Biomaterial dan Tempatnya dalam Industri Konstruksi

The term biomaterials is used to describe building materials derived from living organisms including plants, animals and fungi. Increasing knowledge about microbiology and synthetic biology techniques is now allowing innovative biomaterials to enter the market.

With the construction industry responsible for 40% of global CO2 emissions, responsibility falls on the industry to make dramatic changes to improve its sustainability. New biomaterials are being created using waste products and microbes to solve these ecological problems, with timber or plant-based materials being net carbon sinks. The biomaterials that are being explored for use in the construction industry are diverse and varied, each aiming to solve a different problem within the industry.

Biomaterial mempunyai potensi untuk menyediakan bahan konstruksi manfaat berikut:

• Penangkapan dan penyimpanan karbon yang diekstraksi dari CO di atmosfer₂ oleh fotosintesis terkini
• Produksi berkelanjutan sebagai tanaman yang ditanam setiap tahun atau sebagai hutan dengan siklus panen yang lebih panjang.
• Daya hancur secara biologis di akhir masa pakainya. (Pembusukan terkendali di dalam reaktor anaerobik akan menghasilkan pupuk organik dan bio-metana untuk memasok energi)
• Koefisien ekspansi termal linier rendah atau hampir nol
• Properti mengendalikan suhu dan kelembaban di ruang tertutup dengan perubahan fase air dalam sel
• Difusivitas uap tinggi dan penyebaran uap 'Fickian'
• Biasanya kapasitas panas spesifiknya tinggi
• Difusivitas termal rendah
• Seringkali rasio kinerja terhadap bobot bagus
• Energi yang terkandung lebih rendah. 

Beton – Apakah ada pilihan yang lebih baik?

Bisa dibilang material yang paling umum digunakan dalam industri konstruksi juga merupakan salah satu material yang paling tidak ramah lingkungan. Beton, yang berfungsi sebagai tulang punggung sebagian besar infrastruktur, menghasilkan karbon dalam jumlah yang sangat besar. Diperkirakan sekitar 10 miliar ton beton diproduksi setiap tahunnya, dengan semen (unsur utama dalam pencampuran beton), menyumbang 8% dari total konsumsi tahunan emisi karbon di seluruh dunia, dan menggunakan sekitar 10% air minum global, menurut Dosier.

Meskipun beton dan semen tidak bahan berkelanjutan, the construction industry is not going to stop using it over night. To address this fact, there are many companies who are designing and producing alternatives to traditional Portland-based cement, in an attempt to reduce its impact on the environment.

Salah satu perusahaan tersebut adalah Basilisk, yang sedang dalam proses memasarkan “beton yang dapat diperbaiki” dengan memasukkan bakteri khusus penghasil batu kapur ke dalam beton. Ketika bakteri bersentuhan dengan air, seperti ketika uap air masuk ke dalam celah, spora akan diaktifkan, sehingga menyebabkan pertumbuhan mikro organisme. Spora bakteri adalah ekstremofil yang kuat, mampu menahan panas, kekeringan dan dingin selama bertahun-tahun di dalam beton.

Dengan memperpanjang umur beton, Basilisk dapat mengurangi jumlah keseluruhan beton yang digunakan sehingga menjadikan material tersebut lebih berkelanjutan. Meskipun biaya awal untuk beton self-healing lebih tinggi, Green Basilisk berupaya meyakinkan industri bahwa penghematan jangka panjang dalam pemeliharaan sepadan dengan biaya yang dikeluarkan.

“Kami dapat mengurangi penguatan penyusutan hingga 50%. Artinya, jika kita menambahkan lima kilogram Basilisk ke dalam campuran beton, kita dapat menghemat hingga 30 kilogram bahan bakar per meter kubik,” kata Marc Brants, manajer pemasaran dan akun di perusahaan tersebut. 

Perusahaan lain adalah Biomason, a US-based company that grows cement through a biological process with a low carbon footprint. Their biocement technology grows in ambient temperatures, building with carbon and calcium to create controlled, structural cement. Where Portland cement is a calcium-silicate hydrate material that originally comes from liberating carbon from limestone through intensive heating, emitting carbon dioxide as a byproduct. “Biocement” Biomason adalah kebalikan dari proses ini, dimana karbon dan kalsium digabungkan untuk menghasilkan material batu kapur yang terbentuk secara biologis. Artinya, proses pembuatannya tidak memerlukan panas tinggi dan bahan bakar fosil, dan bahan-bahannya menggunakan karbon sebagai bahan penyusunnya.

Miselium

Miselium merupakan bagian dari struktur akar jamur dan juga sedang dieksplorasi dalam beberapa cara untuk digunakan di sektor konstruksi.

