Sebuah metode baru menggunakan gelombang mikro untuk menurunkan energi yang dibutuhkan untuk proses industri tertentu. Beberapa proses produksi bahan kimia industri bergantung pada panas, namun metode pemanasan tradisional sering kali boros karena menghangatkan area luas yang sebenarnya tidak membutuhkannya. Sebuah tim peneliti termasuk ilmuwan dari Universitas Tokyo mengembangkan metode untuk memfokuskan (…)

JetMedia Digital Agency

Para peneliti telah menemukan bahwa Samudra Selatan mengeluarkan jauh lebih banyak CO2 di musim dingin dibandingkan perkiraan sebelumnya, berkat data satelit laser yang bekerja dalam kegelapan. Pengungkapan ini mendefinisikan kembali cara kita memahami pertukaran karbon laut dan perannya dalam perubahan iklim. Lonjakan Karbon Musim Dingin di Samudra Selatan Sebuah tim ilmuwan telah menemukan bahwa (…)

JetMedia Digital Agency

Para peneliti di Cambridge telah mengembangkan perangkat bertenaga surya yang meniru fotosintesis untuk mengubah CO2, sinar matahari, dan air menjadi bahan bakar kimia yang berharga. “Daun semi-buatan” yang tidak beracun dapat bekerja terus menerus dan efisien, menghasilkan senyawa farmasi dengan kemurnian tinggi. Penemuan ini dapat membantu menggantikan bahan bakar fosil dalam produksi kimia dan memicu era baru kimia ramah lingkungan. Berkelanjutan (…)

JetMedia Digital Agency

Teknologi meningkatkan efisiensi energi lampu jalan dan secara bersamaan mengurangi emisi karbon. Sebuah studi baru yang dilakukan bekerja sama antara King Abdullah University of Science and Technology (Kaust) dan King Abdulaziz City for Science and Technology (KACST) menunjukkan bagaimana nanomaterial dapat memainkan peran penting dalam menurunkan emisi karbon dari lampu jalan LED (dioda pemancaran cahaya). The (…)

RisalahPos.com Network

Kims dan Kaist telah mengembangkan proses sintesis katalis dan teknologi kontrol presisi untuk mengoptimalkan efisiensi konversi karbon dioksida. Ketika perubahan iklim dan emisi karbon menjadi masalah global yang semakin mendesak, kebutuhan akan teknologi yang efisien untuk mengubah karbon dioksida (CO₂) menjadi sumber daya yang berharga, seperti bahan bakar dan senyawa kimia, telah tumbuh. Sebagai tanggapan, Dr. Dahee (…)

RisalahPos.com Network

Related

Teknologi membran baru yang dikembangkan oleh Universitas Newcastle memanfaatkan kelembapan untuk menangkap karbon dioksida secara efisien, menawarkan solusi yang menjanjikan untuk penangkapan udara langsung berkelanjutan yang penting untuk mencapai target iklim.

Penangkapan udara langsung diidentifikasi sebagai salah satu dari ‘Tujuh pemisahan kimia yang mengubah dunia’. Hal ini karena meskipun karbon dioksida merupakan penyumbang utama perubahan iklim (kita melepaskan ~40 miliar ton ke atmosfer setiap tahun), memisahkan karbon dioksida dari udara sangat menantang karena konsentrasinya yang encer (~0,04%).

Tantangan dalam Pemisahan Karbon Dioksida

Prof Ian Metcalfe, Ketua Royal Academy of Engineering dalam Teknologi Baru di School of Engineering, Universitas Newcastle, Inggris, dan peneliti utama menyatakan, “Proses pemisahan encer merupakan pemisahan yang paling sulit dilakukan karena dua alasan utama. Pertama, karena konsentrasinya rendah, kinetika (kecepatan) reaksi kimia yang menargetkan penghilangan komponen encer sangat lambat. Kedua, pemekatan komponen encer membutuhkan banyak energi.”

