Keberlanjutan
Mengekstraksi Material Semen dari Air Laut Sambil Menangkap Karbon
Securities.io mempertahankan standar editorial yang ketat dan dapat menerima kompensasi dari tautan yang ditinjau. Kami bukan penasihat investasi terdaftar dan ini bukan nasihat investasi. Silakan lihat pengungkapan afiliasi.
Beton merupakan material penting di dunia modern, dengan pasir dan semen sebenarnya termasuk di antara material yang diproduksi paling besar di dunia berdasarkan volume dan berat.
Sumber: Kapitalis Visual
Produksi semen juga merupakan kegiatan yang sangat intensif energi. Kegiatan ini juga hampir secara eksklusif menggunakan bahan bakar fosil, sehingga dalam produksi semen bertanggung jawab atas 8% emisi CO2 dunia.
Hal ini dapat dibandingkan dengan emisi CO2 dari mobil dan van, yang bertanggung jawab atas 10% total emisi duniaJadi, menjadikan beton lebih berkelanjutan akan sama berdampaknya dengan mengubah semua mobil di dunia menjadi kendaraan listrik dan hanya menggunakan energi hijau sebagai sumber tenaganya.
Banyak emisi karbon dari produksi semen berasal dari penambangan, pemecahan, pemrosesan, dan pemurnian bahan baku yang digunakan untuk memproduksinya. Seperti batu kapur, batuan yang kaya kalsium karbonat (CaCO3) ditambang dan dicampur dengan tanah liat untuk mendapatkan bahan baku yang menjadi beton.
Ada kemungkinan sumber kalsium karbonat lain di Bumi, yaitu air laut. Lautan mengandung banyak mineral terlarut, termasuk garam dapur (ion natrium dan klorin), tetapi juga magnesium, kalsium, kalium, dan bahkan logam, terutama uranium, yang suatu hari nanti berpotensi diambil dari lautan dunia, bukan dari tambang uranium. CO2 terlarut dalam bentuk ion karbonat juga melimpah di lautan, menjadikannya salah satu penyerap karbon terkuat di Bumi.
Para ilmuwan dari Universitas Northwestern dan CEMEX Innovation Holding AG (Swiss) kini tengah menjajaki kemungkinan untuk memanfaatkan kelimpahan laut ini guna memproduksi bahan baku beton sekaligus menangkap CO2 alih-alih memancarkannya. Mereka menerbitkan hasil eksperimen mereka dalam Advanced Sustainable Systems1, dengan judul “Elektrodeposisi Mineral Penangkap Karbon di Air Laut untuk Potensi Elektrokimia Variabel dan Injeksi Karbon Dioksida".
Elektrolisis Air
Air (H2O) dapat dipecah menjadi unsur-unsur penyusunnya, yaitu hidrogen dan oksigen, dengan menggunakan arus listrik yang kuat, biasanya dengan semacam katalis untuk meningkatkan kecepatan dan efisiensi reaksi elektrokimia. Inilah dasar produksi hidrogen hijau, yang sumber listriknya berasal dari sumber terbarukan.
Namun, saat melakukan prosedur ini dengan air non-murni, apalagi dengan air laut, reaksi elektrolisis juga bereaksi dengan mineral terlarut dalam air.
Ini umumnya merupakan reaksi yang tidak diinginkan, karena dapat menimbulkan endapan pada elektroda dan mengalihkan energi dari tujuan produksi hidrogen.
Namun, mengubah kondisi elektrolisis dapat mengubah reaksi sampingan yang tidak diinginkan ini menjadi cara baru yang berharga untuk menghasilkan kalsium karbonat.
Memproduksi Semen Dari Air Laut
persediaan terbatas
Ini belum tentu merupakan ide baru, karena CaCO3 dan magnesium dari air laut memiliki banyak sekali aplikasi dalam industri konstruksi, manufaktur, dan perbaikan lingkungan, termasuk produksi beton, semen, plester, cat, dan bahan pengisi.
Karena lautan luas yang menutupi Bumi akan menyediakan pasokan material ini dalam jumlah yang praktis tak terbatas, ini dianggap sebagai sumber potensial material yang paling berkelanjutan.
Sejauh ini, hanya mengeksplorasi elektroreduksi mineral-mineral ini belum menghasilkan cara yang layak untuk membuat produksinya dari air laut menjadi ekonomis. Di sinilah para peneliti Universitas Northwestern membawa langkah tambahan yang penting: menambahkan CO2 ke dalam proses tersebut.
Menyuntikkan CO2 ke dalam Air Laut
Karena air laut merupakan campuran kompleks berbagai mineral, saat menerapkan elektrolisis, terjadi jalinan elektrokimia sekaligus, dari pengendapan ion kalsium dan magnesium hingga pembentukan gipsum dari sulfat, pembentukan gas klorin & hidrogen, serta perubahan keasaman di sekitar masing-masing elektroda.
