Bisakah Beton Cetak 3D Menyelamatkan Lingkungan?

Beton selalu ada di sekitar kita. Dari rumah, kantor, dan gedung sekolah hingga toko, bendungan, jembatan, trotoar, dan jalan, beton membantu membangun struktur yang kita gunakan setiap hari. 

Ini bukan bahan baru sama sekali. Bahkan, catatan tertua tentang struktur beton berasal dari tahun 6500 SM di wilayah Suriah dan Yordania. Kemudian, tentu saja, ada orang Romawi yang menggunakan beton secara luas dalam konstruksi mereka. Dan kini, berabad-abad kemudian, banyak struktur tersebut masih berdiri megah hingga hari ini.

Selama bertahun‑tahun, penggunaan beton terus meningkat, dengan pasar beton global mencapai $687.2 billion pada tahun 2021. Diperkirakan akan tumbuh menjadi $821.6 billion pada tahun 2026, menunjukkan peran beton dalam kehidupan kita. 

Ekspansi ini didorong oleh pertumbuhan industri konstruksi serta peningkatan investasi dalam proyek konstruksi baru di seluruh dunia. Pertumbuhan ekonomi dan urbanisasi cepat juga berkontribusi pada meningkatnya permintaan untuk kompleks residensial dan komersial di seluruh dunia. Seiring kota tumbuh, kebutuhan akan infrastruktur meningkat, dan bersama itu, kebutuhan akan beton.

Meskipun kita tahu bahwa permintaan semen terus berlanjut, dan telah begitu selama berabad‑abad, mengapa bahan ini begitu populer sejak awal? Dan apakah semuanya baik? Nah, mari kita cari tahu!

Beton: Kebutuhan Berbahaya Dunia

Sebelum memahami apa yang membuat beton begitu berharga, mari lihat apa sebenarnya beton itu. Beton adalah campuran semen (atau kapur), air, dan agregat, yang merupakan sekumpulan partikel alami atau buatan seperti pasir, kerikil, atau batu hancur. 

Di sini, semen, yang merupakan campuran buatan kalsium, besi, silikon, dan aluminium, serta bahan lainnya, berfungsi sebagai bahan pengikat yang memberikan sifat pengerasan pada beton, sementara air mengaktifkan semen untuk membentuk material yang padat. 

Apa yang membuat material komposit ini begitu berharga adalah sifat‑sifatnya, termasuk kelenturan—kemampuan beton yang baru dicampur untuk dibentuk menjadi hampir semua bentuk—dan daya tahan—yang berarti dapat bertahan selama bertahun‑tahun. Material yang terjangkau ini juga dapat disesuaikan untuk memenuhi berbagai kebutuhan konstruksi.

Properti menarik lainnya dari beton meliputi kemudahan penggunaan, kekuatan, dan kemampuan menahan tidak hanya beban berat dan tekanan kompresi tetapi juga kondisi cuaca keras serta bencana alam seperti gempa bumi dan badai.

Selain itu, beton memiliki kemampuan menyimpan panas, tahan api, dan mudah diperbaiki jika terjadi kerusakan. Semua sifat ini menjadikan semen produk yang sangat berharga, sehingga penggunaannya melonjak tinggi.

Berbicara tentang kasus penggunaan beton, ia memiliki berbagai aplikasi dalam industri konstruksi. Beton sebenarnya adalah material konstruksi yang paling banyak digunakan di dunia setelah air. Beton digunakan untuk membangun bendungan, jembatan, jalan raya, bandara, jalan, kanal, reservoir, dan perkerasan, serta gedung residensial, kompleks komersial, dan struktur penahan beban lainnya.

Singkatnya, beton adalah material fundamental dalam konstruksi, memainkan peran penting dalam membentuk infrastruktur di sekitar kita. 

Namun itu bukan berarti beton hanya memiliki manfaat. Faktanya, beton sangat berbahaya. 

Sebagai permulaan, semen bertanggung jawab atas 1.6 billion metric tonnes karbon dioksida (CO2), yang merupakan sekitar 8% dari emisi CO2 global. Ketergantungan luas sektor konstruksi pada semen memperparah jejak karbonnya yang besar.

