Bahan dan proses konstruksi: tinjauan perkembangan pada 2023

Selama ribuan tahun, bahan bangunan seperti beton membantu manusia menciptakan arsitektur yang bertahan lama, termasuk bangunan Romawi kuno. Artikel historis dari 2023 ini membahas bagaimana penelitian modern meninjau kembali bahan dan proses lama untuk mengembangkan kemungkinan penggunaan baru. Hasil laboratorium dan rencana masa depan perlu dibedakan dari produk yang sudah siap dipakai.

Bahan dan proses

Sebagian bangunan Romawi menunjukkan ketahanan beton yang luar biasa. Penelitian yang diumumkan pada Januari 2023 memberi penjelasan tambahan tentang peran pencampuran panas dan fragmen kaya kalsium. Salah satu temuan utamanya adalah penggunaan kapur tohor dalam proses pencampuran panas. Fragmen kapur yang sebelumnya kadang dianggap akibat pencampuran buruk dapat menjadi sumber kalsium untuk membantu menutup retakan ketika bereaksi dengan air. Pengujian campuran modern menunjukkan potensi perbaikan retakan, bukan jaminan bahwa semua kerusakan struktural akan pulih sendiri.

Beton yang dapat memperbaiki retakan sendiri

Beton biasanya terdiri atas agregat halus dan kasar yang diikat pasta semen dan air. Komposisinya disesuaikan dengan kebutuhan dan lingkungan. Salah satu pendekatan berbeda datang dari University of Colorado Boulder, tempat para peneliti mengembangkan bahan bangunan hidup atau living building materials (LBM). Penelitian tersebut memanfaatkan mikroorganisme fotosintetik untuk mengendapkan mineral pada kerangka pasir dan gelatin.

Dalam kondisi laboratorium tertentu, potongan bahan dapat digunakan untuk menumbuhkan bahan baru dengan tambahan bahan baku. Ini bukan bangunan yang berkembang biak sendiri tanpa masukan. Perbaikan retakan, penggunaan bahan limbah, dan penyerapan karbon merupakan potensi pengembangan; hasil tersebut belum membuktikan pengganti beton struktural yang siap digunakan atau emisi bersih negatif sepanjang siklus hidup.

Produksi semen, bahan pengikat utama dalam beton, menghasilkan emisi CO₂ yang besar. Angka sekitar 8% dari emisi CO₂ global yang sering dikutip berkaitan dengan produksi semen, bukan penggunaan beton itu sendiri. Beton juga sering disebut bahan yang paling banyak dikonsumsi setelah air. Mengurangi emisi memerlukan penilaian terhadap produksi, penggunaan, perawatan, dan akhir masa pakai.

Di luar penelitian laboratorium, perusahaan seperti Biomason mengembangkan produk berbasis proses biologis untuk mengurangi dampak produksi bahan pengikat. Proses ini tidak harus sama dengan LBM fotosintetik. Artikel asli menyebut total pendanaan sekitar 95 juta dolar AS pada saat itu; angka tersebut bukan total terkini yang diverifikasi ulang. Novo Holdings mengonfirmasi partisipasinya dalam putaran Seri C sebesar 65 juta dolar AS pada Februari 2022, bukan investasi tunggal Novo sebesar jumlah tersebut.

Tulangan komposit berbahan hemp

Tulangan membantu beton menahan gaya tarik dan biasanya dibuat dari baja. Korosi tulangan dapat merusak beton, sehingga peneliti mencari alternatif, termasuk komposit serat hemp industri dan termoplastik. Pengembangan ini juga bertujuan mengurangi emisi CO₂ dalam konstruksi. Hasil awal tim Rensselaer Polytechnic Institute menunjukkan karakteristik kekuatan yang sebanding dengan baja serta potensi pengurangan jejak karbon. Hasil ini bukan bukti bahwa setiap tulangan hemp selalu lebih kuat atau lebih murah. Ketahanan terhadap korosi juga tidak menghilangkan semua kemungkinan kegagalan. Tanaman menyerap CO₂ saat tumbuh, tetapi untuk menyatakan produk beremisi bersih negatif perlu menilai seluruh siklus hidup, termasuk budidaya, resin, produksi, transportasi dan akhir masa pakai. Manfaatnya perlu dibandingkan dengan emisi CO₂ dari bahan dan proses yang digantikannya.

