Manufaktur aditif

Mendesain Beton Cetak 3D untuk Menyerap Lebih Banyak CO2

mm
Diterbitkan
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google

Batas Lingkungan Beton: Penggunaan Pasir dan Emisi CO₂

Beton telah menjadi bahan utama dalam konstruksi selama beberapa dekade terakhir, terutama di lingkungan perkotaan padat. Ia secara bertahap menggantikan bata, batu, dan kayu, berkat biaya rendah, kemudahan penggunaan, dan skalabilitasnya.

Namun, ia tidak tanpa masalah.

Pertama, produk ini jauh dari berkelanjutan dalam hal konsumsi sumber daya. Produk ini menggunakan pasir dalam jumlah sangat besar, hingga sejumlah laporan menyatakan bahwa dunia sedang “kehabisan pasir.”

Produksi semen juga merupakan kegiatan yang sangat intensif energi. Hampir seluruh energinya berasal dari bahan bakar fosil, sehingga produksi semen bertanggung jawab atas 8% emisi CO₂ dunia.

Angka ini sebanding dengan emisi mobil dan van, yang bertanggung jawab atas 10% emisi global. Karena itu, membuat beton lebih berkelanjutan akan memberikan dampak yang setara dengan mengalihkan semua mobil di dunia ke kendaraan listrik dan memasoknya hanya dengan energi hijau.

Namun, emisi ini juga dapat sebagian dikompensasi oleh fenomena yang disebut karbonasi, di mana bahan semen mengabsorpsi CO2 dari atmosfer.

Sebuah studi baru oleh peneliti di ETH Zurich (Swiss), University of Bath (UK), dan University of Manchester (UK) menyelidiki potensi beton cetak 3D untuk memiliki jejak karbon lebih rendah dibanding beton biasa dengan karbonasi lebih cepat. Untuk beton cetak yang dinilai di Tor Alva, para peneliti memperkirakan bahwa karbonasi dapat mengimbangi sekitar 21% jejak karbon awalnya selama 50 tahun.

Mereka menerbitkan temuan mereka dalam Cement and Concrete Research1, dengan judul “(Re)karbonasi: Peluang baru untuk beton cetak 3D yang berkelanjutan”.

Beton & CO2

Alasan utama beton menjadi segmen besar emisi karbon global adalah kalcinasi batu kapur (CaCO3), yang terurai menjadi CO2 dan oksida kalsium/kapur cepat (CaO). Kapur cepat kemudian segera bergabung dengan silika (SiO₂), alumina (Al₂O₃), dan oksida besi (Fe₂O₃) dari tanah liat atau shale untuk membentuk semen akhir.

“Bagian utama dari emisi ini (biasanya 60% [2]) disebabkan oleh kalcinasi batu kapur (CaCO3), yang terurai menjadi CO2 dan oksida kalsium (CaO), sebelum proses klinkerisasi yang berlangsung di tungku. Sisanya dari emisi CO2 semen terutama terkait dengan bahan bakar fosil yang diperlukan untuk energi termal.”

Emisi karbon ini dapat sebagian dikompensasi oleh langkah berikutnya, setelah semen digunakan untuk membuat struktur beton.

Dalam pasta semen yang telah mengeras, produk hidrasi yang mengandung Ca akan secara perlahan bereaksi dengan CO2 di udara, membentuk karbona kalsium, sehingga menyerap CO2.

“Dari perspektif keberlanjutan, reaksi pengikatan CO2 yang sama dapat disebut (re)karbonasi. Jumlah ini setara dengan sekitar 43% emisi CO2 yang terkait dengan produksi semen.”

Proses karbonasi ini, bagaimanapun, tidak tanpa kekurangan. Ia mengurangi alkalinitas larutan pori beton, yang pada gilirannya dapat merusak lapisan pasifasi yang ada pada penguatan baja. Hal ini dapat menyebabkan korosi baja, mengurangi umur layanan struktur beton bertulang biasa.