Sementara itu, produksi semen Portland biasa (OPC) bertanggung jawab atas 5% hingga 8% emisi CO2 antropogenik global. Ketika diperluas untuk semua aktivitas terkait konstruksi, penelitian terbaru menunjukkan gambaran mengkhawatirkan, dengan hampir 40% emisi CO2 terkait energi berasal dari sektor ini, yang mengonsumsi 36% energi akhir dunia.

Hal ini sangat mengkhawatirkan karena emisi CO2 diproyeksikan mencapai rekor tertinggi sebesar 37.41 GtCO2. Emisi CO2 juga merupakan penyebab utama pemanasan global, dan menurut IPCC, pemanasan global pada tingkat saat ini diperkirakan akan mencapai 1.5 °C di atas tingkat pra‑industri antara 2030 dan 2052.

Mengingat dampak lingkungan beton, sementara tingkat konsumsi tahunan mencapai 30 miliar ton dan diperkirakan terus meningkat, penting bagi semua orang, mulai dari inovator hingga organisasi dan pemerintah, untuk menghadapi masalah ini secara langsung.

Meningkatkan Konstruksi dengan Pencetakan 3D 

Beton, seperti yang kami sebutkan di atas, adalah kejahatan yang diperlukan karena meskipun memiliki beberapa manfaat besar dan penting bagi peradaban, beton sangat merusak planet, yang sudah menghadapi deforestasi, perubahan iklim, kehilangan keanekaragaman hayati, dan banyak lagi. 

Tambahkan beton ke dalam campuran, dan semuanya akan menjadi lebih buruk. Tetapi bagaimana jika ada cara untuk mengatasi dampak berbahaya dari material konstruksi populer ini? 

Nah, pertama, beton sedang berkembang untuk memenuhi kebutuhan dunia yang kompleks dan maju. Seperti yang kami bagikan sebelumnya, material maju seperti grafena dan rami semakin banyak digunakan dalam material konstruksi. Bahkan semen bebas karbon diproduksi dengan mengganti batu kapur atau menggunakan batu kapur berbasis bahan bakar fosil.

Ada solusi lain, yaitu pencetakan 3D. Betul! Metode yang sama yang digunakan untuk membuat seni, furnitur, dan produk konsumen lainnya, serta forensik, prostetik, dan operasi, juga mengubah permainan dalam konstruksi. 

Pencetakan 3D atau manufaktur aditif, yang melibatkan pembuatan objek tiga dimensi dari file digital dengan menumpuk lapisan material, telah mendapatkan banyak perhatian berkat manfaatnya seperti prototipe cepat, kustomisasi, penghematan biaya, pengurangan limbah material, mendorong inovasi, dan keberlanjutan. 

Teknologi ini kini digunakan dalam konstruksi, yang sebenarnya bukan hal baru, karena pencetakan 3D pertama kali digunakan dalam konstruksi beberapa dekade yang lalu. Namun, penggunaan pencetakan 3D telah tumbuh secara signifikan dalam beberapa tahun terakhir untuk mempercepat proses secara besar‑besar, mengoptimalkan penggunaan material, mengeksplorasi desain rumit dan struktur yang disesuaikan, memfasilitasi konstruksi jarak jauh, dan meningkatkan keselamatan.

Manfaat beragam pencetakan 3D lebih lanjut mencakup rantai pasokan yang lebih pendek karena konstruksi di lokasi dan penurunan signifikan bahaya tempat kerja karena berkurangnya kebutuhan tenaga kerja manual dalam operasi berisiko tinggi.

Tahun ini, kami benar‑benar melihat lingkungan tercetak 3D terbesar di dunia di Texas mendekati penyelesaian setelah dua tahun dalam konstruksi. Perusahaan konstruksi cetak 3D ICON berada di balik proyek ini.

