komponen berharga dengan biaya energi yang lebih rendah, teknologi terobosan ini menawarkan solusi ramah lingkungan dan ekonomis untuk daur ulang bahan-bahan yang sebelumnya dianggap “tak dapat didaur ulang.” Seiring berjalannya waktu dan proses ini disempurnakan, kita dapat mengharapkan teknologi ini memainkan peran penting dalam menciptakan ekonomi yang lebih berkelanjutan dan sirkular, di mana bahan terus digunakan kembali, mengurangi ketergantungan kita pada sumber daya baru dan meminimalkan limbah.
Dengan potensi untuk merevolusi cara kita mendaur ulang resin epoksi dan komposit, inovasi ini bisa membuka jalan menuju masa depan di mana bahkan bahan yang paling tahan lama sekalipun dapat diberi kehidupan baru, berkontribusi pada planet yang lebih bersih dan lebih hijau.
Referensi:
[1] https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00384.html, diakses pada 19 Februari 2025
[2] Yanze Huang, Yukari Yamazaki, Katsutoshi Nomoto, Hiroki Miura, Tetsuya Shishido, Xiongjie Jin, Kyoko Nozaki. Bimetallic synergy in supported Ni–Pd catalyst for selective hydrogenolysis of C–O bonds in epoxy resins. Nature Communications, 2025; 16 (1) DOI: 10.1038/s41467-025-56488-4
