Mengganti hanya salah satu bahan utama beton dengan batu vulkanik dapat memangkas emisi karbon dari pembuatan material hampir dua pertiga, menurut sebuah studi baru.
Beton telah memberi kita Pantheon di Roma, Gedung Opera Sydney, Bendungan Hoover, dan monolit kuning yang tak terhitung jumlahnya. Batu buatan menyelimuti kota dan jalan raya kita, mendasari ladang angin dan susunan panel surya—dan akan dituangkan berton-ton dalam proyek infrastruktur yang didukung oleh investasi pemulihan COVID di Amerika Serikat dan luar negeri.
Namun, itu membutuhkan biaya yang mahal untuk upaya memerangi perubahan iklim, karena semen—elemen pengikat yang dicampur dengan pasir, kerikil, dan air untuk membuat beton—berperingkat di antara kontributor industri terbesar terhadap pemanasan global.
“Beton ada di mana-mana karena merupakan salah satu bahan bangunan yang paling terjangkau, mudah dimanipulasi, dan dapat dibentuk menjadi hampir semua bentuk,” kata Tiziana Vanorio, profesor geofisika di Universitas Stanford.
Tetapi produksi semen melepaskan sebanyak 8% dari emisi karbon dioksida tahunan yang terkait dengan aktivitas manusia, dan permintaan diperkirakan akan meningkat dalam beberapa dekade mendatang karena urbanisasi dan pembangunan ekonomi mendorong pembangunan gedung dan infrastruktur baru.
“Jika kita ingin mengurangi emisi karbon ke tingkat yang diperlukan untuk mencegah bencana perubahan iklim, kita perlu mengubah cara kita membuat semen,” kata Vanorio.
Terumbu karang, cangkang lobster, dan udang mantis
CO beton2 masalah dimulai dengan batu kapur, batu yang terutama terbuat dari kalsium karbonat. Untuk membuat semen Portland—bahan utama yang pucat dalam beton modern—batu kapur ditambang, dihancurkan, dan dipanggang pada suhu tinggi dengan tanah liat dan sejumlah kecil bahan lain dalam tungku raksasa. Menghasilkan panas ini biasanya melibatkan pembakaran batu bara atau bahan bakar fosil lainnya, yang menyumbang lebih dari sepertiga emisi karbon yang terkait dengan beton.
Panas memicu reaksi kimia yang menghasilkan gumpalan abu-abu seukuran kelereng yang dikenal sebagai klinker, yang kemudian digiling menjadi bubuk halus yang kita kenal sebagai semen. Reaksi ini juga melepaskan karbon yang bisa tetap terkunci di batu kapur selama ratusan juta tahun. Langkah ini menyumbang sebagian besar sisa CO2 emisi dari produksi beton.
Vanorio dan rekan sekarang membuat prototipe semen yang menghilangkan CO2-bersendawa reaksi kimia dengan membuat klinker dengan batu vulkanik yang mengandung semua blok bangunan yang diperlukan, tetapi tidak ada karbon.
Sebagai bahan bangunan yang paling banyak digunakan di planet ini, beton telah lama menjadi target penemuan kembali. Para peneliti dan perusahaan telah menemukan inspirasi untuk resep-resep baru di terumbu karang, cangkang lobster, dan pentungan mirip palu udang mantis. Yang lain sebagian mengganti klinker dengan limbah industri seperti abu terbang dari pabrik batu bara atau menyuntikkan karbon dioksida yang ditangkap ke dalam campuran sebagai cara untuk mengecilkan dampak iklim beton.
Presiden Joe Biden telah menyerukan perluasan penangkapan karbon dan penggunaan bahan bakar hidrogen dalam pembuatan semen untuk membantu mengurangi separuh emisi gas rumah kaca AS dari tingkat 2005 pada 2030.
Lewati batu kapur
Vanorio mengusulkan untuk menghilangkan batu kapur sama sekali dan memulai dengan batu yang dapat digali di banyak wilayah vulkanik di seluruh dunia. “Kita bisa mengambil batu ini, menggilingnya, dan kemudian memanaskannya untuk menghasilkan klinker dengan menggunakan peralatan dan infrastruktur yang sama yang saat ini digunakan untuk membuat klinker dari batu kapur,” katanya.