Perusahaan swasta, ICON tidak hanya mencetak rumah tinggal tetapi juga terlibat dalam pertahanan dan konstruksi luar angkasa. Kurang dari satu dekade lalu, ICON mengumpulkan total $451 million, yang meningkatkan valuasinya menjadi sekitar $2 billion. Perusahaan ini sebenarnya dikontrak oleh NASA untuk membangun landasan pendaratan, tempat penampungan, dan struktur lainnya di Bulan sebagai bagian dari program eksplorasi Bulan Artemis.

In 2018, it built the first permitted 350-square-foot 3D‑printed home in the U.S., which only took two days. The house was built using concrete because, as ICO CEO Jason Ballard stated:

“It’s one of the most resilient materials on Earth.”

For its Texas community, the company is using its Vulcan printer, which is much like a regular desktop 3D printer, and pipes layer by layer. The difference with this Vulcan printer is that it is 45 feet wide and weighs 4.75 tons. 

Mengenai prosesnya, bubuk beton dicampur dengan pasir, air, dan bahan tambahan lainnya lalu dipompa ke dalam printer. Campuran beton kemudian dikeluarkan oleh nozzle ke atas kuas, yang membangun lapisan demi lapisan mengikuti jalur yang diprogram sebelumnya.

Printer robotik telah membangun 100 rumah cetak 3D dalam apa yang mereka sebut sebagai komunitas cetak 3D terbesar di dunia. Dengan pencetakan 3D yang lebih cepat, lebih murah, meminimalkan limbah material konstruksi, dan membutuhkan lebih sedikit pekerja, hal ini membawa “banyak efisiensi ke pasar perdagangan,” menurut perusahaan.

Namun ini baru permulaan, seperti yang terlihat dari pertumbuhan pasar konstruksi pencetakan 3D yang diperkirakan akan terjadi. Dengan nilai $5.5 billion last year, the global 3D printing construction market is projected to grow at a CAGR of 105.8% to reach a whopping $3.3 trillion by 2032. 

Angka-angka ini mungkin tampak luar biasa pada awalnya, tetapi seperti yang kami bagikan dalam artikel sebelumnya, pencetakan 3D dapat muncul sebagai solusi potensial untuk masalah serius kekurangan perumahan, yang menjadikan target triliun dolar menjadi kemungkinan nyata.

Mengingat minat besar pada konstruksi pencetakan 3D, masuk akal untuk memanfaatkan teknologi ini guna mengubah pasar konstruksi menjadi lebih baik. Dan itulah yang sedang dilakukan para ilmuwan dari Nanyang Technological University (NTU) Singapura.

Para peneliti melangkah lebih jauh dengan mencetak beton itu sendiri menggunakan pencetakan 3D. Untuk ini, mereka mengembangkan metode pencetakan beton 3D yang menangkap karbon, menampilkan cara baru untuk mengurangi dampak lingkungan industri konstruksi.

Klik di sini untuk mempelajari apakah pencetakan 3D dapat membantu kami mengatasi kekurangan perumahan.

Pencetakan 3D Beton yang Menangkap CO2

Awal bulan ini, ilmuwan NTU mempublikasikan penelitian mereka tentang penelitian mereka pada “Penangkapan dan penyimpanan karbon dengan pencetakan beton 3D terintegrasi CO2 dan uap in‑situ.”

Penelitian tersebut merinci metode inovatif yang bertujuan mengurangi jejak karbon semen secara signifikan dengan mengurangi penggunaan material, kebutuhan tenaga kerja, dan waktu konstruksi. 

Juga disarankan bahwa pembangunan berkelanjutan melalui pencetakan beton 3D dapat menambah pengurangan hingga 5% dalam penggunaan energi global. Manfaat lingkungan ini berpotensi setara dengan kemampuannya menyederhanakan proses konstruksi.

Namun, pencampuran CO2 dalam beton, seperti yang dilakukan studi terbaru, telah dilakukan sebelumnya dengan tujuan meningkatkan kualitas material dan membantu mengurangi dampak lingkungan negatif semen.

