Terinspirasi oleh cara karang membangun terumbu, Constantz mengembangkan cara baru untuk membuat semen yang menghilangkan karbon dioksida yang memerangkap panas dari atmosfer Bumi.
Pakar biominerisasi, Brent Constantz dari Stanford University terinspirasi untuk membuat semen jenis baru untuk bangunan dengan cara karang membangun terumbu. Proses pembuatan semen ini sebenarnya menghilangkan karbon dioksida - gas rumah kaca, yang diduga menyebabkan pemanasan global - dari udara. Perusahaan yang didirikan Constantz, bernama Calera, memiliki pabrik percontohan di Teluk Monterrey di California. Instalasi ini mengambil gas CO2 limbah dari pembangkit listrik lokal dan melarutkannya ke dalam air laut untuk membentuk karbonat, yang bercampur dengan kalsium di air laut dan menghasilkan padatan. Begitulah cara karang membentuk kerangka mereka, dan bagaimana Constantz menciptakan semen. Wawancara ini adalah bagian dari seri EarthSky, Biomimicry: Nature of Innovation, diproduksi dalam kemitraan dengan Fast Company dan disponsori oleh Dow. Constantz berbicara dengan EarthSky's Jorge Salazar.
ukuran = "(max-width: 621px) 100vw, 621px" />
Saya mengerti bahwa metode Anda membuat semen, yang dimodelkan dalam cara karang membangun terumbu, adalah contoh dari apa yang disebut "biomimikri."
Biomimikri adalah studi evolusi. Dan itu adalah studi tentang fungsi struktur biologis. Secara historis, ahli paleontologi hanya mempelajari morfologi struktural fosil, karena ahli paleontologi hanya memiliki bentuk fosil yang dapat dilihat. Saat kami mempelajari biomimikri, kami mempelajari bagaimana struktur evolusi disesuaikan dengan lingkungannya, bagaimana fungsinya. Dan mereka adalah hasil evolusi.
Jadi, misalnya, kita melihat organisme seperti karang yang membangun terumbu. Membangun terumbu, karang telah mengembangkan kemampuan yang luar biasa untuk kalsifikasi. Mereka adalah mineralisasi paling produktif di planet ini. Mereka membentuk struktur besar seperti Great Barrier Reef. Dengan melakukan itu, mereka dapat membuat lebih banyak mineral daripada organisme lain yang pernah kita lihat. Mereka telah mengadaptasi struktur khusus.
Dalam melakukan biomimik apa yang dilakukan karang, kami benar-benar berusaha meniru, dalam beberapa kasus, bagaimana mereka dapat melakukan mineralisasi dengan begitu cepat, dengan sangat subur, untuk membuat struktur biologis terbesar di planet ini, seperti Great Barrier Reef.
Kehidupan karang. Kredit Gambar: Toby Hudson
Apa cara paling sederhana Anda bisa menjelaskan proses Anda mengambil CO2 dan membuat beton dari itu?
Ada interaksi alami antara CO2, yang merupakan gas, dan air. Mereka datang ke keseimbangan bersama dan CO2 dilarutkan dalam air. Semakin dingin airnya, semakin banyak CO2 yang terlarut di dalamnya. Ini membentuk molekul lain, CO3, yang kita sebut karbonat. Ini adalah karbonat dalam air berkarbonasi. Semakin tinggi konsentrasi CO2, semakin Anda membentuk karbonat. Ketika kita berinteraksi air dengan sesuatu dengan konsentrasi CO2 yang sangat tinggi, seperti gas buang dari pembangkit listrik, kita mendapatkan lebih banyak, lebih banyak CO2 yang dilarutkan dalam air untuk membentuk karbonat.
Itulah yang dilakukan Calera. Di seberang jalan di sini di Moss Landing, ada penyerap setinggi 110 kaki - ini hanya sebuah alat pencuci vertikal, yang menyemprotkan air laut melalui kolom vertikal yang besar ini. Di dasar kolom muncul gas buang dari pembangkit listrik ini. Itu muncul dari dasar kolom, dan naik dan naik ke atas. Dalam perjalanan keluar, dengan air laut menyemprotkannya, reaksi yang sama terjadi. CO2 masuk ke CO3 karena larut dalam air.
