Proses Baru yang Sederhana Menyimpan CO2 dalam Beton Sambil Mempertahankan Kekuatannya

Sebuah tim di Universitas Northwestern telah mengembangkan proses produksi beton baru menggunakan air berkarbonasi untuk menyerap karbon dioksida, sehingga mencapai efisiensi penangkapan CO2 hingga 45%. Metode ini tidak hanya membantu mengurangi CO2 di atmosfer tetapi juga menghasilkan beton dengan kekuatan dan daya tahan yang lebih baik, sehingga menjadikannya solusi yang menjanjikan untuk menurunkan emisi dari industri semen dan beton. Kredit: Alessandro Rotta Loria/Universitas Northwestern

Beton berkarbonasi dapat membantu mengurangi emisi yang terkait dengan produksi semen.

Dengan menggunakan larutan berbasis air berkarbonasi — bukan air tenang — selama proses pembuatan beton, tim insinyur yang dipimpin Universitas Northwestern telah menemukan cara baru untuk menyimpan karbon dioksida (CO₂) dalam bahan konstruksi yang ada di mana-mana.

Proses baru ini tidak hanya dapat membantu menyerap CO2₂ dari atmosfer yang terus menghangat, hal ini juga menghasilkan beton dengan kekuatan dan daya tahan yang tidak tertandingi.

Dalam percobaan laboratorium, proses ini menghasilkan CO₂ efisiensi penyerapan hingga 45%, yang berarti hampir setengah dari CO₂ yang disuntikkan selama pembuatan beton ditangkap dan disimpan. Para peneliti berharap proses baru mereka dapat membantu mengimbangi CO₂ emisi dari industri semen dan beton, yang bertanggung jawab atas 8% emisi fuel rumah kaca international.

Studi ini dipublikasikan pada tanggal 26 Juni di Materi Komunikasijurnal yang diterbitkan oleh Nature Portfolio.

“Industri semen dan beton memberikan kontribusi yang signifikan terhadap emisi CO2 yang disebabkan oleh manusia₂ “Emisi karbon dioksida,” kata Alessandro Rotta Loria dari Northwestern, yang memimpin penelitian tersebut. “Kami mencoba mengembangkan pendekatan yang menurunkan emisi karbon dioksida₂ emisi yang dihasilkan oleh industri-industri tersebut dan pada akhirnya dapat mengubah semen dan beton menjadi 'penyerap karbon' yang besar. Kita belum sampai pada titik tersebut, namun sekarang kita memiliki metode baru untuk menggunakan kembali sebagian CO2₂ dipancarkan sebagai hasil dari produksi beton dengan bahan yang sama. Dan solusi kami sangat sederhana secara teknologi sehingga seharusnya relatif mudah diterapkan oleh industri.”

“Yang lebih menarik lagi, pendekatan untuk mempercepat dan menonjolkan karbonasi bahan berbasis semen ini memberikan peluang untuk merekayasa produk berbasis klinker baru di mana CO₂ “Menjadi bahan utama,” kata rekan penulis studi Davide Zampini, wakil presiden penelitian dan pengembangan international di CEMEX.

Rotta Loria adalah Asisten Profesor Teknik Sipil dan Lingkungan Louis Berger di McCormick College of Engineering, Northwestern. Penelitian ini merupakan hasil kerja sama antara laboratorium Rotta Loria dan CEMEX, perusahaan bahan bangunan international yang didedikasikan untuk konstruksi berkelanjutan.

Keterbatasan proses sebelumnya

Bagian yang tidak dapat dinegosiasikan dari infrastruktur, beton merupakan salah satu materials yang paling banyak dikonsumsi di dunia — kedua setelah air. Untuk membuat beton dalam bentuk yang paling sederhana, pekerja menggabungkan air, agregat halus (seperti pasir), agregat kasar (seperti kerikil), dan semen, yang mengikat semua bahan menjadi satu. Sejak tahun 1970-an, peneliti sebelumnya telah mengeksplorasi berbagai cara untuk menyimpan CO₂ di dalam beton.