Hal ini dapat menjadi masalah serius bagi beton rendah karbon, karena mereka cenderung mengkarbonasi lebih cepat daripada semen Portland biasa.

Beton Cetak 3D

Menggunakan Contoh Nyata

Dalam konteks metode konstruksi baru menggunakan fabrikasi digital dengan beton, beton cetak 3D adalah teknologi yang paling meluas dan menjanjikan.

Untuk mengevaluasi jejak karbon nyata dari teknik ini, penulis studi ini mengembangkan metodologi untuk menilai Penilaian Siklus Hidup (LCA) dinamisnya. Mereka menggunakan menara “Tor Alva” cetak 3D di desa Mulegns, di Pegunungan Alpen Swiss, sebagai studi kasus nyata, dengan fokus pada kolom bercabang cetak 3D dan kupola.

Mereka pertama kali mengukur karbonasi dengan tiga pendekatan berbeda, satu menggunakan pengujian terakselerasi (menggunakan ruang karbonasi yang dijaga pada 4% CO2, 67% RH, dan 20 °C) dan dua menggunakan hasil karbonasi alami: pengukuran kedalaman karbonasi langsung dan kuantifikasi karbona/CO2 melalui analisis termogravimetri.

Menemukan Tingkat Karbonasi Nyata

Saat memproyeksikan efek karbonasi yang diamati, para peneliti menggunakan horizon waktu 50 tahun. Mereka juga membandingkan hasil struktur beton cetak 3D dengan struktur cetak di tempat dengan geometri luar yang serupa dan diproduksi dengan komposisi semen yang serupa.

Mereka menemukan bahwa di area beton yang mengkarbonasi, semua material yang tersedia bereaksi dan menyerap CO2.

“Di wilayah yang mengalami karbonasi, jumlah CO2 terikat berkisar antara 44.16 hingga 51 g CO2/100 g bahan pengikat terhidrasi. Angka yang lebih tinggi menunjukkan bahwa CO2 yang tersedia cukup untuk mendekalsifikasi seluruh kalsium silikat hidrat yang ada.”

Selanjutnya, pertanyaan yang perlu dijawab adalah seberapa banyak beton cetak 3D yang benar-benar akan menyerap karbon selama masa pakainya. Dengan menganalisis penetrasi proses karbonasi melalui pengujian dipercepat, para peneliti memperkirakan bahwa dalam 50 tahun, 86% dari seluruh mortar cetak yang digunakan pada menara tersebut akan mengalami karbonasi. Jumlahnya mencapai 32 m3 beton cetak yang terkarbonasi.

Saat hasil ini dibandingkan dengan pengukuran karbonasi alami, pengukuran langsung kedalaman karbonasi menghasilkan angka serupa (89%). Berbagai metode tersebut menghasilkan perkiraan tingkat karbonasi yang berbeda, tetapi persentase itu tidak secara langsung mengukur total penyerapan CO₂. Para peneliti menjelaskan bahwa indikator pH dapat melewatkan penyerapan dalam jumlah besar sebelum warna material berubah. Analisis termogravimetri mengukur penyerapan secara langsung dan mendukung perkiraan bahwa jejak karbon beton cetak berkurang 21%, dibandingkan dengan 14% berdasarkan pengukuran pH untuk karbonasi alami.

Dibandingkan dengan struktur cor di tempat, jejak karbon Tor Alva lebih rendah berkat penggunaan beton yang 25% lebih sedikit serta karbonasi yang lebih baik.

“Meski menggunakan 25% lebih sedikit material bersifat sementisius, struktur beton cetak 3D (3DPC) dapat mengikat CO2 2,5 kali lebih banyak daripada struktur pembanding yang dicor di tempat (4,6 tCO2 untuk struktur cetak dan 1,9 tCO2 untuk struktur cor).”