Bata penyimpan energi

Penelitian Washington University in St. Louis pada 2020 menunjukkan bukti konsep bata merah yang dimodifikasi menjadi superkapasitor, termasuk menyalakan LED. Ini belum menjadi sistem siap pakai untuk memasok seluruh rumah sepanjang malam. Pernyataan bahwa sekitar 50 bata dapat menyediakan penerangan darurat selama lima jam merupakan gambaran potensi dari peneliti, bukan demonstrasi rumah lengkap atau jaminan untuk semua jenis lampu.

Dalam penelitian tersebut, para peneliti memanfaatkan pori-pori bata merah dan oksida besinya untuk membentuk lapisan nanoserat polimer konduktif PEDOT. Perangkat penyimpan energi juga memerlukan elektrolit, elektroda, sambungan dan perlindungan yang sesuai. Bata tidak cukup sekadar dilapisi lalu langsung disambungkan ke panel surya tanpa rancangan sistem.

Jika dikembangkan dan diuji lebih lanjut, pendekatan ini dapat melengkapi pemanfaatan energi berkelanjutandan membantu mengurangi sebagian dampak lingkungan. Tidak ada jaminan satu teknologi akan membalikkan seluruh kerusakan lingkungan atau otomatis menghasilkan masa depan tanpa emisi.

Manufaktur aditif

Selain bahan, proses konstruksi juga dapat berubah. Salah satu pendekatan yang dibahas dalam artikel 2023 ini adalah manufaktur aditif atau pencetakan 3D.

ICON mengembangkan teknologi konstruksi yang sudah digunakan di Bumi. Pada November 2022, ICON dan Lennar mengumumkan pembangunan komunitas 100 rumah di Georgetown, Texas. Pencetakan terutama membentuk sistem dinding; atap, instalasi dan bagian lain tetap membutuhkan pekerjaan konstruksi. Dalam proyek terpisah, ICON memperoleh kontrak senilai 57,2 juta dolar AS dari NASA pada November 2022 untuk mengembangkan sistem konstruksi permukaan Bulan melalui program SBIR Fase III. Ini merupakan kontrak penelitian dan pengembangan, bukan hadiah atau bukti bahwa hunian Bulan sudah dibangun. Sistem tersebut dimaksudkan untuk mendukung eksplorasi dan infrastruktur masa depan.

Artikel asli menyebut total sekitar 451,5 juta dolar AS dalam pendanaanberdasarkan informasi yang dirujuk saat itu. Angka tersebut bukan total pendanaan terkini yang diverifikasi ulang.

ICON bukan satu-satunya perusahaan yang menggunakan pencetakan 3D dalam konstruksi. Perusahaan lain, seperti Alquist menyatakan tujuan membangun perumahan yang lebih terjangkau dengan menurunkan biaya konstruksi bagi masyarakat yang menghadapi kesulitan ekonomi atau kurang terlayani. Tujuan tersebut tidak membuktikan bahwa setiap proyek akan lebih murah dalam semua keadaan.

Melihat ke masa depan

Bayangkan sebuah skenario pada 2033: penghuni keluar dari rumah dengan dinding cetak 3D, bahan yang membantu menutup retakan, dan tulangan komposit serat hemp. Perangkat berbasis bata mungkin menyimpan sebagian energi surya, sementara peluncur yang dapat digunakan kembali mendukung kegiatan antariksa. Ini merupakan gambaran spekulatif tentang kemungkinan penggabungan teknologi, bukan keadaan saat artikel ditulis atau janji bahwa seluruhnya akan terwujud pada 2033.