Penyuntikan CO2 menambah kompleksitas karena menurunkan pH air laut. Penurunan pH akibat CO2 sebagian diimbangi oleh produksi ion OH− dari energi listrik.
Pelarutan atau pengendapan kalsium karbonat itu sendiri bergantung pada keasaman air. Fenomena ini menjadi perhatian para ilmuwan, karena atmosfer semakin kaya akan CO2, maka lautan pun menjadi lebih asam.
Jika arus listrik cukup kuat, dan karenanya produksi ion OH−, dapat cukup tinggi untuk menjaga pH di atas 8.5.
Pada tingkat keasaman ini, reaksi kimia menangkap CO2 dan mengubahnya menjadi ion bikarbonat terlarut (HCO3-).
Ion-ion bikarbonat ini kemudian bereaksi dengan kalsium dan mengendap menjadi kalsium karbonat, bahan dasar untuk produksi beton.
Mengoptimalkan Penyerapan Karbon
Dalam jenis reaksi ini, produksi kalsium karbonat yang dapat digunakan untuk industri semen akan menangkap CO2 yang disuntikkan alih-alih mengeluarkan CO2 ke atmosfer.
Untuk setiap tingkat daya yang digunakan, terdapat laju aliran CO2 yang optimal yang dapat meminimalkan energi yang dikonsumsi sekaligus memaksimalkan hasil produksi mineral. Konsentrasi 0.30 sccm CO2 tampaknya merupakan titik yang tepat, sedangkan tingkat daya yang lebih rendah tetap menghasilkan endapan mineral dalam jumlah besar.
Membuat Deposit yang Dapat Digunakan
Masalah yang muncul saat konsep ini diterapkan di industri adalah masalah yang sama yang muncul pada presipitasi kalsium karbonat selama produksi hidrogen melalui elektrolisis.
Sering kali, endapan kalsium akan menyumbat permukaan elektroda, merusak sistem secara keseluruhan dan membuatnya kurang efisien seiring berjalannya waktu.
Namun, tingkat daya yang lebih tinggi yang digunakan dalam percobaan ini, bila dikombinasikan dengan injeksi CO2, menimbulkan reaksi tambahan, yang menyebabkan endapan kalsium karbonat terlepas dari elektroda.
Jadi secara keseluruhan, metode ini akan mampu menghasilkan karbonat dengan cara yang membuatnya mudah dikumpulkan sebagai endapan mineral di dasar tangki, tanpa menyumbat elektroda.
Menumbuhkan Kristal Mineral
Tergantung pada kondisinya, agregat mineral yang berbeda terbentuk dengan kondisi kristal yang berbeda, terutama kristal kalsium karbonat (kalsit dan aragonit) dan kristal magnesium (brusit).
Secara keseluruhan, bahan yang dihasilkan dapat dibuat dari kristal yang panjangnya beberapa sentimeter (1-2 inci), dan juga sangat berpori.
Komposisi, porositas, dan ukuran agregat yang disintesis menggunakan pendekatan yang diusulkan memenuhi standar terkini untuk penggunaannya dalam material seperti beton.
Kesimpulan
Secara keseluruhan, publikasi ini membuktikan bahwa produksi bahan semen karbon-negatif tidak hanya merupakan kemungkinan teoritis tetapi juga pilihan yang layak ketika menggunakan injeksi karbon selama elektrolisis air laut.
Parameter penting lainnya, seperti kekerasan dan ketahanan abrasi, masih harus diselidiki untuk konfirmasi lengkap bahwa material yang dihasilkan dapat digunakan untuk proyek konstruksi.
Proses ini pada dasarnya dapat diskalakan, tanpa batasan yang jelas dari ketersediaan material yang langka, konsumsi energi yang berlebihan, atau hasil yang rendah.
Dengan membayangkan jaringan reaktor yang saling terhubung dan berskala, pendekatan ini berpotensi untuk diterapkan pada skala industri dan diintegrasikan dengan infrastruktur yang ada, seperti fasilitas industri pesisir.
Kemajuan lebih lanjut dalam desain reaktor seharusnya dapat meningkatkan efisiensi ekonomi dan energi secara keseluruhan, misalnya dengan mengoptimalkan geometri elektroda, bahan, dan dinamika aliran.
Pada akhirnya, air dari mana kalsium karbonat diekstraksi mungkin juga bisa menjadi bahan yang menarik untuk langkah sekunder pembangkitan hidrogen dari air laut, karena konsentrasi ion yang lebih rendah seharusnya membantu mengurangi masalah yang terkait dengan endapan mineral pada elektroda.
Berinvestasi dalam Semen Berkelanjutan
CRH Plc
(CRH )
Sebagai salah satu pemimpin dunia dalam produksi semen, CRH akan berperan penting dalam mengubah konstruksi semen menjadi industri yang lebih berkelanjutan. CRH merupakan pemasok material konstruksi nomor 1 di pasar AS dan Eropa.