Peningkatan Penyerapan Karbon

Studi ini menunjukkan bahwa karbonasi yang cepat dapat meningkatkan penyerapan karbon oleh beton sehingga secara signifikan mengurangi total emisi karbon sepanjang siklus hidup bangunan. Hal ini terutama berlaku untuk struktur beton tanpa tulangan baja dan beton cetak 3D, yang mengalami karbonasi lebih cepat.

Perlu dicatat pula bahwa siklus beku-cair, seperti yang terjadi di lokasi studi (Pegunungan Alpen Swiss), kemungkinan memengaruhi kondisi batas maupun sifat transportasi internal yang mengatur pergerakan kelembapan dan CO2.

Dalam praktiknya, beton cetak 3D di iklim yang lebih hangat mungkin dapat berfungsi sebagai penyerap karbon yang lebih baik. Namun, hal ini masih perlu dibuktikan melalui penelitian lebih lanjut.

“Pembekuan air pori dapat menyumbat sebagian jaringan pori sehingga mengurangi transportasi efektif dan memperlambat karbonasi. Hasil ini menunjukkan bahwa dampak suhu rendah—baik akibat penyumbatan pori sebagian, perubahan kondisi kelembapan, maupun kombinasi keduanya—perlu dipertimbangkan saat menjelaskan karbonasi dalam kondisi lingkungan semacam itu.”

Hal ini juga membuka perspektif baru tentang cara mengoptimalkan pencetakan beton 3D. Optimalisasi karbonasi dapat menjadi parameter tambahan dalam optimasi geometri struktur beton cetak 3D, dengan merancang permukaannya agar sebanyak mungkin terpapar karbonasi.

Ini bukan berarti beton cetak 3D merupakan metode konstruksi bebas karbon. Bahkan dengan karbonasi yang dioptimalkan, emisi selama kalsinasi dalam proses produksi semen tetap signifikan. Tentu saja, karbon yang diserap kembali selama 50 tahun akan tetap berkontribusi secara signifikan terhadap perubahan iklim selama masa tersebut.

Namun, jika emisi karbon ini ditangkap di tingkat pabrik semen, karbonasi yang terjadi kemudian pada bangunan beton dapat benar-benar mengubah infrastruktur tersebut menjadi penyerap karbon bersih, meskipun terbuat dari beton.

Beton cetak 3D lebih berpeluang mencapai tujuan itu lebih dahulu dengan menggabungkan geometri yang dioptimalkan, bahan pengikat rendah karbon, dan tulangan yang sesuai. Hal ini pada gilirannya dapat menjadi peluang bagi penyedia bahan konstruksi.

Berinvestasi dalam Teknologi Beton Canggih

CRH

CRH Grafik Harga

Sebagai salah satu produsen semen terkemuka di dunia, CRH akan berperan penting dalam menjadikan industri konstruksi berbasis semen lebih berkelanjutan. Perusahaan ini menempati peringkat #1 berdasarkan total volume bahan konstruksi yang dipasok di pasar AS dan Eropa.

Sumber: CRH

Perusahaan ini beroperasi di 28 negara dan 3.390 lokasi, mempekerjakan 78.500 orang, dengan CRH Americas menyumbang 65% dari penjualan globalnya. CRH juga merupakan perusahaan semen terbesar dengan selisih yang jauh, dan posisinya sebagai pemimpin semakin kokoh berkat akuisisi Arcosa baru-baru ini.

“Transaksi ini memperkuat posisi CRH sebagai pemimpin di sektor agregat di AS maupun di tingkat global, sekaligus meningkatkan eksposurnya ke sejumlah Wilayah Statistik Metropolitan (MSA) dengan pertumbuhan tercepat di AS.”

Sumber: CRH

CRH memperkirakan belanja infrastruktur yang kuat dari pemerintah negara-negara Barat akan membantu mengembangkan bisnisnya. Tren industrialisasi kembali dan pemindahan produksi manufaktur teknologi tinggi ke dalam negeri juga diperkirakan akan mendukung pertumbuhan.

