Dinding sel jerami mengandung selulosa, polimer alami paling melimpah di Bumi, yang memberikan kekakuan struktural pada tumbuhan.

Beijing, China (Xinhua/Indonesia Window) – Bayangkan sebuah masa depan di mana tumpukan jerami di ladang setelah panen diubah menjadi material yang sangat kuat dan ringan untuk jam tangan pintar (smartwatch), perangkat medis, atau kemasan ramah lingkungan. Masa depan itu mungkin tidak jauh lagi.

Para peneliti di Institut Teknologi dan Rekayasa Material Ningbo (Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering/NIMTE) di bawah naungan Akademi Ilmu Pengetahuan China (Chinese Academy of Sciences/CAS) telah berhasil mengekstrak nanomaterial dua dimensi (2D) baru secara langsung dari jerami tanaman biasa, membuktikan bahwa ‘harta karun tersembunyi’ sebenarnya sudah ada di depan mata di ladang-ladang di seluruh negara itu.

Terobosan yang dipublikasikan dalam jurnal SusMat ini membuka jalan yang hemat biaya dan ramah lingkungan untuk mengubah limbah pertanian menjadi material hijau bernilai tinggi, menurut siaran pers NIMTE pada Rabu (22/4).

Pencapaian ini memiliki arti yang sangat penting dalam mendorong pengembangan material baru ramah lingkungan, meningkatkan pemanfaatan sumber daya biomassa secara efisien, serta mendukung pembangunan berkelanjutan, menurut tim peneliti.

Jerami tanaman tersedia secara luas. Dinding selnya mengandung selulosa, polimer alami paling melimpah di Bumi, yang memberikan kekakuan struktural pada tumbuhan. Produksinya secara global mencapai ratusan miliar ton setiap tahun, menjadikannya sumber daya hijau yang hampir tak ada habisnya.

Selama bertahun-tahun, para ilmuwan hanya mampu memecah selulosa menjadi nanoserat satu dimensi. Namun, dinding sel tanaman tersusun seperti lapisan blok bangunan yang ditata rapi, sehingga memunculkan pertanyaan penting: apakah selulosa juga dapat hadir dalam bentuk nanostruktur dua dimensi yang datar menyerupai lembaran?

Tantangan yang selama ini dihadapi adalah bagaimana mengekstraknya. Metode kimia konvensional, seperti asam kuat, atau penggilingan mekanis sering kali merusak struktur 2D yang rapuh sebelum dapat dipulihkan.

Peneliti NIMTE memecahkan masalah ini dengan merancang sepasang ‘gunting presisi’, yakni sebuah katalis padat baru yang tersusun dari ion-ion yang disusun secara cermat, untuk membuka struktur tersebut.

Teknik baru ini menggunakan cairan ionik untuk menyusup di antara lapisan-lapisan molekul. Dengan bantuan asam fosfotungstat, katalis secara perlahan memutus ikatan hidrogen yang menyatukan lapisan selulosa, melepaskan lembaran nano (nanosheet) 2D utuh tanpa merusak struktur internalnya.

"Teknologi ini memiliki dua keunggulan utama," kata Na Haining, peneliti NIMTE dalam riset tersebut. "Pertama, teknologi ini bekerja dalam kondisi ringan. Tidak diperlukan suhu tinggi atau tekanan tinggi. Kedua, teknologi ini memiliki efisiensi konversi yang tinggi dan memanfaatkan sepenuhnya bahan biomassa."

Yang lebih penting lagi, metode ini juga dapat diterapkan secara luas dalam berbagai skenario, dapat digunakan pada selulosa kapas, selulosa kayu, selulosa bakteri, dan lain sebagainya, imbuh Na.

Selain manfaat praktis, penelitian ini memberikan bukti mendasar bahwa selulosa alami memang mengandung struktur 2D asli.

"Hal ini memperdalam pemahaman kita tentang arsitektur berlapis selulosa dan membuka arah yang sepenuhnya baru untuk mengubah biomassa menjadi material berkinerja tinggi serta memperluas penerapan barunya," kata Zhu Jin, ketua tim di NIMTE. 

Laporan: Redaksi