Perusahaan ini aktif di 28 negara dan 3,390 lokasi, mempekerjakan 78,500 orang, dengan CRH Americas menghasilkan 65% dari penjualan globalnya.
Sumber: CRH
Perusahaan berharap bahwa belanja infrastruktur yang besar oleh pemerintah Barat akan membantu mengembangkan bisnisnya. Tren reindustrialisasi dan pemindahan pabrik berteknologi tinggi ke dalam negeri juga akan membantu.
Keberlanjutan
CRH telah membuat kemajuan serius dalam keberlanjutan dengan serangkaian inisiatif:
- Ini adalah pendaur ulang terbesar #1 di Amerika Utara, dengan 43.9 juta ton limbah dan produk sampingan dari industri lain yang didaur ulang pada tahun 2023.
- Perusahaan ini mengurangi emisi CO2 sebesar 8% pada tahun 2023, berkat penggunaan 36% bahan bakar alternatif di pabrik semennya.
- Targetnya adalah pengurangan emisi sebesar 30% pada tahun 2030 (dibandingkan emisi tahun 2021).
Hal ini sendiri patut dipuji tetapi dapat dianggap terlalu sedikit dan terlambat.
Untungnya, CRH juga merupakan penggerak perubahan yang lebih mendasar pada industri ini. telah menginvestasikan $75 juta ke perusahaan semen rendah karbon Sublime, bersama dengan raksasa beton Eropa Holcim.
Sistem Sublim dikeluarkan dari MIT pada tahun 2020 untuk memanfaatkan elektroliser guna memproduksi semen pada suhu ruangan, menggantikan tungku yang membutuhkan banyak energi dan bahan bakar fosil. Hal ini juga memungkinkan penggunaan sumber kalsium sebagai bahan baku, sehingga menghindari pelepasan CO2 dari batu kapur.
Fasilitas komersial pertama Sublime di Holyoke, Massachusetts, diperkirakan akan dibuka paling cepat pada tahun 2026. Jika terbukti berhasil, fasilitas ini dapat menjadi pengubah permainan yang sesungguhnya bagi industri semen dan dapat membuka jalan menuju beton rendah emisi yang dapat ditingkatkan skalanya.
“Sublime merupakan kekuatan disruptif dalam pembuatan semen. Teknologi uniknya mencakup seluruh proses produksi, mulai dari penggunaan listrik bersih hingga bahan baku bebas karbon. Kami sangat antusias dengan potensinya dan gembira dapat bermitra bersama untuk memasarkannya dalam skala besar. Investasi ini sepenuhnya sejalan dengan strategi Holcim untuk mempercepat dekarbonisasi konstruksi dengan meningkatkan teknologi paling inovatif.”
Petugas Nollaig Forrest – Kepala Keberlanjutan Holcim
CRH juga berinvestasi pada perusahaan rintisan dekarbonisasi dan keberlanjutan lainnya:
- masuk €23.7 juta Teknologi Planet Keren, mengembangkan solusi penangkapan karbon untuk industri yang secara tradisional sulit didekarbonisasi.
- $34.7 juta oleh CRH dan investor lainnya di Teknologi Daur Ulang Karbon, menggunakan solusi mineralisasi serba listrik untuk menyimpan CO2 secara permanen dalam produk sampingan dan mineral industri, seperti semen, plastik, produk konsumen, pupuk, dan farmasi.
- AI yang tersembunyi, platform 'resep sebagai layanan' yang bekerja sama dengan produsen beton lokal, mengoptimalkan bahan lokal dan meminimalkan jumlah semen yang digunakan menggunakan analisis AI, sehingga mengurangi jejak CO2 dan biaya produksi beton.
- Pendanaan Seri B FIDO AI adalah perusahaan rintisan yang menggunakan AI untuk mengurangi konsumsi air dan meningkatkan penghematan air.
Secara keseluruhan, CRH adalah pemimpin yang menguntungkan dalam industri beton, dan sangat aktif mempersiapkan dekarbonisasi industri, baik secara langsung di fasilitas yang ada maupun dengan menjadi penyedia modal utama bagi perusahaan rintisan inovatif yang menciptakan teknologi produksi semen dan beton generasi berikutnya.
Berita Terbaru tentang CHR
Studi yang dirujuk:
1. Devi, N., Gong, X., Shoji, D., Wagner, A., Guerini, A., Zampini, D., Lopez, J., & Rotta Loria, AF (2025). Elektrodeposisi mineral penangkap karbon dalam air laut untuk berbagai potensi elektrokimia dan injeksi karbon dioksida. Sistem Berkelanjutan Tingkat Lanjut, 9(3), 2400943. https://doi.org/10.1002/adsu.202400943