Air laut memiliki kalsium. Ketika kalsium melihat karbonat, Anda membentuk kalsium karbonat, padatan. Itulah batu kapur itu. Begitulah cara karang membentuk cangkangnya. Jadi itulah proses dasarnya. Padatan yang terbentuk - seperti susu - jatuh ke dasar dan dipisahkan. Mereka kering menggunakan limbah panas dari gas buang panas. Ada cara untuk menjebak panas dari gas buang panas - ini disebut penukar panas - sehingga tidak ada pembakaran bahan bakar fosil untuk mengeringkannya. Itu menghasilkan bubuk dalam pengering semprot, yang mirip dengan mesin yang membuat susu bubuk. Dan itu adalah semen. Semen dapat digunakan untuk membuat agregat, batu sintetis seperti batu kapur sintetis, atau dapat dijaga tetap kering sebagai semen dan digunakan dalam formulasi beton.
Apa yang baru tentang proses ini?
Pengendapan kalsium karbonat, yang baru saja saya jelaskan, benar-benar salah satu proses kimia yang paling umum saat ini. Sudah ada selama lebih dari seratus tahun. Kalsium karbonat digunakan sebagai pengisi dalam produk plastik dan makanan. Sangat di mana-mana. Apa yang berbeda tentang apa yang kami lakukan untuk membuat beton dan semen adalah bahwa ketika kita berbicara tentang padatan yang merupakan mineral kristalin, ada berbagai bentuk mineral ini. Misalnya, karbon dalam berlian memiliki komposisi kimia yang sama. Itu hanya karbon. Jadi grafit dan berlian adalah sama. Tetapi mereka terlihat sangat berbeda. Itu karena mereka memiliki struktur kristalografi yang berbeda. Dan itulah yang kami lakukan di sini, adalah kami membentuk struktur kristalografi yang berbeda - dalam hal ini kalsium karbonat - yang memiliki sifat yang sangat berbeda. Beberapa dari mereka memiliki sifat yang membuatnya sangat baik untuk semen, sehingga ketika Anda menambahkan air ke dalamnya, mereka akan direkristalisasi terpisah menjadi sesuatu seperti batu kapur sintetis.
Jalan melalui hutan tua. Kredit Gambar: Chris Willis
Apa yang secara alami mengilhami Anda tentang bagaimana beton dibuat?
Jika Anda melihat sejarah manusia, hal utama yang kami tinggalkan adalah lingkungan buatan. Jika kita melihat peradaban 5.000 tahun yang lalu, kita melihat hari ini, piramida, misalnya. Ketika kita melihat beberapa abad terakhir di Eropa, kita melihat bangunan-bangunan besar, jembatan, bendungan, dan jalan raya.
Ketika Anda melangkah maju seratus tahun dari sekarang, Anda akan melihat bahwa, melihat ke belakang, ada transisi dari menggunakan batu dan mortir kuno yang berasal dari batu kapur, ke beton. Beton, pada kenyataannya, adalah bahan bangunan yang paling banyak digunakan saat ini. Hal utama yang akan ditinggalkan generasi kita untuk generasi baru adalah sejumlah besar beton.
Jadi beton mewakili reservoir luar biasa ini untuk menyimpan sesuatu. Alih-alih menambang batu kapur dan apa yang disebut kalsit untuk membuat semen Portland, dan menambang batu kapur untuk membuat agregat bercampur dengan semen Portland untuk membuat beton, proses kami menyediakan reservoir ini untuk membentuk struktur besar seperti Great Barrier Reef, yang merupakan yang terbesar struktur biologis di planet ini, tidak seperti struktur buatan manusia. Inspirasi itu sama seperti apa pun hanya dalam volume transportasi material yang kita bicarakan.
Bahkan, dari sudut pandang massa, jumlah beton yang dibuat hari ini adalah transportasi massal terbesar dalam sejarah planet ini. Jika Anda melihat semua agregat yang dipindahkan dan semua semen yang dipindahkan untuk beton, aspal, dan dasar jalan, dan kami melihat pembentukan struktur seperti Barrier Reef, itu mewakili miliaran ton CO2 yang telah diambil dari atmosfer melalui lautan. Melalui biomineralisasi, telah dimasukkan ke dalam struktur mineral ini yang menyerap karbon dioksida selamanya.
