Para peneliti Washington State University telah menciptakan alternatif yang berkelanjutan untuk beton tradisional. Menggunakan fly ash batubara, produk limbah pembangkit listrik atau boiler industri berbasis batu bara.
Kemajuan ini menangani dua masalah lingkungan utama sekaligus. Memanfaatkan limbah produksi batu bara dan secara signifikan mengurangi dampak lingkungan dari produksi beton.
Xianming Shi, profesor di WSU’s Departemen Sipil dan Teknik Lingkungan, dan mahasiswa pascasarjana Gang Xu, telah mengembangkan beton yang kuat dan tahan lama yang berwawasan lingkungan. Mereka menggunakan fly ash sebagai pengikat dan mengurangi penggunaan semen. Hasil upayanya dilaporkan dalam jurnal Fuel.
Mengurangi permintaan energi, emisi rumah kaca
Produksi beton tradisional, yang dibuat dengan menggabungkan semen dengan pasir dan kerikil, berkontribusi antara lima hingga delapan persen emisi gas rumah kaca di seluruh dunia. Itu karena semen, bahan utama dalam beton, membutuhkan suhu tinggi dan sejumlah besar energi dalam proses produksinya.
Fly ash, material yang tersisa setelah debu batu bara dibakar, sementara itu telah menjadi masalah pengelolaan limbah yang signifikan. Lebih dari 50 persen fly ash berakhir di tempat pembuangan limbah, di mana ia dapat dengan mudah mencemari lingkungan sekitar.
Sementara beberapa peneliti telah menggunakan fly ash dalam beton, mereka belum mampu menghilangkan metode pemanasan intens yang secara tradisional diperlukan untuk membuat material yang kuat.
“Metode produksi kami tidak memerlukan pemanasan atau penggunaan semen apa pun,” kata Xu.
Rekayasa molekuler
Pekerjaan ini juga penting karena para peneliti menggunakan bahan berukuran nano untuk merekayasa beton pada tingkat molekuler.
“Untuk secara berkelanjutan memajukan industri konstruksi, kita perlu memanfaatkan kemampuan ‘bottom-up’ dari nanomaterial,” kata Shi.
Tim ini menggunakan oksida grafena, nanomaterial yang baru ditemukan, untuk memanipulasi reaksi fly ash dengan air dan mengubah fly ash yang aktif menjadi material seperti semen yang kuat. Oksida grafena menata kembali atom dan molekul dalam campuran fly ash dan aktivator kimia seperti natrium silikat dan kalsium oksida. Proses ini menciptakan rantai molekul kalsium-aluminat-silikat-hidrat dengan atom berikatan kuat yang membentuk jaringan polimer anorganik yang lebih tahan lama (terhidrasi) dibandingkan semen.
Mengurangi banjir
Tim merancang beton fly ash untuk dapat ditembus, yang berarti air dapat melewatinya untuk meresap ke dalam tanah dan untuk mengurangi potensi banjir.
Para peneliti telah menunjukkan kekuatan dan perilaku material dalam plot uji di kampus WSU di bawah berbagai kondisi beban dan suhu. Mereka masih melakukan tes infiltrasi dan mengumpulkan data menggunakan sensor yang terkubur di bawah beton. Mereka akhirnya berharap untuk mengkomersilkan teknologi yang dipatenkan.
“Setelah pengujian lebih lanjut, kami ingin membangun beberapa struktur dengan beton ini untuk berfungsi sebagai bukti konsep,” kata Xu.
