Harnas.id, SURABAYA – Kebutuhan akan teknologi pengolahan limbah yang efektif dan ramah lingkungan terus meningkat seiring bertambahnya aktivitas industri dan domestik. Menjawab tantangan tersebut, Guru Besar ke-250 Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Prof. Dr. Eng. Kusdianto, ST, MSc Eng, mengembangkan material komposit berbasis seng oksida (ZnO) yang dirancang untuk membantu mengurai limbah cair sekaligus meningkatkan kualitas lingkungan.
Inovasi tersebut berangkat dari persoalan pencemaran perairan yang masih menjadi tantangan di berbagai daerah. Limbah yang mengandung senyawa organik kompleks sering kali sulit terurai secara alami, sehingga berpotensi menurunkan kualitas air dan menimbulkan dampak ekologis dalam jangka panjang.
Kusdianto menjelaskan bahwa berbagai metode pengolahan limbah yang digunakan saat ini belum selalu mampu menghilangkan seluruh kandungan pencemar secara optimal. Akibatnya, sebagian zat berbahaya masih dapat bertahan di lingkungan dan terakumulasi di badan air.
“Pengolahan yang tidak optimal menyebabkan akumulasi zat beracun di perairan tidak dapat didegradasi dengan baik,” jelasnya.
Guru Besar dari Departemen Teknik Kimia ITS itu kemudian mengembangkan pendekatan berbasis fotokatalis, yakni teknologi yang memanfaatkan energi cahaya untuk memicu reaksi kimia dalam menguraikan polutan organik.
Prinsip kerja teknologi tersebut menggunakan material semikonduktor yang mampu menghasilkan spesies oksidatif aktif ketika terkena cahaya. Senyawa aktif tersebut kemudian bekerja memecah polutan menjadi komponen yang lebih sederhana dan aman bagi lingkungan.
Menurut Kusdianto, penggunaan material semikonduktor seperti seng oksida (ZnO) dan titanium dioksida (TiO2) sebenarnya telah lama dikenal dalam teknologi fotokatalis. Namun, efektivitasnya masih menghadapi kendala akibat proses rekombinasi elektron dan hole yang berlangsung terlalu cepat sehingga menurunkan kemampuan degradasi polutan.
Selama ini, salah satu cara mengatasi kendala tersebut dilakukan dengan menambahkan logam mulia seperti perak (Ag) yang berfungsi sebagai penangkap elektron (electron acceptor). Meski efektif, proses pembuatannya relatif panjang dan membutuhkan beberapa tahapan tambahan.
Melihat kondisi tersebut, Kusdianto mengembangkan metode produksi yang lebih sederhana melalui teknik aerosol menggunakan flame spray pyrolysis dan spray pyrolysis.
Melalui metode ini, bahan baku cair dapat diubah menjadi partikel padat berukuran nano hanya dalam satu tahapan proses. Selain lebih efisien, teknik tersebut juga memberikan fleksibilitas dalam mengontrol temperatur reaktor dan karakteristik partikel yang dihasilkan.
“Kelebihannya terletak pada fleksibilitasnya, kita dapat mengontrol temperatur reaktor serta mengatur bentuk morfologi partikel material selama proses berjalan,” terangnya.
Dalam pengembangannya, seng oksida dipilih sebagai bahan utama karena memiliki karakteristik semikonduktor yang sesuai untuk proses fotokatalitik. Material ini juga relatif melimpah dan dapat diproduksi melalui pendekatan yang lebih ramah lingkungan.
Menariknya, proses sintesis yang dikembangkan memanfaatkan ekstrak tumbuhan, termasuk pohon jati, sebagai bagian dari metode green synthesis. Senyawa fenolik alami dari biomassa digunakan sebagai agen reduksi sekaligus penstabil dalam proses pembentukan material.
Selain memiliki karakter ramah lingkungan, komposit yang dihasilkan juga menawarkan fungsi ganda. Ketika seng oksida dikombinasikan dengan perak pada komposisi optimal sekitar lima persen, material tersebut tidak hanya efektif mengurai limbah tetapi juga memiliki kemampuan antibakteri.
Menurut Kusdianto, spesies oksidatif aktif yang terbentuk mampu merusak struktur sel bakteri sehingga mikroorganisme berbahaya dapat dinonaktifkan secara efektif.
“Secara umum, spesies oksidatif aktif yang dihasilkan akan langsung bekerja merusak dinding sel bakteri, sehingga sitoplasma bocor dan kuman mati,” ujarnya.
Melalui mekanisme fotokatalitik tersebut, berbagai senyawa pencemar organik dapat diuraikan menjadi air (H2O) dan karbon dioksida (CO2). Proses ini dinilai lebih ramah lingkungan karena tidak memerlukan tambahan bahan kimia berbahaya dan tidak menghasilkan limbah baru selama pengolahan berlangsung.
“Proses pengolahan limbah tidak memerlukan tambahan pelarut kimia berbahaya juga tidak menghasilkan limbah dalam prosesnya,” imbuhnya.
Tidak hanya untuk pengolahan limbah cair, hasil riset tersebut juga dikembangkan untuk sektor ketenagalistrikan. Kusdianto merancang filter adsorber gas yang mampu menangkap emisi berbahaya seperti amonia (NH3) dan hidrogen sulfida (H2S) dari operasional pembangkit listrik.
Filter tersebut menggunakan kombinasi mekanisme fisisorpsi dan kemisorpsi untuk membantu menurunkan kadar emisi sebelum dilepaskan ke lingkungan.
“Sistem ini menggunakan teknik fisisorpsi dan kemisorpsi untuk memastikan pembuangan udara dan air memenuhi baku mutu lingkungan,” paparnya.
Hasil pengujian lapangan menunjukkan material komposit tersebut mampu bekerja secara optimal dengan memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber energi utama. Berdasarkan hasil penelitian, efisiensi degradasi polutan yang dicapai bahkan dilaporkan mendekati 100 persen.
Capaian tersebut mendorong upaya hilirisasi teknologi agar dapat diterapkan pada pengolahan limbah amonia di pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) maupun limbah zat warna pada industri tekstil berskala besar.
Selain aktif melakukan penelitian di ITS, Kusdianto juga menjalin kerja sama internasional dengan Prof. Manabu Shimada dari Hiroshima University, Jepang. Kolaborasi tersebut difokuskan pada pengembangan teknologi sintesis komposit TiO2-Ag melalui metode one-step process yang menggabungkan teknologi Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) dan Physical Vapor Deposition (PVD).
Ke depan, Kusdianto menilai pengembangan teknologi lingkungan membutuhkan kolaborasi lintas disiplin ilmu. Sinergi antara teknik kimia, teknik lingkungan, dan teknik elektro dinilai menjadi kunci dalam menghasilkan solusi yang aplikatif dan berkelanjutan.
Riset yang dikembangkannya juga sejalan dengan target Sustainable Development Goals (SDGs), khususnya tujuan ke-6 tentang air bersih dan sanitasi layak serta tujuan ke-12 mengenai konsumsi dan produksi yang bertanggung jawab.
Editor: IJS