“Idenya adalah semen sudah bereaksi dengan CO₂,” jelas Rotta Loria. “Itulah sebabnya struktur beton secara alami menyerap CO₂Namun, tentu saja, CO2 yang diserap₂ adalah sebagian kecil dari CO₂ dipancarkan dari produksi semen yang dibutuhkan untuk membuat beton.”

Proses penyimpanan CO₂ terbagi menjadi dua kategori: karbonasi beton yang sudah mengeras atau karbonasi beton segar. Dalam pendekatan yang sudah mengeras, blok beton padat ditempatkan ke dalam ruang-ruang yang mengandung CO₂ fuel disuntikkan pada tekanan tinggi. Dalam versi baru, pekerja menyuntikkan CO₂ fuel ke dalam campuran air, semen, dan agregat saat beton sedang diproduksi.

Dalam kedua pendekatan tersebut, sebagian CO2 yang disuntikkan₂ bereaksi dengan semen menjadi kristal kalsium karbonat padat. Namun, kedua teknik ini memiliki keterbatasan yang tidak dapat diatasi. Keduanya terhalang oleh rendahnya kadar CO₂ efisiensi penangkapan dan konsumsi energi yang tinggi. Lebih buruk lagi: Beton yang dihasilkan sering kali melemah, sehingga menghambat penerapannya.

Kekuatan yang tak terkompromikan

Dalam pendekatan baru Northwestern, para peneliti memanfaatkan proses karbonasi beton segar. Namun, alih-alih menyuntikkan CO₂ saat mencampur semua bahan menjadi satu, mereka pertama-tama menyuntikkan CO₂ fuel ke dalam air yang dicampur dengan sedikit bubuk semen. Setelah mencampur suspensi berkarbonasi ini dengan sisa semen dan agregat, mereka memperoleh beton yang benar-benar menyerap CO₂ selama proses pembuatannya.

“Suspensi semen yang dikarbonasi dalam pendekatan kami adalah cairan dengan viskositas yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan campuran air, semen, dan agregat yang biasanya digunakan dalam pendekatan saat ini untuk mengkarbonasi beton segar,” kata Rotta Loria. “Jadi, kami dapat mencampurnya dengan sangat cepat dan memanfaatkan kinetika reaksi kimia yang sangat cepat yang menghasilkan mineral kalsium karbonat. Hasilnya adalah produk beton dengan konsentrasi mineral kalsium karbonat yang signifikan dibandingkan dengan ketika CO₂ disuntikkan ke dalam campuran beton segar.”

Setelah menganalisis beton berkarbonasi mereka, Rotta Loria dan rekan-rekannya menemukan kekuatannya menyaingi daya tahan beton biasa.

“Keterbatasan umum pendekatan karbonasi adalah kekuatannya sering kali dipengaruhi oleh reaksi kimia,” katanya. “Namun, berdasarkan percobaan kami, kami menunjukkan kekuatannya mungkin sebenarnya lebih tinggi. Kami masih perlu mengujinya lebih lanjut, tetapi, paling tidak, kami dapat mengatakan bahwa kekuatannya tidak berubah. Karena kekuatannya tidak berubah, aplikasinya juga tidak berubah. Beton dapat digunakan pada balok, pelat, kolom, fondasi — semua yang saat ini kami gunakan untuk beton.”

“Temuan penelitian ini menggarisbawahi bahwa meskipun karbonasi bahan berbasis semen merupakan reaksi yang sudah dikenal, masih ada ruang untuk mengoptimalkan CO2 lebih lanjut₂ penyerapan melalui pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme yang terkait dengan pemrosesan materials,” kata Zampini.

Referensi: “Menyimpan CO2 sambil memperkuat beton dengan mengkarbonasi semennya dalam suspensi” oleh Xiaoxu Fu, Alexandre Guerini, Davide Zampini dan Alessandro F. Rotta Loria, 26 Juni 2024, Materi Komunikasi.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1038/s43246-024-00546-9

Studi ini didukung oleh CEMEX Innovation Holding Ltd.