Teknologi Membuat Beton yang Lebih "Hijau"

Dalam skala industri, tercatat lebih dari 20 miliar ton beton diproduksi di seluruh dunia setiap tahunnya. Pembuatannya melalui proses manufaktur dan menyumbangkan 5 hingga 10 persen karbon dioksida ke emisi global.

Para insinyur di Rice University, Houston, Amerika Serikat, menciptakan beton yang lebih hijau atau ramah lingkungan. Ilmuwan menggunakan Fly Ash, yakni produk sampingan dari pembangkit listrik tenaga batu bara untuk menggantikan semen Portland.

Mereka mengembangkan pengikat komposit dari fly ash yang dapat menggantikan semen Portland dalam beton nantinya. Rouzbeh Shahsavari, ilmuwan material di Rice University mengatakan bahan baru ini tidak memiliki kapur dan ramah lingkungan.

Shahsavari mengembangkan material baru tersebut bersama dengan mahasiswa pascasarjana Sung Hoon Hwang. Setidaknya ada beberapa kelebihan dari temuan mereka.

Material baru ini tidak memerlukan pemrosesan semen Portland dengan suhu tinggi. Meski demikian hasil pengujian yang dilakukan menunjukkan bahwa beton baru ini memiliki kekuatan tekan yang sama setelah tujuh hari pengawetan.

Bahan baru ini juga cukup hanya membutuhkan sedikit sekali bahan kimia berbasis natrium yang digunakan untuk mengeraskan semen Portland. Hasil riset ini sendiri dilaporkan dalam Journal of American Ceramic Society.

Dalam skala industri, tercatat lebih dari 20 miliar ton beton diproduksi di seluruh dunia setiap tahunnya. Pembuatannya melalui proses manufaktur dan menyumbangkan 5 hingga 10 persen karbon dioksida ke emisi global. Jumlah tersebut hanya sedikit melebihi emisi rumah kaca yang dihasilkan oleh transportasi dan energi sebagai produsen terbesar gas rumah kaca.

Produsen sering menggunakan sejumlah kecil fly ash yang kaya akan silikon dan aluminium sebagai suplemen untuk semen Portland dalam beton. "Industri ini biasanya mencampurkan 5 hingga 20 persen fly ash ke dalam semen untuk membuatnya menjadi hijau, tetapi sebagian besar campurannya masih berupa semen," kata Shahsavari.

Upaya sebelumnya untuk sepenuhnya menggantikan semen Portland dengan senyawa fly ash membutuhkan sejumlah besar aktivator berbasis sodium mahal yang meniadakan manfaat lingkungan. "Dan pada akhirnya itu lebih mahal daripada semen," Shahsavari menambahkan.

Para peneliti menggunakan analisis Taguchi, metode statistik yang dikembangkan untuk mempersempit ruang fase besar - semua kemungkinan keadaan - dari komposisi kimia. Ini diikuti oleh optimasi komputasi untuk mengidentifikasi strategi pencampuran yang terbaik.

Hasilnya, menurut Shasvari, sangat meningkatkan kualitas struktural dan mekanis dari komposit yang disintesis. Lebih dari itu, juga menyebabkan keseimbangan optimal dari fly ash yang kaya kalsium, nanosilika dan kalsium oksida dengan kurang dari 5 persen dari aktivator berbasis natrium.

"Sebagian besar karya masa lalu berfokus pada apa yang disebut fly ash tipe F, yang berasal dari pembakaran batu bara antrasit atau bitumen di pembangkit listrik dan memiliki kandungan kalsium rendah," kata Shahsavari.

Tapi secara global, ada sumber signifikan dari batubara kelas bawah seperti batubara lignit atau sub-bituminus. Pembakaran ini menghasilkan kalsium tinggi, atau tipe C, fly ash, yang lebih sulit untuk diaktifkan.

