Proses Baru yang Sederhana Menyimpan CO2 dalam Beton Sambil Mempertahankan Kekuatannya

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

Dengan menggunakan larutan berbasis air berkarbonasi — alih-alih air biasa — 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 membantu penyerapan CO2₂ dari atmosfer yang terus menghangat, ini juga menghasilkan beton dengan kekuatan dan daya tahan yang tak 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 emisi CO₂ emisi dari industri semen dan beton, yang bertanggung jawab atas 8% emisi gas rumah kaca global.

Studi ini dipublikasikan di Bahan Komunikasijurnal yang diterbitkan oleh Nature Portfolio.

“Industri semen dan beton memberikan kontribusi signifikan terhadap emisi CO2 yang disebabkan manusia.₂ “Emisi karbon dioksida,” kata Alessandro Rotta Loria dari Northwestern, yang memimpin penelitian tersebut. “Kami mencoba mengembangkan pendekatan yang menurunkan emisi karbon dioksida.”₂ emisi yang dihasilkan oleh industri-industri ini dan pada akhirnya dapat mengubah semen dan beton menjadi 'penyerap karbon' yang besar. Kita belum sampai di sana, tetapi sekarang kita memiliki metode baru untuk menggunakan kembali sebagian CO2₂ yang dipancarkan sebagai hasil 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 yang menggunakan CO₂ “Itu adalah bahan utama,” kata rekan penulis studi Davide Zampini, wakil presiden penelitian dan pengembangan global di CEMEX.

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

Keterbatasan proses sebelumnya

Beton, bagian integral dari infrastruktur, merupakan salah satu material yang paling banyak dikonsumsi di dunia — kedua setelah air. Untuk membuat beton dalam bentuk yang paling sederhana, pekerja mencampur air, agregat halus (seperti pasir), agregat kasar (seperti kerikil), dan semen, yang mengikat bahan-bahan tersebut menjadi satu. Sejak tahun 1970-an, para peneliti sebelumnya telah meneliti cara-cara untuk menyimpan CO₂ dalam beton.

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

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

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

Kekuatan yang tak kenal kompromi

Dalam pendekatan baru Northwestern, para peneliti memanfaatkan proses karbonasi beton segar. Namun, alih-alih menyuntikkan CO₂ saat mencampur semua bahan menjadi satu, mereka terlebih dahulu menyuntikkan CO₂ gas ke dalam air yang dicampur dengan sedikit bubuk semen. Setelah mencampur suspensi karbonat ini dengan sisa semen dan agregat, mereka memperoleh beton yang menyerap CO secara menyeluruh₂ selama proses pembuatan.

“Suspensi semen berkarbonasi 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 beton biasa.

“Keterbatasan umum dari pendekatan karbonasi adalah kekuatannya sering kali dipengaruhi oleh reaksi kimia,” katanya. “Namun, berdasarkan percobaan kami, kami menunjukkan bahwa kekuatannya sebenarnya mungkin lebih tinggi. Kami masih perlu mengujinya lebih lanjut, tetapi, setidaknya, kami dapat mengatakan bahwa kekuatannya tidak berubah. Karena kekuatannya tidak berubah, aplikasinya juga tidak berubah. Beton dapat digunakan pada balok, pelat, kolom, fondasi — semua hal 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 optimasi lebih lanjut dari CO2₂ penyerapan melalui pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme yang terkait dengan pemrosesan material,” 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, Bahan Komunikasi.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1038/s43246-024-00546-9

Studi ini didukung oleh CEMEX Innovation Holding Ltd.