KIMIA HIJAU / GREEN CHEMISTRY

Green Chemistry atau “kimia hijau” merupakan bidang kimia yang berfokus pada pencegahan polusi. Pada awal 1990-an, green chemistry mulai dikenal secara global setelah Environmental Protection Agency (EPA) mengeluarkan Pollution Prevention Act yang merupakan kebijakan nasional untuk mencegah atau mengurangi polusi. Green chemistry merupakan pendekatan untuk mengatasi masalah lingkungan baik itu dari segi bahan kimia yang dihasilkan, proses ataupun tahapan reaksi yang digunakan. Konsep ini menegaskan tentang suatu metode yang didasarkan pada pengurangan penggunaan dan pembuatan bahan kimia berbahaya baik itu dari sisi perancangan maupun proses. Bahaya bahan kimia yang dimaksudkan dalam konsep green chemistry ini meliputi berbagai ancaman terhadap kesehatan manusia dan lingkungan, termasuk toksisitas, bahaya fisik, perubahan iklim global, dan penipisan sumber daya alam.

Istilah kimia digunakan dalam “green chemistry” dimaksudkan karena melibatkan struktur dan perubahan suatu materi. Perubahan tersebut pasti melibatkan energi sebagai sumbernya. Oleh karena itu konsep green chemistry ini juga erat kaitannya dengan energi dan penggunaannya baik itu secara langsung maupun yang tidak langsung seperti penggunaan suatu material dalam hal pembuatan, penyimpanan dan proses penyalurannya.

Green chemistry merupakan pendekatan yang sangat efektif untuk mencegah terjadinya polusi karena dapat digunakan secara langsung oleh para ilmuwan dalam situasi sekarang. Konsep ini lebih memfokuskan pada cara pandang seorang peneliti untuk menempatkan aspek lingkungan pada prioritas utama. Area penelitian dalam bidang green chemistry ini meliputi pengembangan cara sintesis yang lebih ramah lingkungan, penggunaan bahan baku yang terbarukan, merancang bahan kimia yang green, serta penggunaan bioteknologi sebagai alternatif dalam industri (Sharma, 2008).

Anastas dan Warner (1998) mengusulkan konsep “The Twelve Principles of Green Chemistry” yang digunakan sebagai acuan oleh para peneliti untuk melakukan penelitian yang ramah lingkungan. Berikut adalah ke-12 prinsip kimia hijau yang diusulkan oleh Anastas dan Warner meliputi:

1. Mencegah timbulnya limbah dalam proses (Waste prevention)

Lebih baik mencegah daripada menanggulangi atau membersihkan limbah yang timbul setelah proses sintesis, karena biaya untuk menanggulangi limbah sangat besar. Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan (KLHK) menyebut total sampah nasional pada 2021 mencapai 68,5 juta ton. Dari jumlah itu, sebanyak 17 persen, atau sekitar 11,6 juta ton, disumbang oleh sampah plastik.

Direktur Jenderal Pengelolaan Limbah, Sampah, dan Bahan Beracun Berbahaya (PSLB3) KLHK, mengatakan sumbangan sampah plastik itu mengalami peningkatan dari tahun 2010. Pada tahun 2021 diperkirakan sampah Indonesia berjumlah 68,5 juta ton. Hal yang menarik adalah komposisi sampah nasional menunjukkan adanya kecenderungan peningkatan timbulan sampah plastik dari 11 persen di 2010 menjadi 17 persen pada 2021. https://www.cnnindonesia.com/nasional/20220225173203-20-764215/sampah-plastik-2021-naik-ke-116-juta-ton-klhk-sindir-belanja-online.