"Pekerjaan kami menyediakan jalur yang layak untuk pengaktifan yang efisien dan hemat biaya dari jenis fly ash berkalsium tinggi ini, membuka jalan bagi pembuatan beton yang bertanggung jawab terhadap lingkungan. Pekerjaan di masa depan akan menilai properti seperti perilaku jangka panjang, penyusutan dan daya tahan," tambah Shahsavari.

Shahsavari menyarankan strategi yang sama dapat digunakan untuk mengubah limbah industri lainnya, seperti sekam padi menjadi bahan semen ramah lingkungan tanpa menggunakan semen.nik/berbagai sumber/E-6

Beton Ramah Lingkungan dari Residu Tebu

Para peneliti menukar abu jerami tebu, sisa panen tanaman yang biasanya dibuang sebagai limbah menjadi bahan pengganti untuk semen Portland. Teknologi ini menjadi bisa menjadi bahan dasar beton yang murah dan lebih sedikit mencemari lingkungan.

Selain memanfaatkan fly ash dari sisa pembakaran batu bara, sebuah riset kolaboratif yang di lakukan oleh ilmuwan juga mengembangkan jenis beton baru dari produk sisa limbah tebu, yakni abu jerami dari pohon tebu. Beton ini akan lebih efisien dari segi biaya.

Riset yang dilakukan oleh ilmuwan dari sejumlah kampus ini masih dalam skala laboratorium, namun hasil karya ini telah dipublikasikan dalam sebuah jurnal tentang Bahan Konstruksi dan Bangunan. Riset ini juga sekaligus merupakan bagian dari disertasi mahasiswa Brasil João Cláudio Bassan de Moraes, yang di arahkan oleh Mauro Tashima, dosen pembimbing sekaligus pengajar pada San Paolo State University (Unesp).

Jordi Payá, peneliti di Institut Sains dan Teknologi Beton (ICITECH) di Universitat Politècnica de València UPV, menjelaskan: "Memukul merobek batang tebu, membuang bagian atas dan daun sebagai limbah. Ini adalah bahan mentah yang kami kerjakan. jerami tebu," kata Paya.

Secara keseluruhan ada sekitar 650 juta ton tebu dipanen di Brasil setiap tahunnya. Dari jumlah tersebut, antara 15 dan 20 persen yang tersisa di lapangan dan dibakar atau dibiarkan membusuk secara alami. Sejauh ini, tim peneliti internasional telah berhasil memperoleh beton menggunakan semen Portland kurang dari 30 persen dan menggantikannya dengan abu yang diperoleh dari pembakaran jerami tebu.

"Semen itu sendiri adalah bahan beton yang paling mahal dan paling mencemari, yang membuat manfaat (metode baru ini) sama ekonomisnya dengan lingkungan. Kami juga memanfaatkan produk sampingan yang saat ini belum tereksploitasi, dengan semua manfaatnya. bahwa ini sangat diperlukan," kata Payá.

Proses

Untuk membakar limbah, peneliti UPV dan Unesp telah merancang burner pembakaran yang dipesan lebih dahulu, di mana bahan baku harus diberi perlakukan tertentu setelah prosedur yang ketat. "Melalui proses ini kami memperoleh abu yang sangat reaktif terhadap semen, kualitas yang sangat penting bagi kinerja mekanis beton yang dihasilkan, baik terhadap ketahanannya maupun terhadap kompresi, misalnya," ujar Payá.

Pekerjaan riset ini salah satunya telah difokuskan terutama pada analisis mikrostruktur dari beton. "Di laboratorium kami menganalisis senyawa kimia dari abu dan senyawa yang dihasilkan selama reaksi dengan semen, untuk menilai kinerja mereka dalam produk akhir mereka," jelas Payá.

Pekerjaan di masa depan, lanjut Paya, termasuk mempelajari indikator yang terkait dengan daya tahan massa dan rangka beton. Tim peneliti ICITECH juga mempelajari penggunaan limbah pertanian lainnya sebagai pengganti semen, termasuk limbah daun bambu.

nik/berbagai sumber/E-6