Ini adalah dua tantangan yang dihadapi oleh para peneliti Newcastle (dengan rekan-rekan di Universitas Victoria Wellington, Selandia Baru, Universitas Imperial LondonInggris, Universitas Oxford, Inggris, Universitas Strathclyde, Inggris, dan UCL, Inggris) berupaya mengatasinya dengan proses membran baru mereka. Dengan menggunakan perbedaan kelembapan yang terjadi secara alami sebagai tenaga pendorong untuk memompa karbon dioksida keluar dari udara, tim tersebut mengatasi tantangan energi. Keberadaan air juga mempercepat pengangkutan karbon dioksida melalui membran, mengatasi tantangan kinetik.

Inovasi dalam Teknologi Membran

Karya tersebut dipublikasikan di Nature Energy dan Dr. Greg A. Mutch, Royal Academy of Engineering Fellow di School of Engineering, Newcastle University, Inggris menjelaskan, “Penangkapan udara langsung akan menjadi komponen utama sistem energi masa depan. Ini akan diperlukan untuk menangkap emisi dari sumber karbon dioksida bergerak dan terdistribusi yang tidak dapat dengan mudah didekarbonisasi dengan cara lain.”

“Dalam karya kami, kami mendemonstrasikan membran sintetis pertama yang mampu menangkap karbon dioksida dari udara dan meningkatkan konsentrasinya tanpa masukan energi tradisional seperti panas atau tekanan. Saya pikir analogi yang berguna mungkin adalah kincir air di pabrik tepung. Sementara pabrik menggunakan transportasi air menurun untuk menggerakkan penggilingan, kami menggunakannya untuk memompa karbon dioksida keluar dari udara.”

Proses Pemisahan

Proses pemisahan merupakan dasar dari sebagian besar aspek kehidupan modern. Dari makanan yang kita makan, obat-obatan yang kita konsumsi, hingga bahan bakar atau baterai di mobil kita, sebagian besar produk yang kita gunakan telah melalui beberapa proses pemisahan. Selain itu, proses pemisahan penting untuk meminimalkan limbah dan kebutuhan akan pemulihan lingkungan, seperti penangkapan karbon dioksida secara langsung melalui udara.

Namun, dalam dunia yang bergerak menuju ekonomi sirkular, proses pemisahan akan menjadi lebih penting lagi. Di sini, penangkapan udara langsung dapat digunakan untuk menyediakan karbon dioksida sebagai bahan baku untuk membuat banyak produk hidrokarbon yang kita gunakan saat ini, tetapi dalam siklus karbon-netral, atau bahkan karbon-negatif.

Yang terpenting, di samping transisi ke energi terbarukan dan penangkapan karbon tradisional dari sumber titik seperti pembangkit listrik, penangkapan udara langsung diperlukan untuk mewujudkan target iklim, seperti target 1,5 °C yang ditetapkan oleh Perjanjian Paris.

Penangkapan Karbon yang Didorong oleh Kelembaban

Dr. Evangelos Papaioannou, Dosen Senior di School of Engineering, Newcastle University, Inggris menjelaskan, “Berbeda dari operasi membran pada umumnya, dan seperti yang dijelaskan dalam makalah penelitian, tim menguji membran baru yang dapat ditembus karbon dioksida dengan berbagai perbedaan kelembapan yang diterapkan di seluruh membran. Ketika kelembapan lebih tinggi di sisi keluaran membran, membran secara spontan memompa karbon dioksida ke aliran keluaran tersebut.”

Upaya Kolaboratif dan Arah Masa Depan

Menggunakan tomografi mikro-komputer sinar-X dengan kolaborator di UCL dan Universitas Oxfordtim tersebut mampu mengkarakterisasi struktur membran secara tepat. Hal ini memungkinkan mereka untuk memberikan perbandingan kinerja yang kuat dengan membran canggih lainnya.

Aspek utama dari pekerjaan ini adalah memodelkan proses yang terjadi di membran pada skala molekuler. Dengan menggunakan perhitungan teori fungsional kerapatan dengan seorang kolaborator yang berafiliasi dengan Universitas Victoria Wellington dan Imperial College London, tim tersebut mengidentifikasi ‘pembawa’ di dalam membran. Pembawa tersebut secara unik mengangkut karbon dioksida dan air, tetapi tidak ada yang lain. Air diperlukan untuk melepaskan karbon dioksida dari membran, dan karbon dioksida diperlukan untuk melepaskan air. Karena itu, energi dari perbedaan kelembapan dapat digunakan untuk mendorong karbon dioksida melalui membran dari konsentrasi rendah ke konsentrasi yang lebih tinggi.