CRH telah membuat kemajuan besar dalam keberlanjutan melalui serangkaian inisiatif:

  • Perusahaan ini merupakan pendaur ulang terbesar di Amerika Utara. Pada 2023, perusahaan mendaur ulang 43,9 juta ton limbah dan produk sampingan dari industri lain.
  • Pada 2023, perusahaan mengurangi emisi CO₂ sebesar 8% berkat penggunaan bahan bakar alternatif sebanyak 36% di pabrik-pabrik semennya.
  • Perusahaan menargetkan pengurangan emisi sebesar 30% pada 2030 (dibandingkan dengan emisi pada 2021).

CRH juga mendorong perubahan yang lebih mendasar di sektor ini. Terutama, perusahaan telah berinvestasi sebesar $75 juta di Sublime, perusahaan semen rendah karbon, bersama Holcim, raksasa beton Eropa.

Sublime Systems didirikan sebagai perusahaan rintisan dari MIT pada 2020 untuk menggunakan elektroliser dalam memproduksi semen pada suhu ruang, sehingga tanur yang boros energi dan bahan bakar fosil tidak lagi diperlukan. Teknologi ini juga memungkinkan penggunaan sumber kalsium sebagai bahan baku, sehingga mencegah pelepasan CO₂ dari batu kapur yang digunakan sebagai bahan baku.

Fasilitas komersial pertama Sublime di Holyoke diperkirakan akan dibuka paling cepat pada 2026. Jika terbukti berhasil, fasilitas ini dapat menjadi terobosan besar bagi industri semen dan membuka jalan bagi produksi beton rendah emisi dalam skala besar.

CRH juga berinvestasi di sejumlah perusahaan rintisan lain yang bergerak di bidang dekarbonisasi dan keberlanjutan:

  • €23,7 juta di Cool Planet Technologies, yang mengembangkan solusi penangkapan karbon bagi industri yang selama ini sulit didekarbonisasi.
  • Investasi sebesar $34,7 juta dari CRH dan investor lainnya di Carbon Upcycling Technologies, yang menggunakan solusi mineralisasi bertenaga listrik sepenuhnya untuk menyimpan CO₂ secara permanen dalam produk sampingan industri dan mineral, seperti semen, plastik, produk konsumen, pupuk, dan obat-obatan.
  • AICrete, sebuah platform “resep sebagai layanan” yang bekerja sama dengan produsen beton setempat untuk mengoptimalkan penggunaan bahan lokal dan meminimalkan jumlah semen yang digunakan melalui analisis AI, sehingga mengurangi jejak CO₂ sekaligus biaya produksi beton.
  • Pendanaan Seri B FIDO AI ditujukan bagi sebuah perusahaan rintisan yang menggunakan AI untuk mengurangi konsumsi air dan meningkatkan penghematan air.

Terakhir, CRH juga berinvestasi dalam pencetakan beton 3D (3DCP) melalui anak perusahaannya, Amerimix.

Secara keseluruhan, CRH merupakan perusahaan terkemuka yang menguntungkan di industri beton dan konstruksi, serta sangat aktif mempersiapkan industri ini menghadapi dekarbonisasi. Upaya tersebut dilakukan secara langsung di fasilitas yang sudah ada dan dengan menjadi penyedia modal utama bagi perusahaan rintisan inovatif yang menciptakan teknologi generasi berikutnya untuk produksi semen dan beton, termasuk teknologi dekarbonisasi dan pencetakan 3D.

Berita dan Perkembangan Terbaru Saham CRH (CRH)

Studi yang Dirujuk

1. Lucas Nascimento de Lima. (Re)karbonasi: Peluang baru untuk beton cetak 3D yang berkelanjutan. Cement and Concrete Research. Desember 2026. Artikel: 108411. Volume 210. 10.1016/j.cemconres.2026.108411

mm

Jonathan adalah mantan peneliti biokimia yang bekerja dalam analisis genetik dan uji klinis. Ia kini menjadi analis saham dan penulis keuangan dengan fokus pada inovasi, siklus pasar, dan geopolitik dalam publikasinya 'The Eurasian Century'.