“Keajaiban Mutlak” – Metode Daur Ulang Baru Dapat Membantu Mengatasi Salah Satu Tantangan Iklim Terbesar di Dunia

Peneliti Cambridge telah mengembangkan metode inovatif untuk menghasilkan beton rendah emisi, yang berpotensi merevolusi industri konstruksi dan membantu upaya global untuk mencapai emisi nol bersih.

Para peneliti di Universitas Cambridge telah menciptakan metode untuk memproduksi beton rendah emisi dalam skala besar, sebuah terobosan yang dapat berdampak signifikan pada peralihan menuju emisi nol bersih. Metode ini, yang digambarkan oleh para peneliti sebagai “keajaiban mutlak”, memanfaatkan tungku busur listrik—yang biasa digunakan dalam daur ulang baja—untuk juga mendaur ulang semen, elemen utama beton yang mengandung banyak karbon.

Beton adalah material kedua yang paling banyak digunakan di dunia, setelah air, dan bertanggung jawab atas sekitar 7,5% total emisi CO₂ antropogenik. Cara yang terukur dan hemat biaya untuk mengurangi emisi beton sekaligus memenuhi permintaan global adalah salah satu tantangan dekarbonisasi terbesar di dunia.

Para peneliti Cambridge menemukan bahwa semen bekas merupakan pengganti yang efektif untuk fluks kapur, yang digunakan dalam daur ulang baja untuk menghilangkan kotoran dan biasanya berakhir sebagai produk limbah yang dikenal sebagai terak. Namun dengan mengganti kapur dengan semen bekas, produk akhirnya adalah semen daur ulang yang bisa digunakan untuk membuat beton baru.

Metode daur ulang semen yang dikembangkan oleh peneliti Cambridge dilaporkan dalam jurnal tersebut Alamitidak menambah biaya signifikan pada produksi beton atau baja dan secara signifikan mengurangi emisi dari beton dan baja, karena berkurangnya kebutuhan fluks kapur.

Pengujian dan Potensi Nol Emisi

Pengujian terbaru yang dilakukan oleh Materials Processing Institute, mitra dalam proyek tersebut, menunjukkan bahwa semen daur ulang dapat diproduksi dalam skala besar di tungku busur listrik (EAF), yang merupakan pertama kalinya hal ini dicapai. Pada akhirnya, metode ini dapat menghasilkan semen tanpa emisi, jika EAF didukung oleh energi terbarukan.

“Kami mengadakan serangkaian lokakarya dengan anggota industri konstruksi tentang bagaimana kita dapat mengurangi emisi dari sektor ini,” kata Profesor Julian Allwood dari Departemen Teknik Cambridge, yang memimpin penelitian tersebut. “Banyak ide hebat yang muncul dari diskusi tersebut, namun satu hal yang tidak dapat atau tidak akan mereka pertimbangkan adalah dunia tanpa semen.”

Beton terbuat dari pasir, kerikil, air dan semen yang berfungsi sebagai pengikat. Meski hanya sebagian kecil dari beton, semen bertanggung jawab atas hampir 90% emisi beton. Semen dibuat melalui proses yang disebut klinkering, di mana batu kapur dan bahan mentah lainnya dihancurkan dan dipanaskan hingga suhu sekitar 1.450°C dalam tungku pembakaran besar. Proses ini mengubah material menjadi semen, namun melepaskan CO₂ dalam jumlah besar saat batu kapur terdekarbonisasi menjadi kapur.

Tantangan dengan Bahan Alternatif

Selama dekade terakhir, para ilmuwan telah menyelidiki pengganti semen, dan menemukan bahwa sekitar setengah dari semen dalam beton dapat diganti dengan alternatif lain, seperti fly ash, namun alternatif ini perlu diaktivasi secara kimia oleh sisa semen agar dapat digunakan. mengeras.

“Ini juga merupakan masalah volume – secara fisik kita tidak mempunyai cukup alternatif untuk memenuhi permintaan semen global, yang berjumlah sekitar empat miliar ton per tahun,” kata Allwood. “Kami telah mengidentifikasi dampak positif yang dapat membantu kita menggunakan lebih sedikit semen melalui pencampuran dan pencampuran yang cermat, namun untuk mencapai nol emisi, kita perlu mulai berpikir di luar kebiasaan.”

“Saya memiliki gambaran yang samar-samar dari penelitian sebelumnya bahwa jika beton tua dapat dihancurkan, pasir dan batu dihilangkan, semen akan memanas, air akan hilang, dan klinker akan terbentuk kembali,” kata penulis pertama Dr. Cyrille. Dunant. , juga dari Departemen Teknik. “Pemandian logam cair akan membantu reaksi kimia ini, dan tungku busur listrik, yang digunakan untuk mendaur ulang baja, tampaknya merupakan kemungkinan yang kuat. Kita harus mencobanya.”

Foto produksi semen listrik pertama dalam tungku busur listrik di Materials Processing Institute, Inggris. Kredit: Institut Pengolahan Bahan

Proses klinker membutuhkan panas dan kombinasi oksida yang tepat, yang semuanya terdapat pada semen bekas, namun perlu diaktifkan kembali. Para peneliti menguji berbagai terak, yang terbuat dari limbah pembongkaran dan penambahan kapur, alumina, dan silika. Terak diproses di Institut Pengolahan Bahan EAF dengan baja cair dan didinginkan dengan cepat.

“Kami menemukan kombinasi klinker semen dan oksida besi merupakan terak pembuatan baja yang sangat baik karena berbusa dan mengalir dengan baik,” kata Dunant. “Dan jika Anda mendapatkan keseimbangan yang tepat dan mendinginkan terak dengan cukup cepat, Anda akan mendapatkan semen yang diaktifkan kembali, tanpa menambah biaya apa pun pada proses pembuatan baja.”

Semen yang dibuat melalui proses daur ulang ini mengandung kadar oksida besi yang lebih tinggi dibandingkan semen konvensional, namun para peneliti mengatakan hal ini memiliki pengaruh yang kecil terhadap kinerja.

Proses Semen Cambridge Electric telah mengalami kemajuan pesat, dan para peneliti mengatakan mereka dapat memproduksi satu miliar ton per tahun pada tahun 2050, mewakili sekitar seperempat produksi semen tahunan saat ini.

“Memproduksi semen tanpa emisi adalah sebuah keajaiban, namun kita juga harus mengurangi jumlah semen dan beton yang kita gunakan,” kata Allwood. “Beton murah, kuat dan dapat dibuat hampir di mana saja, namun kami menggunakan terlalu banyak beton. Kita bisa mengurangi jumlah penggunaan beton secara signifikan tanpa mengurangi aspek keselamatan, namun diperlukan kemauan politik untuk mewujudkannya.

“Selain menjadi terobosan bagi industri konstruksi, kami berharap Cambridge Electric Cement juga dapat menjadi bendera yang membantu pemerintah menyadari bahwa peluang inovasi dalam perjalanan kita menuju nol emisi tidak hanya terbatas pada sektor energi.”

Referensi: “Daur ulang semen Portland secara listrik dalam skala besar” oleh Cyrille F. Dunant, Shiju Joseph, Rohit Prajapati dan Julian M. Allwood, 22 Mei 2024, Alami.
DOI: 10.1038/s41586-024-07338-8

Para peneliti telah mengajukan paten pada proses tersebut untuk mendukung komersialisasinya. Penelitian ini sebagian didukung oleh Innovate UK dan Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), bagian dari UK Research and Innovation (UKRI).