Prof Metcalfe menambahkan, “Ini merupakan kerja sama tim yang nyata selama beberapa tahun. Kami sangat berterima kasih atas kontribusi dari para kolaborator kami, dan atas dukungan dari Royal Academy of Engineering dan Engineering & Physical Sciences Research Council.”

Referensi: “Pemisahan dan konsentrasi karbon dioksida dari udara menggunakan membran karbonat cair yang digerakkan oleh kelembaban” oleh IS Metcalfe, GA Mutch, EI Papaioannou, S. Tsochataridou, D. Neagu, DJL Brett, F. Iacoviello, TS Miller, PR Shearing, PA Hunt, 19 Juli 2024, Energi Alam.
DOI: 10.1038/s41560-024-01588-6

Beton berkarbonasi dapat membantu mengurangi emisi yang terkait dengan produksi semen.

Dengan menggunakan larutan berbasis air berkarbonasi — bukan air tenang — selama proses pembuatan beton, tim insinyur yang dipimpin Universitas Northwestern telah menemukan cara baru untuk menyimpan karbon dioksida (CO₂) dalam bahan konstruksi yang ada di mana-mana.

Proses baru ini tidak hanya dapat membantu menyerap CO2₂ dari atmosfer yang terus menghangat, hal ini juga menghasilkan beton dengan kekuatan dan daya tahan yang tidak tertandingi.

Dalam percobaan laboratorium, proses ini menghasilkan CO₂ efisiensi penyerapan hingga 45%, yang berarti hampir setengah dari CO₂ yang disuntikkan selama pembuatan beton ditangkap dan disimpan. Para peneliti berharap proses baru mereka dapat membantu mengimbangi CO₂ emisi dari industri semen dan beton, yang bertanggung jawab atas 8% emisi gas rumah kaca global.

Studi ini dipublikasikan di Materi Komunikasijurnal yang diterbitkan oleh Nature Portfolio.

“Industri semen dan beton memberikan kontribusi yang signifikan terhadap emisi CO2 yang disebabkan oleh manusia₂ “Emisi karbon dioksida,” kata Alessandro Rotta Loria dari Northwestern, yang memimpin penelitian tersebut. “Kami mencoba mengembangkan pendekatan yang menurunkan emisi karbon dioksida₂ emisi yang dihasilkan oleh industri-industri tersebut dan pada akhirnya dapat mengubah semen dan beton menjadi ‘penyerap karbon’ yang besar. Kita belum sampai pada titik tersebut, namun sekarang kita memiliki metode baru untuk menggunakan kembali sebagian CO2₂ dipancarkan sebagai hasil dari produksi beton dengan bahan yang sama. Dan solusi kami sangat sederhana secara teknologi sehingga seharusnya relatif mudah diterapkan oleh industri.”

“Yang lebih menarik lagi, pendekatan untuk mempercepat dan menonjolkan karbonasi bahan berbasis semen ini memberikan peluang untuk merekayasa produk berbasis klinker baru di mana CO₂ “Menjadi bahan utama,” kata rekan penulis studi Davide Zampini, wakil presiden penelitian dan pengembangan global di CEMEX.

Rotta Loria adalah Asisten Profesor Teknik Sipil dan Lingkungan Louis Berger di McCormick School of Engineering, Northwestern. Penelitian ini merupakan hasil kerja sama antara laboratorium Rotta Loria dan CEMEX, perusahaan bahan bangunan global yang didedikasikan untuk konstruksi berkelanjutan.

Keterbatasan proses sebelumnya

Beton, yang merupakan bagian tak terpisahkan dari infrastruktur, merupakan salah satu material yang paling banyak dikonsumsi di dunia — kedua setelah air. Untuk membuat beton dalam bentuk yang paling sederhana, para pekerja menggabungkan air, agregat halus (seperti pasir), agregat kasar (seperti kerikil), dan semen, yang mengikat semua bahan menjadi satu. Sejak tahun 1970-an, para peneliti sebelumnya telah mengeksplorasi berbagai cara untuk menyimpan CO₂ di dalam beton.