Air panas yang dicampur dengan klinker rendah karbon ini tidak hanya mengubahnya menjadi semen tetapi juga mendorong pertumbuhan rantai molekul yang panjang dan saling terkait yang terlihat seperti serat kusut jika dilihat di bawah mikroskop. Struktur serupa ada di bebatuan yang disemen secara alami di lingkungan hidrotermal—tempat di mana air panas yang mendidih bersirkulasi tepat di bawah tanah—dan di pelabuhan beton Romawi, yang telah bertahan selama 2,000 tahun serangan dari air asin korosif dan gelombang yang meronta-ronta di mana beton modern biasanya akan runtuh dalam beberapa dekade.
Seperti tulangan yang biasa digunakan dalam struktur beton modern untuk mencegah retak, serat mineral kecil ini memerangi kerapuhan material yang biasa.
“Beton tidak suka diregangkan. Tanpa semacam penguatan, itu akan pecah sebelum menekuk di bawah tekanan, ”kata Vanorio, penulis senior makalah baru-baru ini tentang struktur mikro dalam beton laut Romawi dan tentang peran fisika batu dalam transisi ke masa depan rendah karbon. Sebagian besar beton sekarang diperkuat dalam skala besar menggunakan baja.
“Ide kami adalah untuk memperkuatnya pada skala nano dengan mempelajari bagaimana struktur mikro berserat secara efektif memperkuat batuan, dan kondisi alam yang menghasilkannya,” katanya.
Pelajaran dalam penyembuhan dan ketahanan
Proses yang Vanorio bayangkan untuk berubah batu vulkanik menjadi beton menyerupai cara batuan semen di lingkungan hidrotermal. Sering ditemukan di sekitar gunung berapi dan di atas batas lempeng tektonik aktif, kondisi hidrotermal memungkinkan batuan bereaksi dengan cepat dan bergabung kembali pada suhu yang tidak lebih panas dari oven rumah, menggunakan air sebagai pelarut yang kuat.
Seperti kulit yang menyembuhkan, retakan dan patahan di lapisan terluar bumi menyatu dari waktu ke waktu melalui reaksi antara mineral dan air panas. “Alam telah menjadi sumber inspirasi yang hebat untuk bahan inovatif yang meniru kehidupan biologis,” kata Vanorio. “Kami juga dapat mengambil inspirasi dari proses Bumi yang memungkinkan penyembuhan dan ketahanan kerusakan.”
Dari batu bata dan logam tempa hingga kaca dan plastik, orang telah lama membuat bahan menggunakan kekuatan yang sama yang mendorong siklus batuan Bumi: panas, tekanan, dan air. Sejumlah penelitian arkeologi dan mineralogi menunjukkan bahwa orang Romawi kuno mungkin telah belajar memanfaatkan abu vulkanik untuk resep beton paling awal yang diketahui dengan menyaksikannya mengeras ketika dicampur secara alami dengan air.
“Hari ini kami memiliki kesempatan untuk mengamati sementasi dengan lensa teknologi abad ke-21 dan pengetahuan tentang dampak lingkungan,” kata Vanorio.
Vanorio bekerja sama dengan profesor ilmu material dan teknik Alberto Salleo untuk melampaui meniru geologi untuk memanipulasi prosesnya untuk hasil tertentu dan sifat mekanik menggunakan teknik skala nano. “Semakin jelas bahwa semen dapat direkayasa pada skala nano dan harus dipelajari pada skala itu juga,” kata Salleo.
Merangkul cacat beton
Banyak sifat semen bergantung pada ukuran kecil cacat dan pada kekuatan ikatan antara komponen yang berbeda, kata Salleo. Serat-serat kecil yang tumbuh dan terjalin selama sementasi batuan yang dihancurkan bertindak seperti tali pengikat, memberikan kekuatan. “Kami suka mengatakan bahwa materi itu seperti manusia: cacat di dalamnyalah yang membuat mereka menarik,” katanya.
Pada tahun 2019, rasa ingin tahu yang terus-menerus tentang beton kuno yang dia lihat di antara reruntuhan sebagai seorang anak yang tumbuh di Roma mendorong Salleo untuk menjangkau Vanorio, yang perjalanannya sendiri ke dalam fisika batuan dimulai setelah mengalami dinamisme kerak bumi selama masa kecilnya di Neapolitan. kota pelabuhan di tengah kaldera tempat beton Romawi pertama kali direkayasa.
Sejak saat itu, Salleo melihat pekerjaan pada klinker rendah karbon yang terinspirasi oleh proses geologis sebagai kesesuaian logis dengan proyek kelompoknya yang terkait dengan keberlanjutan, seperti sel surya berbiaya rendah berdasarkan bahan plastik dan perangkat elektrokimia untuk penyimpanan energi.