Studi awal telah menunjukkan perbaikan pada sifat mekanik beton melalui pencampuran batch langsung dengan CO2 dan memaparkan beton pada CO2 selama produksi dalam ruang karbonasi karena terbentuknya “selubung karbonasi.” 

Studi sebelumnya melaporkan peningkatan hampir 15 kali lipat pada resistensi penetrasi dan penyerapan karbon hingga 1.16% hanya dalam setengah jam pencampuran mortir dengan CO2. Penyesuaian proses pengerasan karbonasi dipercepat (ACC) lebih lanjut menunjukkan penyerapan karbon 1.98–25.5%.

Sementara penelitian tentang pencetakan beton 3D sebagian besar berfokus pada merancang campuran semen hijau untuk mengurangi jejak karbonnya, studi terbaru mencatat bahwa beberapa pihak telah mempertimbangkan pengembangan teknologi proses, khususnya untuk meningkatkan kapasitas penangkapan dan penyimpanan karbon (CCS) secara massal.

Penelitian tentang karbonasi material semen, terutama fokus minimal pada kedalaman, menurut peneliti, menjadi alasan mengapa implementasi skala mereka menimbulkan kekhawatiran validitas. Belum lagi, solusi CCS yang terbatas pada ruang menimbulkan batasan dalam hal perangkat keras dan konsumsi energi ketika diterapkan dengan 3DCP. Akibatnya, manfaat konstruksi yang dapat diskalakan, otomatis, dan di lokasi terkompromi.

Hal ini menciptakan kebutuhan untuk mengembangkan proses karbonasi buatan bagi pencetakan beton 3D yang melampaui teknik pengerasan tradisional.

Sebagai hasilnya, peneliti NTU mengembangkan proses baru untuk mempelajari efektivitasnya dalam menyerap karbon dioksida.

Teknologi yang baru dikembangkan melibatkan sistem berbasis ekstrusi dua langkah. Langkah pertama adalah menyuntikkan CO2 dan uap ke dalam beton yang sedang dicampur. Campuran kemudian secara langsung mengintegrasikan dan menyimpan CO2 dalam struktur beton. CO2 dan uap yang dimaksud ditangkap sebagai produk sampingan proses industri.

Pendekatan baru ini menunjukkan peningkatan 38.2% dalam penyerapan karbon massal, menawarkan cara lain untuk mencapai konstruksi tanpa karbon melalui pencetakan beton 3D.

Desain lampiran printhead proprietari, yang memfasilitasi penyuntikan teratur bahan tambahan gas dan cair, berupaya mengatasi masalah kritis terkait keberlanjutan lingkungan dalam konstruksi otomatis. Ini juga menangani kebutuhan set‑on‑demand, namun yang paling penting, kurangnya solusi CCS yang tersedia secara mudah dan kompatibel dengan pencetakan beton 3D.

Tidak hanya cara baru ini mengurangi jejak karbon semen, tetapi juga terbukti meningkatkan sifat mekanik beton. Hal ini, pada gilirannya, memberikan kekuatan besar pada struktur dibandingkan dengan beton cetak 3D tradisional.

Menurut makalah penelitian, integrasi CO2 dan uap menghasilkan peningkatan hingga 50% dalam kemampuan cetak 3D, 45.3% dalam kekuatan lentur, dan 36.8% dalam kekuatan tekan.

Para peneliti menyimpulkan bahwa sampel yang terpapar pencetakan terintegrasi CO2‑uap dan pengerasan terbuka memperoleh penyerapan karbon tertinggi. Menurut para peneliti:

“Solusi yang dipresentasikan menawarkan jalur menjanjikan menuju konstruksi tanpa karbon sambil memperluas opsi yang layak untuk CCS di luar metode pengerasan terbatas tradisional.”

Tim tersebut juga menyoroti optimasi konfigurasi pencetakan, desain campuran, dan penyuntikan gas buang untuk mengurangi limbah bahan baku karbon dioksida murni sebagai area potensial untuk penelitian di masa depan.