“Idenya adalah semen sudah bereaksi dengan CO₂,” jelas Rotta Loria. “Itulah sebabnya struktur beton secara alami menyerap CO₂Namun, tentu saja, CO2 yang diserap₂ adalah sebagian kecil dari CO₂ dipancarkan dari produksi semen yang dibutuhkan untuk membuat beton.”

Proses penyimpanan CO₂ terbagi menjadi dua kategori: karbonasi beton yang sudah mengeras atau karbonasi beton segar. Dalam pendekatan yang sudah mengeras, blok beton padat ditempatkan ke dalam ruang-ruang yang mengandung CO₂ gas disuntikkan pada tekanan tinggi. Dalam versi baru, pekerja menyuntikkan CO₂ gas ke dalam campuran air, semen, dan agregat saat beton sedang diproduksi.

Dalam kedua pendekatan tersebut, sebagian CO2 yang disuntikkan₂ bereaksi dengan semen menjadi kristal kalsium karbonat padat. Namun, kedua teknik ini memiliki keterbatasan yang tidak dapat diatasi. Keduanya terhalang oleh rendahnya kadar CO₂ efisiensi penangkapan dan konsumsi energi yang tinggi. Lebih buruk lagi: Beton yang dihasilkan sering kali melemah, sehingga menghambat penerapannya.

Kekuatan yang tak terkompromikan

Dalam pendekatan baru Northwestern, para peneliti memanfaatkan proses karbonasi beton segar. Namun, alih-alih menyuntikkan CO₂ saat mencampur semua bahan menjadi satu, mereka pertama-tama menyuntikkan CO₂ gas ke dalam air yang dicampur dengan sedikit bubuk semen. Setelah mencampur suspensi berkarbonasi ini dengan sisa semen dan agregat, mereka memperoleh beton yang benar-benar menyerap CO₂ selama proses pembuatannya.

“Suspensi semen yang dikarbonasi dalam pendekatan kami adalah cairan dengan viskositas yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan campuran air, semen, dan agregat yang biasanya digunakan dalam pendekatan saat ini untuk mengkarbonasi beton segar,” kata Rotta Loria. “Jadi, kami dapat mencampurnya dengan sangat cepat dan memanfaatkan kinetika reaksi kimia yang sangat cepat yang menghasilkan mineral kalsium karbonat. Hasilnya adalah produk beton dengan konsentrasi mineral kalsium karbonat yang signifikan dibandingkan dengan ketika CO₂ disuntikkan ke dalam campuran beton segar.”

Setelah menganalisis beton berkarbonasi mereka, Rotta Loria dan rekan-rekannya menemukan kekuatannya menyaingi daya tahan beton biasa.

“Keterbatasan umum pendekatan karbonasi adalah kekuatannya sering kali dipengaruhi oleh reaksi kimia,” katanya. “Namun, berdasarkan percobaan kami, kami menunjukkan kekuatannya mungkin sebenarnya lebih tinggi. Kami masih perlu mengujinya lebih lanjut, tetapi, paling tidak, kami dapat mengatakan bahwa kekuatannya tidak berubah. Karena kekuatannya tidak berubah, aplikasinya juga tidak berubah. Beton dapat digunakan pada balok, pelat, kolom, fondasi — semua yang saat ini kami gunakan untuk beton.”

“Temuan penelitian ini menggarisbawahi bahwa meskipun karbonasi bahan berbasis semen merupakan reaksi yang sudah dikenal, masih ada ruang untuk mengoptimalkan CO2 lebih lanjut₂ penyerapan melalui pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme yang terkait dengan pemrosesan material,” kata Zampini.

Referensi: “Menyimpan CO2 sambil memperkuat beton dengan mengkarbonasi semennya dalam suspensi” oleh Xiaoxu Fu, Alexandre Guerini, Davide Zampini dan Alessandro F. Rotta Loria, 26 Juni 2024, Materi Komunikasi.
DOI: 10.1038/s43246-024-00546-9

Studi ini didukung oleh CEMEX Innovation Holding Ltd.