“Memikirkan klinker rendah karbon adalah cara lain untuk mengurangi jumlah CO2 yang kita kirim ke atmosfer,” katanya. Tapi itu hanya awal. “Bumi adalah laboratorium raksasa di mana material bercampur pada suhu tinggi dan tekanan tinggi. Siapa yang tahu berapa banyak struktur menarik dan berguna lainnya di luar sana?”
Sumber: Stanford University
Buku terkait
Drawdown: Rencana Komprehensif yang Paling Sering Diusulkan untuk Menghilangkan Pemanasan Global
oleh Paul Hawken dan Tom Steyer
Dalam menghadapi ketakutan dan apati yang meluas, sebuah koalisi internasional para peneliti, profesional, dan ilmuwan telah berkumpul untuk menawarkan serangkaian solusi realistis dan berani untuk perubahan iklim. Seratus teknik dan praktik dijelaskan di sini — beberapa diketahui dengan baik; beberapa Anda mungkin belum pernah mendengarnya. Mulai dari energi bersih hingga mendidik anak perempuan di negara berpenghasilan rendah hingga praktik penggunaan lahan yang menarik karbon dari udara. Solusi yang ada, layak secara ekonomi, dan komunitas di seluruh dunia saat ini menerapkannya dengan keterampilan dan tekad. Tersedia di Amazon
Merancang Solusi Iklim: Panduan Kebijakan untuk Energi Karbon Rendah
oleh Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Dengan dampak perubahan iklim yang sudah menimpa kita, kebutuhan untuk mengurangi emisi gas rumah kaca global sangatlah mendesak. Ini tantangan yang menakutkan, tetapi teknologi dan strategi untuk menghadapinya ada saat ini. Seperangkat kecil kebijakan energi, yang dirancang dan diterapkan dengan baik, dapat membawa kita ke jalan menuju masa depan rendah karbon. Sistem energi itu besar dan kompleks, sehingga kebijakan energi harus fokus dan hemat biaya. Pendekatan satu ukuran untuk semua tidak akan menyelesaikan pekerjaan. Pembuat kebijakan membutuhkan sumber daya yang jelas dan komprehensif yang menguraikan kebijakan energi yang akan berdampak terbesar pada masa depan iklim kita, dan menjelaskan cara merancang kebijakan ini dengan baik. Tersedia di Amazon
Ini Semua Perubahan: Kapitalisme vs Iklim
oleh Naomi Klein
In Ini Semua Perubahan Naomi Klein berpendapat bahwa perubahan iklim bukan hanya masalah lain yang harus diajukan antara pajak dan perawatan kesehatan. Ini adalah alarm yang memanggil kita untuk memperbaiki sistem ekonomi yang sudah gagal dalam banyak hal. Klein dengan cermat membangun kasus tentang seberapa besar pengurangan emisi rumah kaca kita adalah kesempatan terbaik kita untuk secara bersamaan mengurangi kesenjangan yang menganga, membayangkan kembali demokrasi kita yang rusak, dan membangun kembali ekonomi lokal kita yang hancur. Dia mengungkap keputusasaan ideologis dari penyangkal perubahan iklim, delusi mesianis dari calon geoengineer, dan kekalahan tragis dari terlalu banyak inisiatif hijau mainstream. Dan dia menunjukkan dengan tepat mengapa pasar tidak — dan tidak bisa — memperbaiki krisis iklim tetapi malah akan memperburuk keadaan, dengan metode ekstraksi yang semakin ekstrem dan merusak secara ekologis, disertai dengan kapitalisme bencana yang merajalela. Tersedia di Amazon
Dari Penerbit:
Pembelian di Amazon digunakan untuk membiayai biaya membawa Anda InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, serta ClimateImpactNews.com tanpa biaya dan tanpa pengiklan yang melacak kebiasaan browsing Anda. Sekalipun Anda mengeklik tautan tetapi tidak membeli produk-produk terpilih ini, apa pun yang Anda beli dalam kunjungan yang sama di Amazon memberi kami komisi kecil. Tidak ada biaya tambahan untuk Anda, jadi silakan berkontribusi untuk upaya ini. Anda juga bisa menggunakan link ini untuk digunakan ke Amazon kapan saja sehingga Anda dapat membantu mendukung upaya kami.
Artikel ini awalnya muncul di Keakanan