2. Pelarut dan Auxiliaries yang Lebih Aman (Safer Solvents and Auxiliaries)

Pengetahuan mengenai struktur kimia memungkinkan seorang kimiawan untuk mengkarakterisasi toksisitas dari suatu molekul serta mampu mendesain bahan kimia yang aman. Target utamanya adalah mencari nilai optimum agar produk bahan kimia memiliki kemampuan dan fungsi yang baik akan tetapi juga aman (toksisitas rendah). Caranya adalah dengan mengganti gugus fungsi atau dengan cara menurunkan nilai bioavailability. Untuk beberapa nutrisi seperti kalsium, ion atau ligan terkait memainkan peran yang sangat kecil dalam penyerapannya. Misalnya Garam kalsium seperti CaHPO₄, Ca₃(PO₄)₂, CaCO₃ dan kalsium sitrat, meskipun memiliki kelarutan dalam air berkisar antara 1,5 hingga 1800 mg/dl, pada dasarnya menunjukkan penyerapan fraksional yang sama ketika diuji pada manusia (Heaney 1990a). Banyak suplemen yang dibuat oleh produsen tentang keunggulan satu garam di atas yang lain, tetapi keadaan ini tidak bisa dipungkiri bahwa urin lebih menyukai ion sitrat ketimbang karbonan ataupun fosfat (Factors Influencing the Measurement of Bioavailability, Taking Calcium as a Model. The Journal of Nutrition, Volume 131, Issue 4, April 2001, Pages 1344S–1348S, https://doi.org/10.1093/jn/131.4.1344S)

3. Mendesain proses sintesis yang aman (Designing safer chemicals)

Metode sintesis yang digunakan harus didesain dengan menggunakan dan menghasilkan bahan kimia yang tidak beracun terhadap manusia dan lingkungan. Hal tersebut dapat dilakukan dengan dua cara yaitu meminimalkan paparan atau meminimalkan bahaya terhadap orang yang menggunakan bahan kimia tersebut. Produk kimia harus dirancang untuk mempengaruhi fungsi yang diinginkan sambil meminimalkan toksisitasnya. Aplikasi elektrokimia kini terus dikembangkan. Penelitian terhadap pembangkit energi alternatif terbarukan menjadi prioritas, karena kekhawatiran akan perubahan iklim yang terus meningkat. Sel bahan bakar mikroba (MFC) adalah salah satu jalan potensial untuk dieksplorasi, sebagai solusi parsial untuk memerangi ketergantungan yang berlebihan pada listrik berbasis bahan bakar fosil. Keterbatasan telah memperlambat kemajuan pengembangan MFC, termasuk pembangkit listrik yang rendah, bahan elektroda yang mahal, dan ketidakmampuan untuk meningkatkan MFC ke kapasitas yang relevan secara industri. Namun, pemanfaatan bahan elektroda canggih baru (yaitu bahan nano 2D), telah menjanjikan untuk memajukan bidang elektromikrobiologi. Bahan elektroda baru ditambah dengan pemahaman yang lebih menyeluruh tentang mekanisme di mana bakteri elektrogenik mengambil bagian dalam transfer elektron dapat secara dramatis meningkatkan output daya, berpotensi mencapai ekstremitas atas batas teoritis. Penelitian lanjutan baik elektrokimia dan mikrobiologi sangat penting untuk mencapai pengembangan skala industri MFC (Microbial fuel cells: An overview of current technology. Anthony J.Slate; Kathryn A.Whitehead; Dale A.C.Brownson; Craig E.Banks. The Journal of Renewable and Sustainable Energy Reviews Volume 101, March 2019, Pages 60-81)

4. Menggunakan bahan baku yang dapat terbarukan (Use of Renewable Feedstocks)

Penggunaan bahan baku yang dapat diperbarui lebih disarankan daripada menggunakan bahan baku yang tak terbarukan didasarkan pada alasan ekonomi. Bahan baku terbarukan biasanya berasal dari produk pertanian atau hasil alam, sedangkan bahan baku tak terbarukan berasal dari bahan bakar fosil seperti minyak bumi, gas alam, batu bara, dan bahan tambang lainnya. Bahan mentah atau bahan baku harus dapat diperbarui daripada menghabiskan bahan yang tak dapat diperbarui, yang secara teknis dan ekonomis dapat dilakukan

5. Menggunakan katalis (Catalysis)

Kedengaran seperti cukup asing, namun istilah katalis sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari khususnya pada produk yang digunakan dan konsumsi, misalnya:

• Platinum (Pt), atau Vanadium (V) pada knalpot kendaraan bermotor (mobil)  berperan sebagai katalis pada katalitik konverter untuk mengubah gas buang (pada knalpot) dari gas karbon monoksida (CO) menjadi gas karbon dioksida (CO₂).
• Nikel digunakan sebagai katalis pada proses hidrogenasi minyak sawit menjadi margarin.
• Ragi merupakan salah satu contoh katalis alami. Ragi mengandung enzim yang membantu mengubah dan mengembangkan adonan menjadi roti.
• Besi digunakan sebagai katalis dalam pembentukan ammonia. Ammonia adalah produk industri yang digunakan dalam pupuk, freon / refrigeran, pestisida, pewarna, dan plastik.

Penggunaan katalis memberikan selektifitas yang lebih baik, rendemen hasil yang meningkat, serta mampu mengurangi produk samping. Peran katalis sangat penting karena diperlukan untuk mengkonversi menjadi produk yang diinginkan. Dalam konteks green chemistry, penggunaan katalis berperan pada peningkatan selektifitas, mampu mengurangi penggunaan reagen, dan mampu meminimalkan penggunaan energi dalam suatu reaksi.

Namun demikian, katalis dalam industri sebagian besar digunakan dari logam berat. Menurut Kementrian Negara Kependudukan dan Lingkungan Hidup, memiliki sifat toksisitas dan dikelompokkan ke dalam 3 kelompok, yaitu :

1. Bersifat toksik tinggi yang terdiri dari atas unsur-unsur Hg, Cd, Pb, Cu, dan Zn.
2. Bersifat toksik sedang terdiri dari unsur-unsur Cr, Ni, dan Co.
3. Bersifat toKsik rendah terdiri atas unsur Mn dan Fe.

Oleh karena itu limbah katalis dari logam berat dikategorikan dalam Bahan Berbahaya dan Beracun (B3) dan pengelolaannya harus dilakukan sesuai dengan peraturan perundang-undangan yang berlaku. Universal Eco hadir untuk menawarkan solusi Pengolahan Limbah B3 seperti limbah katalis bekas yang bersumber dari berbagai kegiatan industri. Mari kelola limbah dan wujudkan Indonesia bebas limbah bersama Universal Eco.

6. Menghindari derivatisasi dan modifikasi sementara dalam reaksi kimia (Reduce Derivatives)

Derivatisasi yang tidak diperlukan seperti penggunaan gugus pelindung, proteksi/deproteksi, dan modifikasi sementara pada proses fisika ataupun kimia harus diminimalkan atau sebisa mungkin dihindari karena pada setiap tahapan derivatisasi memerlukan tambahan reagen yang nantinya memperbanyak limbah. Derivatisasi yang tidak perlu (penggunaan gugus pemblokiran, perlindungan / deproteksi, modifikasi sementara proses fisik / kimia) harus diminimalkan atau dihindari jika mungkin, karena langkah-langkah tersebut memerlukan reagen tambahan dan mengakibatkan pemborosan

7. Memaksimalkan atom ekonomi (Atom economy)

Metode sintesis yang digunakan harus didesain untuk meningkatkan proporsi produk yang diinginkan dibandingkan dengan bahan dasar. Konsep atom ekonomi ini mengevaluasi sistem terdahulu yang hanya melihat rendemen hasil sebagai parameter untuk menentukan suatu reaksi efektif dan efisiens tanpa melihat seberapa besar limbah yang dihasilkan dari reaksi tersebut.Atom ekonomi disini digunakan untuk menilai proporsi produk yang dihasilkan dibandingkan dengan reaktan yang digunakan. Jika semua reaktan dapat dikonversi sepenuhnya menjadi produk, dapat dikatakan bahwa reaksi tersebut memiliki nilai atom ekonomi 100%. Berikut adalah persamaan untuk menghitung nilai atom ekonomi :

