Calon Material Plastik Ramah Lingkungan dari Cangkang Kepiting, Masih Banyak PR untuk Bisa Dipakai

Liputan6.com, Jakarta - Masih banyak tempat yang tak bisa sepenuhnya melepaskan diri dari penggunaan kantong plastik. Tapi, penggunaan masif kantong plastik terbukti berdampak buruk pada lingkungan. Sebuah kandidat material plastik ramah lingkungan ditemukan lewat sebuah penelitian yang dilakukan Jie Wu, seorang mahasiswa pascasarjana teknik di Georgia Institute of Technology.

Riset dimulai dari mengidentifikasi pigmen pemutih alami pada sejenis kumbang putih. Eksoskeleton putih kumbang itu ternyata terbuat dari senyawa yang disebut kitin, sejenis karbohidrat yang juga ditemukan pada cangkang kepiting, udang, dan lobster.

Jie kemudian mengekstrak nanofiber kitin dari cangkang kepiting yang diperoleh dari limbah makanan yang secara kimiawi sama dengan yang ditemukan pada kumbang putih. Tetapi alih-alih menciptakan material putih seperti yang diinginkan, Jie menghasilkan film transparan yang padat.

Nanofiber lebih mudah tersusun dalam film yang padat daripada dalam struktur berpori yang diinginkan Jie. Dikutip dari The Conversation, Minggu, 22 Maret 2026, secara iseng, Jie mengukur laju oksigen yang melewati film tersebut. Hasilnya mengejutkan: penghalang tersebut memungkinkan lebih sedikit oksigen yang melewatinya daripada banyak plastik kemasan yang ada.

Penemuan tak terduga pada 2014 itu mengalihkan fokus tim mahasiswa teknik itu dari warna ke kemasan. Ia dan pembimbingnya, J Carson Meredith, seorang profesor teknik kimia dan biomolekuler, kemudian menggali kemungkinan kitin itu dalam menyaingi kinerja plastik biasa. 

Sejak saat itu, Jie dan Meredith menggunakan penemuan ini untuk menciptakan film yang dapat terurai secara hayati yang menawarkan alternatif yang lebih berkelanjutan dan efektif daripada kemasan plastik.

Kemasan plastik umumnya digunakan untuk melindungi makanan, obat-obatan, dan produk perawatan pribadi. Plastik ini mencegah masuknya kelembapan dan oksigen dari udara, sehingga produk tetap segar dan aman.

Sebagian besar kemasan memiliki beberapa lapisan yang bekerja bersama untuk mencegah masuknya udara, tetapi lapisan-lapisan ini menghambat upaya penggunaan kembali dan daur ulang. Akibatnya, sebagian besar kemasan penghalang plastik ini dibuang ke tempat pembuangan sampah sebagai bahan sekali pakai.

Banyak peneliti mencari alternatif yang dapat diperbarui, dapat terurai secara hayati, atau dapat didaur ulang, namun tetap efektif. Di Georgia Tech, tim mahasiswa dan peneliti pascadoktoral telah menghabiskan lebih dari satu dekade untuk mengatasi masalah ini. Perjalanan ini dimulai dengan kumbang itu.

Sementara itu, kitin banyak tersedia dalam limbah makanan dan jamur, dan digunakan dalam produk seperti filter air dan perban luka. Namun, upaya awal untuk meningkatkan skala teknologi film berdasarkan eksperimen yang terinspirasi oleh kumbang gagal.

Pada 2018, tim Georgia Tech membuat lompatan penting dengan menggunakan pelapisan semprot untuk membuat lapisan nanomaterial kitin dan selulosa. Selulosa, seperti kitin, adalah polimer karbohidrat – rantai unit karbohidrat yang berulang – dan diperoleh dari tumbuhan. Bahan-bahan alami yang melimpah ini bermuatan listrik yang berlawanan, yang menghasilkan kinerja penghalang yang lebih baik ketika kita menggabungkannya daripada masing-masing bahan secara terpisah.