Perusahaan Investasi di Ruang Pencetakan 3D

Sekarang, mari kita lihat perusahaan publik yang terlibat dalam pasar pencetakan 3D, yang diperkirakan bernilai $17.5 billion in 2024 dan diproyeksikan tumbuh dengan CAGR 16.4% menjadi $37.4 billion dalam lima tahun ke depan, yang membuat kemajuan di sektor ini dan membantu mengubah dunia menjadi lebih baik.

1. Stratasys Ltd.

Stratasys adalah nama populer di ruang pencetakan 3D, dan menyediakan solusi di berbagai sektor. Teknologi dari perusahaan ini telah berkontribusi pada kemajuan bidang pencetakan 3D. 

Dengan kapitalisasi pasar sebesar $689.5 million market cap, Stratasys has its shares currently trading at $9.66, down 32.35% this year. The company has an EPS (TTM) of -1.32 and a P/E (TTM) of -7.30.

Untuk Q3 2024, Stratasys melaporkan pendapatan sebesar $140.0 million, naik dari $162.1 million yang tercatat pada kuartal yang sama tahun lalu. Dengan angka-angka ini, pendapatan konsumsi berulang perusahaan telah mengalami pertumbuhan tahunan selama delapan kuartal berturut‑turut, yang dinyatakan sebagai “mencerminkan pemanfaatan printer yang kuat secara berkelanjutan.”

Pertumbuhan margin kotor GAAP Stratasys meningkat menjadi 44.8%, sementara kerugian bersih GAAP mencapai $26.6 million, dan pendapatan bersih non‑GAAP mulai mencapai profitabilitas. $4.5 million kas dilaporkan digunakan dalam operasi, dan arus kas operasi YTD tetap positif.

Dengan angka-angka kuat ini, Stratasys meningkatkan proyeksinya untuk tahun penuh 2024. Menurut itu; perusahaan melaporkan pendapatan $580 mln in revenue of $570 million, Non‑GAAP net income of $5 million, and capital expenditures of $20 million.

“Kami telah berhasil memulai transformasi perusahaan melalui optimalisasi biaya dan dengan fokus pada peluang pertumbuhan yang lebih tinggi.”

– CEO Dr. Yoav Zeif berkata pada saat itu

Dia juga mencatat bahwa platform utama F3300 perusahaan mendapatkan banyak perhatian sementara terus memperluas ke sektor target utama, termasuk kesehatan, otomotif, dan dirgantara.

Menurut Dr. Zeif, rencana restrukturisasi perusahaan akan membantu menghasilkan penghematan biaya tahunan sebesar $40 million in annual cost savings from next year.

“Kami berada pada posisi yang baik untuk memberikan pertumbuhan pendapatan, profitabilitas, dan arus kas yang meningkat pada 2025, untuk memenuhi permintaan yang tertahan setelah kondisi pasar membaik.”

– Dr. Zeif

Klik di sini untuk mempelajari semua tentang berinvestasi di Stratasys Ltd. (SSYS )

Kesimpulan

Beton telah menjadi fondasi perkembangan manusia selama berabad‑abad, tetapi tidak lepas dari bahaya. Dampak lingkungan beton menjadi perhatian serius, menciptakan kebutuhan mendesak untuk menemukan solusi yang lebih baik. Teknologi terbaru dari peneliti NTU adalah salah satu perkembangan yang bergerak ke arah yang tepat. Dengan memanfaatkan prinsip manufaktur aditif, pencetakan beton 3D telah mendefinisikan ulang operasi tradisional dan mempromosikan keberlanjutan. 

Saat dunia berjuang dengan ekspansi perkotaan dan perubahan iklim, inovasi seperti pencetakan beton 3D dapat membantu dunia memenuhi kebutuhan konstruksi yang semakin besar dan kompleks sambil mengurangi efek berbahayanya. Dan meskipun tantangan tetap ada dalam skala dan standarisasi, seiring waktu, ketika teknologi meningkat dan diadopsi secara luas, pencetakan 3D dapat memainkan peran kunci dalam membentuk infrastruktur masa depan.

Klik di sini untuk daftar saham manufaktur aditif dan pencetakan 3D teratas.