Daur Ulang Masker Wajah dengan Filastruder: Solusi Berkelanjutan

Masker wajah, pertahanan pertama terhadap penyebaran COVID-19, alat sederhana yang dirancang untuk melindungi dari hirupan dan transmisi agen infeksi, telah mempengaruhi kehidupan miliaran orang di seluruh dunia.

Sejak pandemi global dimulai, penggunaan masker wajah telah menjadi keharusan dan dalam banyak kasus kewajiban, tetapi untuk semua kebaikan yang telah mereka lakukan, pengelolaan limbahnya mewakili tantangan ekologis monumental yang besar diabaikan untuk kepentingan yang lebih segera. Diperkirakan sekitar 129 miliar respirator telah digunakan setiap bulan di seluruh dunia, sebagian besar dirancang untuk sekali pakai. Mengurangi dampak alat pelindung diri (PPE) ini pada lingkungan kita adalah tantangan skala besar, karena masker dapat memerlukan lebih dari 400 tahun untuk terurai.

Menurut Konferensi PBB tentang Perdagangan dan Pembangunan, sekitar 75 % masker dan limbah terkait pandemi lainnya akan berakhir di tempat pembuangan sampah atau melayang di lautan kita. Karena mereka tidak dapat dibakar atau didaur ulang melalui sistem tradisional, apa yang seharusnya kita lakukan dengan mereka?

Tim peneliti di Universitas Bristol di Inggris tampaknya telah menemukan solusinya. Ide di balik inisiatif ini adalah mengumpulkan masker bedah dan mengubahnya menjadi bahan cetak 3D, yaitu filamen.

Dalam tes awal, tim menghubungi produsen PPE yang menyuplai 1 kg masker cacat (renggang atau hilang kawat hidung) terbuat dari polipropilena jenis IIR secara gratis. Masker tersebut adalah produk bedah yang tersertifikasi yang memenuhi standar EN14683: 2019 Type IIR.

Gambar 1: Masker yang disediakan untuk proyek. Sumber: Universitas Bristol.

Langkah pertama dalam proses, selain melepaskan pita elastis dari telinga dan folium logam apa pun yang mungkin ada di hidung, adalah memanaskan tumpukan masker di antara dua lembar kertas non-leleh dengan stryk.

Gambar 2: Masker diubah menjadi lembaran. Sumber: Universitas Bristol.

Ini menyebabkan mereka meleleh menjadi lembaran padat yang jauh lebih mudah dikerjakan dan mencegah tersumbatnya mesin penggerus. Lembaran yang dihasilkan dilewatkan melalui blender untuk menghasilkan pelet halus dari polipropilena biru yang cocok untuk proses ekstrusi.

Gambar 3: Pelet yang dihasilkan. Sumber: Universitas Bristol.

Sebelum melanjutkan ke langkah berikutnya, perlu diklarifikasi bahwa masker ditakarkan pada suhu tinggi yang menurut peneliti cukup untuk membunuh bakteri COVID-19 yang mungkin dan membersihkan bahan. Namun, yang mereka gunakan dalam proyek tidak pernah digunakan sebelumnya.

Dalam langkah ketiga, pelet akhirnya masuk ke mesin (mesin tarik kawat) yang mengubahnya menjadi filamen. Untuk mengubah bahan masker menjadi filamen yang dibutuhkan untuk printer 3D, peneliti menggunakan Filastruder, produk open source yang terus berkembang berkat komunitas pengguna yang berbagi desain dan konfigurasi mereka.

Gambar 4: Filastruder. Sumber: Filastruder.

Filastruder mampu memproduksi filamen sesuai permintaan dengan warna dan ukuran yang tepat untuk setiap proyek 3D. Operasinya sederhana, cukup atur suhu ekstrusi yang diinginkan, tunggu hingga tercapai di ekstruder, tambahkan pelet dan pewarna di hopper yang dipilih (bahkan dapat menjadi botol plastik) dan nyalakan motor gear untuk memulai ekstrusi. Untuk melakukan gulungan filamen dan memfasilitasi pemrosesan selanjutnya dengan printer 3D, opsi ideal adalah menggunakan Filawinder; dirancang khusus untuk pengguna Filastruder, yang secara otomatis menggulung filamen yang keluar dari mesin tarik.

Gambar 5: Filawinder. Sumber: Filastruder.

Disarankan untuk menempatkan Filastruder pada ketinggian 1,5 m dan membiarkan filamen menggantung dari sana, sehingga mendingin sebelum menyentuh tanah. Filastruder tidak boleh ditempatkan di tempat ada angin, karena ini akan menyebabkan filamen mengosilasi dan berubah bentuk.