Jadi, dalam arti yang lebih luas, dari keseimbangan massa skala besar, memindahkan sejumlah besar CO2 ini, yang melampaui semua upaya kami hari ini untuk memitigasi CO2 dengan angin, matahari, pasang surut, mobil rendah emisi, jenis transmisi baru dan semuanya , dan menempatkan CO2 ke dalam lingkungan buatan dan menyimpannya di sana sebagai kegiatan yang menguntungkan, sungguh yang kita lihat di dunia alami.
Bagaimana Anda melihat situasi hari ini tentang cara segala sesuatu dibuat dalam "envirnonment yang dibangun"?
Ada sejumlah besar uang yang diberikan di belakang pendekatan generasi pertama, melompat langsung ke metode industri, untuk menggunakan pendekatan teknik kimia tradisional untuk mencapai tujuan, daripada meniru proses yang digunakan di alam.
Harapan saya adalah untuk melihat bahwa kita merangkul jalur yang lebih biomimetik untuk proses ini, yang lebih canggih dan lebih rumit dan mengikuti apa yang sebenarnya dilakukan alam. Saya percaya dengan sangat tulus bahwa penggunaan karbon yang bermanfaat, pemanfaatan kembali karbon ini dengan cara yang produktif dan berkelanjutan secara ekonomi benar-benar satu-satunya solusi yang kami miliki.
Karena, efisiensi energi adalah tempat kita akan mendapatkan banyak keuntungan. Kami masih akan melihat peningkatan luar biasa dalam karbon dioksida di atmosfer karena semua sumber karbon dioksida yang berkembang di seluruh dunia dengan pembangkit listrik tenaga batu bara dan pabrik semen baru. Bahkan jika kita mencoba dan mendorong energi terbarukan sekeras mungkin, kita masih akan melihat kekuatan listrik kita berasal dari produksi batu bara di seluruh dunia, dan tingkat CO2 akan terus meningkat. Kami benar-benar harus membuat program di mana kami dapat menangkap semua CO2 itu dan kami dapat melakukan sesuatu dengannya.
Kami harus membuat model di mana negara-negara berkembang dan negara-negara maju dapat bekerja pada teknologi yang sama dan benar-benar menghasilkan keuntungan dengan mengeluarkan CO2 dari emisi pabrik batubara ini dan menggunakannya untuk produk-produk yang sudah ada dalam perekonomian mereka, seperti beton, landasan jalan, pengisi untuk aspal dan hal-hal lain yang bisa dilakukan dengan material ini. Saya tidak percaya bahwa ada reservoir lain yang tersedia di mana kita dapat menaruh banyak karbon dioksida. Namun kami memiliki pasar yang indah untuk beton yang sempurna untuk memperkenalkan teknologi ini hari ini, dan menyelesaikan masalah karbon industri beton pada saat yang sama, membawa ekonomi baru yang makmur ke negara-negara yang memilih untuk mengikuti proses ini.
Perubahan apa yang ingin Anda lihat dalam cara kami menciptakan lingkungan buatan?
Saya pikir kita harus benar-benar kembali ke dasar ketika kita memikirkan lingkungan buatan. Ketika kita melihat struktur yang dibangun sebelum kita memiliki baja, misalnya, kita tahu bahwa kita mengetahui tentang prinsip-prinsip ini secara berbeda. Piramida tidak hanya dibangun sebagaimana adanya karena mereka menyukai bentuknya. Itu karena mereka tidak menggunakan baja. Untuk membangun struktur dari batu tanpa baja, Anda perlu memikirkan keseluruhan struktur secara berbeda.
Cara lain yang perlu kita pikirkan kembali lingkungan buatan adalah, misalnya, jalan. Kebanyakan beton digunakan di jalan saat ini. Dan di sini, di A.S., kami hanya membangun jalan ketika paling banyak dibangun dari beton. Dan jalan-jalan tipikal di Eropa tebal beberapa kaki. Dan mereka bertahan lebih lama. Dan alasan untuk itu terkait dengan seluruh pemikiran ekonomi pembangunan jalan ini. Tapi bayangkan jika jalan itu sekarang ditempatkan untuk menyerap karbon dioksida. Semakin tebal jalan, semakin lama berlangsung. Semakin banyak karbon dioksida yang kita sita.
Jadi hari ini, arsitek berpikir, bagaimana saya bisa meminimalkan jumlah beton yang saya gunakan dalam materi saya? Karena kami tertarik untuk meminimalkan kaki karbon sebanyak mungkin. Sebaliknya, kita bisa melihat lingkungan buatan sebagai tempat untuk menyerap karbon dioksida.