Dalam pendekatan ini, tim menyemprotkan lapisan kitin, diikuti oleh lapisan selulosa. Muatan yang berlawanan antara kitin dan selulosa menciptakan daya tarik jarak jauh di antara keduanya yang mengikat lapisan untuk menciptakan antarmuka yang padat.

Kemudian, bekerja sama dengan Meisha Shofner, seorang ilmuwan material, dan Tequila Harris, seorang insinyur mesin, mahasiswa lain menunjukkan bahwa lapisan ini dapat diaplikasikan dengan teknik roll-to-roll yang dapat diskalakan. Metode pelapisan roll-to-roll lebih disukai di industri karena lapisan diaplikasikan secara kontinu pada gulungan besar bahan substrat, seperti kertas atau plastik biodegradable lainnya.

Namun, kelembapan menjadi tantangan utama, membatasi aplikasi di dunia nyata. Kelembapan menyebabkan film mengembang, memungkinkan lebih banyak oksigen masuk.

Pada 2024, Meredith dan kolaborator lainnya, Natalie Stingelin, menemukan bahwa dua komponen makanan umum menahan uap air ketika digabungka, yakni karboksimetilselulosa – yang ditemukan dalam es krim, misalnya – dan asam sitrat. Hasilnya adalah film yang menghambat transmisi kelembapan.

Asam sitrat bereaksi dengan selulosa untuk membentuk ikatan silang, yaitu sambungan kimia yang mengikat molekul selulosa. Setelah terikat, ikatan tersebut mengurangi penyerapan kelembapan film.

Kedua peneliti itu lalu mengintegrasikan penemuan baru ini dengan pekerjaan sebelumnya dengan menggabungkan asam sitrat dan selulosa, dan kemudian mencetak campuran ini sebagai film mandiri dengan melapisinya pada substrat, seperti kitin.

Namun, formulasi tersebut tidak memiliki sifat penghalang oksigen yang kuat karena tidak mengandung nanomaterial selulosa kristalin tinggi dari film pertama yang diciptakan. Pencapaian terbaru tim tersebut, dari Oktober 2025, menggabungkan inovasi di atas. Hasilnya, tim telah menciptakan film berbasis bio yang merupakan penghalang yang sangat baik terhadap oksigen dan kelembapan.

Ketika dicetak menjadi film tipis, komponen-komponen ini mengatur diri sendiri menjadi struktur padat yang tahan terhadap pembengkakan akibat uap air. Pengujian menunjukkan bahwa bahkan pada kelembapan 80 persen, film tersebut setara atau mengungguli plastik kemasan umum.

Material-material tersebut dapat diperbarui, dapat terurai secara hayati, dan dapat dikomposkan. Tim Georgia Tech kemudian mengajukan beberapa aplikasi paten, dan bekerja sama dengan mitra industri untuk mengembangkan penggunaan kemasan spesifik.

Tapi, pengaplikasiannya menghadapi tantangan soal terbatasnya pasokan komponen berbasis bio dibandingkan dengan volume plastik konvensional yang tinggi. Seperti halnya material baru lainnya, dibutuhkan waktu bagi produsen untuk mengembangkan rantai pasokan seiring dengan mulai digunakannya film-film tersebut.

Misalnya, permintaan pasar untuk kitin murni saat ini kecil, karena digunakan dalam aplikasi khusus, seperti perban luka dan penyaringan air. Karena beragam penggunaannya, kemasan dapat meningkatkan permintaan pasar tersebut.

Tantangan selanjutnya adalah peningkatan skala dari film eksperimental ke produksi industri, yang kemungkinan akan memakan waktu beberapa tahun. Tim sedang mengeksplorasi teknik pelapisan roll-to-roll dan bekerja sama dengan mitra industri untuk mengintegrasikan material ini ke dalam lini pengemasan yang ada.