Atom ekonomi (%) =     x100%

8. Sintesis bahan kimia rendah bahaya (Less hazardous chemical synthesis)

Penggunaan bahan kimia seperti pelarut, ekstraktan, atau bahan kimia tambahan yang lain harus dihindari penggunaannya. Apabila terpaksa harus digunakan, maka harus seminimal mungkin. Penggunaan pelarut memang sangat penting dalam proses sintesis, misalkan pada proses reaksi, rekristalisasi, sebagai fasa gerak pada kromatografi, dan lain-lain. Penggunaan yang berlebih akan mengakibatkan polusi yang akan mencemari lingkungan. Alternatif lain adalah dengan menggunakan beberapa tipe pelarut yang lebih ramah lingkungan seperti ionic liquids, flourous phase chemistry, supercritical carbon dioxide, dan“biosolvents”.Selain itu ada beberapa metode sintesis baru yang lebih aman seperti reaksi tanpa menggunakan pelarut ataupun reaksi dalam media air. Jika memungkinkan, metode sintetis harus dirancang untuk menggunakan dan menghasilkan zat yang memiliki sedikit atau tidak ada toksisitas/ potensi bahaya terhadap kesehatan manusia dan lingkungan.

9. Meningkatkan efisiensi energi dalam reaksi (Design for Energy Efficiency)

Energi yang digunakan dalam suatu proses kimia harus mempertimbangkan efek terhadap lingkungan dan aspek ekonomi. Jika dimungkinkan reaksi kimia dilakukan dalam suhu ruang dan menggunakan tekanan.Penggunaan energi alternatif dan efisien dalam sintesis dapat dilakukan dengan menggunakan beberapa metode baru diantaranya adalah dengan menggunakan radiasai gelombang mikro (microwave), ultrasonik dan fotokimia. Penggunaan energi dari proses kimia harus harus diminimalkan. Jika memungkinkan, metode sintetis harus dilakukan pada suhu dan tekanan rendah.

10. Mendesain bahan kimia yang mudah terdegradasi (Design for Degradation)

Bahan kimia harus didesain dengan mempertimbangkan aspek lingkungan, oleh karena itu suatu bahan kimia harus mudah terdegradasi dan tidak terakumulasi di lingkungan.Seperti sintesis biodegradable plastik, bioderadable polimer, serta bahan kimia lainya. Produk-produk kimia harus dirancang sedemikian rupa sehingga pada akhir fungsi mereka akan terurai menjadi produk degradasi yang tidak berbahaya dan tidak persisten di lingkungan

11. Penggunaan metode analisis secara langsung untuk mengurangi polusi (Real-time analysis for Pollution Prevention)

Metode analisis yang dilakukan secara real-time dapat mengurangi pembentukan produk samping yang tidak diinginkan.Ruang lingkup ini berfokus pada pengembangan metode dan teknologi analisis yang dapat mengurangi penggunaan bahan kimia yang berbahaya dalam prosesnya. Metodologi analitis perlu dikembangkan lebih lanjut untuk memungkinkan pemantauan dan pengendalian proses secara real- time

12. Meminimalisasi potensi kecelakaan (Inherently Safer Chemistry for Accident Prevention)

Bahan kimia yang digunakan dalam reaksi kimia harus dipilih sedemikian rupa sehingga potensi kecelakaan yang dapat mengakibatkan masuknya bahan kimia ke lingkungan, ledakan dan api dapat dihindari. Zat dan bentuk zat yang digunakan dalam proses kimia harus dipilih untuk meminimalkan potensi kecelakaan kimia, termasuk pelepasan ke lingkungan, ledakan, dan kebakaran

Penerapan ke-12 prinsip kimia hijau ini masih belum sepenuhnya dilakukan para kimiawan khususnya yang bergerak pada bidang sintesis dalam hal desain reaksi dan metode yang digunakan untuk mencegah seminimal mungkin terjadinya pencemaran lingkungan. Marilah kita mulai penelitian yang lebih berwawasan lingkungan dengan mempertimbangkan aspek green chemistry, agar generasi mendatang dapat hidup lebih baik.

Referensi :

Anastas, P.,dan Warner, J.C., 1998, Green Chemistry, Theory and Practice, Oxford University Press, Oxford.

Sharma, S.K., Chaudhary,A., dan Singh, R.V., 2008, Gray Chemistry Versus Green Chemistry: Challenges and Opportunities, Rasayan J.Chem., 1, 1, 68-92.