Dalam kasus ini, tim memilih untuk memasang mesin secara vertikal dan mencetak hopper untuk bekerja dalam posisi ini. Nozzle mencapai 170 °C dan pelet yang melewatinya diubah menjadi filamen. Tim mencatat bahwa dalam tes pertama filamen hanya memiliki diameter rata-rata 1,5 mm, tetapi hasil menunjukkan bahwa dengan penyempurnaan lebih lanjut memungkinkan untuk mencapai diameter standar 1,75 mm, dalam toleransi yang wajar, jadi nozzle dimodifikasi (dibelur dari 1,75 mm menjadi 1,9 mm) dan mekanisme pakan yang lebih kuat dikembangkan untuk mendekati diameter target. Namun, dengan mengaktifkan pengali ekstrusi di perangkat lunak slicing, tim berhasil mencetak objek menggunakan filamen polipropilena tipis.

Gambar 6: Pasangan vertikal. Sumber: Universitas Bristol.

Polipropilena (PP) terkenal sulit dicetak secara 3D, karena tidak menempel dengan baik pada permukaan cetak umum. Namun, memiliki adhesi yang baik antara lapisan. Trik yang digunakan oleh ilmuwan ini adalah menggunakan kertas transparan biasa di dasar, karena seringkali juga terbuat dari PP. Dengan menggunakan metode ini, sangat mudah untuk mencetak 3D dengan stok filamen sederhana terbatas pada mesin cetak 3D murah. Dari sinilah masalah saat ini terletak pada produksi filamen dan bukan pada pencetakan 3D dengannya.

Gambar 7: Pieces yang dihasilkan. Sumber: Universitas Bristol.

Filamen yang diperoleh, yang digulung, mencapai panjang 7 meter. Pieces bahan yang terlihat dalam gambar yang disediakan oleh Universitas Bristol adalah hasil transformasi kurang dari seperti dari seluruh masker menjadi filamen.

Setelah mencapai hasil ini, para peneliti sekarang melihat tantangan baru, seperti kemampuan memproses bahan campuran dengan memproses masker dengan pegangannya dalam proses yang sama. Mereka juga mempertanyakan apakah pekerjaan dapat diotomatisasi secara besar-besaran atau apakah universitas akan dapat menciptakan ekonomi lingkaran mereka sendiri dan mengawasi distribusi, pengumpulan, dan daur ulang PPE.

Proyek seperti di Universitas Bristol juga dapat ditemukan di Spanyol.

Misalnya, sekelompok ilmuwan di Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) telah merancang sistem untuk merancang masker yang dibuat dari masker anti-covid yang digunakan. Masker memiliki lapisan serat polipropilena daur ulang dari masker bedah yang dibuang dan disterilkan dengan benar. Lapis pelindung oksida perak dan nanopartikel serium juga dimasukkan, karena fungsi antiviral dan antibakteri. Tujuannya adalah untuk mendapatkan produk yang melindungi, fungsional, inovatif dan berkelanjutan. Daur ulang masker wajah yang digunakan dan dibuang dimulai dengan sterilisasi autoklav mereka. Bahan kemudian digerus sedemikian sehingga pelet polipropilena diperoleh untuk pemrosesan lebih lanjut dan digunakan untuk menciptakan filamen plastik yang, menggunakan printer 3D, menghasilkan masker baru. Lapisan pelindung dengan ion oksida serium dan perak dapat diterapkan pada masker yang dicetak, yang meningkatkan perlindungannya terhadap bakteri. Selain dapat digunakan kembali, masker yang diproduksi dengan cara ini juga dapat didaur ulang menjadi masker baru, sehingga meminimalkan pembuatan limbah.

Dalam kasus FILMA, tim yang terdiri dari 4 orang muda, mereka membuat proyek untuk daur ulang masker bedah yang bertujuan untuk memberikan kehidupan kedua pada mereka dengan mengubahnya menjadi filamen untuk printer 3D yang dapat digunakan untuk menciptakan produk baru. Sebelum diubah menjadi filamen, masker melalui perawatan disinfectan. Bahan kemudian dipisahkan dan dikirim ke gergaji yang memotongnya menjadi potongan kecil. Potongan plastik ini dicampur dengan beberapa pelet plastik dan akhirnya dimasukkan ke dalam ekstruder yang melelehkan plastik, sehingga membentuk filamen. Selain produksi sendiri barang-barang dari filamen, bersama dengan merek lain, mereka merancang proses, kampanye dan produk berkelanjutan untuk memperkenalkan ekonomi lingkaran di perusahaan dan menunjukkan pada generasi baru komitmen mereka terhadap perubahan yang diperlukan untuk masa depan yang lebih baik.