Biohm, sebuah perusahaan yang berbasis di Inggris, saat ini sedang mengembangkan panel isolasi berbasis miselium. Keuntungan utama miselium adalah dapat ditanam dari limbah produk pertanian dan dapat terurai secara hayati. Ini juga mengandung kitin, yang merupakan penghambat api alami.

“Apa yang kami lihat adalah membangun gagasan sirkularitas… jika kami mengambil kembali material tersebut, kami dapat memecahnya dan kemudian memasukkannya kembali ke dalam proses pertumbuhan ketika kami menumbuhkan panel miselium. Ini adalah sesuatu yang sedang kami uji coba juga.”

Latihan London Studio Ledakan telah mengembangkan metode pencetakan 3D dengan makhluk hidup miselium dan menggunakannya untuk membentuk kolom yang bisa dipanen jamur sebelum berfungsi sebagai elemen bangunan struktural. Kolom ini dibuat dengan mencampurkan miselium dengan bahan baku cangkir kopi bekas yang dikumpulkan dari seluruh London dan memasukkannya ke dalam alat ekstruder dingin yang dibuat khusus, mirip dengan jenis yang digunakan untuk pencetakan 3D dengan tanah liat. Studio Ledakan sedang berupaya untuk meningkatkan teknologi untuk mencetak a pavilyun dan di masa depan, mereka berharap dapat membangun seluruh bangunan. Salah satu pendiri Paola Garnousset said this could effectively allow cities to grow arsitektur dari limbah mereka sendiri sambil menyediakan makanan bagi penghuninya.

Rami

Darshil Shah, yang tampil di Episode 15 podcast Suara Konstruktif, bekerja dengan rami sebagai biomaterial. Rami dapat menangkap karbon di atmosfer dua kali lebih efektif as forests while providing carbon-negative biomaterials, with numerous studies estimating that hemp is one of the best CO2-to-biomass converters. Industrial hemp absorbs between 8 hingga 15 ton CO2 per hektar budidaya. Tanaman yang tumbuh cepat ini telah ditanam selama ribuan tahun untuk diambil seratnya, yang secara tradisional digunakan untuk tali, tekstil, dan kertas. Saat ini semakin banyak digunakan untuk membuat bioplastik, bahan konstruksi dan biofuel.

Dalam sebuah wawancara dengan Dezeen, Syah berkata:

“Serat kuat dan kaku yang membentuk bagian luar batang dapat digunakan untuk memproduksi produk bioplastik termasuk suku cadang otomotif dan bahkan bilah turbin angin serta panel kelongsong”

Darshil Syah

“Dengan panel kelongsong bioplastik rami, kami menemukan bahwa panel tersebut merupakan alternatif yang cocok untuk panel aluminium, plastik bitumen, dan baja galvanis, karena hanya membutuhkan 15 hingga 60 persen energi dalam produksinya.” Shive, yang merupakan bagian dalam batang yang berkayu, dapat digunakan untuk membuat “hempcrete”, bahan pengisi dan insulasi dinding tanpa beban.

Rami juga sedang diselidiki sebagai bahan konstruksi di Rensselaer Polytechnic Institute di AS, di mana mereka telah menemukan alternatif pengganti tulangan baja yang dibuat menggunakan rami. Tidak hanya mengurangi jumlah emisi karbon, mereka mengklaim akan terhindar dari masalah korosi.

Steel is subject to corrosion and rusting, particularly in structures such as bridges, roads, seawalls and buildings and areas with in environments with high salt concentration, which significantly reduces its lifespan. In highly corrosive environments, lass fibre reinforced polymer (GFRP) rebar are often used instead, which has a high environmental impact.

Jika korosi tidak lagi menjadi faktor, tim di Rensselaer Polytechnic Institute percaya bahwa umur tulangan akan bertahan lama menjadi tiga kali lebih banyak dari sekarang. Oleh karena itu, peningkatan masa pakai ini akan mengurangi emisi karbon lebih jauh lagi.

Meskipun tulangan rami mereka merupakan alternatif yang layak untuk produk yang sudah ada saat ini, mereka berharap teknologi ini akan menjadi lebih efisien di masa depan seiring dengan penyempurnaan proses ekstraksi dan tanaman yang dibiakkan untuk diambil seratnya.

Meskipun telah ada minat untuk mengembangkan biomaterial baru untuk bangunan selama beberapa waktu, industri bangunan bersifat konservatif dan sangat bergantung pada harga, yang berarti penerimaan terhadapnya lambat. Namun, meningkatnya permintaan konsumen terhadap keberlanjutan telah meningkatkan minat terhadap inovasi ini, yang menghasilkan lingkungan yang lebih kompetitif untuk bahan bangunan. Pelajari lebih lanjut tentang inovasi dan praktik dalam topik ini dengan pelatihan keberlanjutan sini.

Manakah dari bahan berikut yang akan Anda mulai gunakan dalam proyek Anda?