Artikel ini disponsori oleh Wingify Earth
Dalam kemenangan signifikan untuk keberlanjutan, para peneliti di Institut Teknologi India, Madras (IIT-M), telah menemukan cara yang menarik untuk memproses konstruksi daur ulang dan puing-puing penghancuran yang melibatkan energi panas matahari. Para peneliti yang dipimpin oleh Profesor Ravindra Gettu, Profesor Ketua VS Raju di Departemen Teknik Sipil, menggunakan radiasi matahari terkonsentrasi untuk memanaskan beton limbah dari pembongkaran untuk menghasilkan agregat beton daur ulang (RCA) kelas struktural.
Para peneliti berpendapat bahwa RCA ini memiliki kualitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang diperoleh dari penghancuran mekanis konvensional. Mereka mengklaim bahwa beton yang dibuat menggunakan teknologi ini memenuhi persyaratan untuk aplikasi struktural seperti jembatan, bangunan, dan jalan raya.
Demonstrasi teknologi ini dilakukan di ‘India One Solar Thermal Power Plant’ di ‘Shantivan,’ markas besar Brahma Kumaris — sebuah organisasi pendidikan, filantropis, dan spiritual terkenal yang dikelola wanita di Gunung Abu, Rajasthan. Pembangkit listrik tenaga panas matahari ini memiliki 770 konsentrator surya untuk menghasilkan listrik menggunakan uap yang dihasilkan pada tekanan tinggi.
Beroperasi sejak 2017, pembangkit ini menyediakan listrik bagi sekitar 25.000 orang dengan biaya yang masuk akal dan pemeliharaan yang rendah. Dua dari konsentrator digunakan dalam uji coba skala penuh untuk mengolah limbah beton. Temuan demonstrasi ini baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal terkenal dan peer-review, Bahan dan Struktur.
Makalah yang diterbitkan ditulis bersama oleh peneliti Rohit Prajapati, Surender Singh, BK Jayasimha Rathod, dan juga Prof Ravindra Gettu.
Tapi bagaimana RCA ini dibandingkan dengan beton konvensional yang dibeli dari pengecer?
Berbicara kepada The Better India, Prof Gettu berkata, “Beton yang dihancurkan dari limbah pembongkaran biasanya memiliki banyak semen tua yang mengeras menempel di permukaan agregat batu. Ini mungkin membuatnya tidak cocok untuk didaur ulang dalam beton baru karena mortar semen lama menyebabkan zona kelemahan dan memungkinkan perembesan air.
Dia menambahkan, “RCA yang diproduksi dengan pemanasan melalui energi matahari memiliki mortar semen yang jauh lebih sedikit yang menempel pada agregat batu, menjadikannya lebih baik untuk aplikasi struktural. Jadi, beton yang dibuat dengan agregat semacam itu akan sama bagusnya dengan agregat konvensional yang dibuat dengan agregat batu (alam) murni. Ini berlaku untuk semua aplikasi struktural seperti jembatan, gedung, dan jalan raya.”
Tim IITM dengan staf Brahma Kumaris di India One Solar Plant, Shantivan, Rajasthan
Memahami masalah
Tak perlu dikatakan bahwa beton adalah bahan yang paling umum digunakan dalam konstruksi secara universal, dengan produksi tahunan diperkirakan antara 10–30 miliar ton. Konsumsi global agregat konstruksi, termasuk yang dibutuhkan untuk membuat beton, diproyeksikan mencapai 63 miliar ton pada tahun 2024, menurut berbagai penelitian.
Hampir semua permintaan agregat saat ini dipenuhi oleh penggalian dan penambangan yang ekstensif, yang menyebabkan menipisnya sumber daya mineral primer. Selain itu, banyak negara mengalami kekurangan agregat halus karena larangan penambangan pasir sungai untuk menghindari kerusakan lingkungan yang serius.
Sementara itu, kegiatan konstruksi menghasilkan limbah yang cukup besar, diperkirakan sekitar 3 miliar ton per tahun. Beberapa negara maju mendaur ulang hingga 90% limbah konstruksi dan penghancuran (C&D), sementara yang lain masih menggunakan pembuangan dalam jumlah besar di tempat pembuangan sampah.
Apa metode konvensional yang digunakan di India saat ini untuk menangani limbah beton?
Profesor Gettu mencatat, “Sebagian besar limbah beton di India telah dibuang di tempat pembuangan sampah dan daerah dataran rendah, atau digunakan sebagai bahan dasar di lokasi konstruksi. Banyak kota baru-baru ini mendirikan pabrik daur ulang untuk memproses limbah beton yang dibawa ke mereka. Mereka memisahkan, menghancurkan, dan menyortir beton yang dihancurkan untuk digunakan dalam banyak aplikasi, termasuk beton baru. Namun, biaya untuk pembeli mungkin lebih tinggi daripada agregat murni dari kuari. Selain itu, ada keraguan di kalangan pengguna tentang penggunaan beton daur ulang karena asal dan pengolahannya tidak jelas.”
Cara rasional untuk menyediakan pasokan agregat alternatif adalah melalui daur ulang limbah C&D, yang akan mengurangi penambangan agregat dan membebaskan ruang yang digunakan di tempat pembuangan sampah. Studi ini mencoba untuk mengurangi keterbatasan teknik termomekanis konvensional sehubungan dengan emisi berbahaya melalui pemanfaatan energi surya terkonsentrasi.
Proses
Menurut siaran pers yang dikeluarkan oleh Institut, “Dengan menggunakan energi matahari terkonsentrasi untuk pemanasan, manfaat termo-mekanis dari limbah beton menghasilkan bahan daur ulang berkualitas tinggi. Ini dapat menggantikan agregat batu (logam biru) dan pasir dalam beton.”
“Dalam studi perintis ini, beton dari lokasi pembongkaran dipanaskan menggunakan radiasi matahari yang terkonsentrasi melalui reflektor besar dan penerima besi tuang hingga lebih dari 550 derajat Celcius dan kemudian digosok secara mekanis untuk menghasilkan RCA kasar dan halus, dengan sifat yang mirip dengan agregat murni. ” rilis pers selanjutnya menambahkan.
Jadi apa yang dimaksud dengan “pemanfaatan termomekanis limbah beton”?
Profesor Gettu menjelaskan proses ini kepada kami. “Dalam benefisiasi termomekanis, beton limbah dari pembongkaran dipanaskan hingga sekitar 500 derajat Celcius, didinginkan hingga suhu sekitar, dan digosok secara mekanis dengan penggilingan. Proses pemanasan dan pendinginan melemahkan ikatan antara mortar semen lama dan agregat batu karena perbedaan pemuaian termal di antara keduanya, menghasilkan agregat yang ‘lebih bersih’ tanpa mortar yang melekat. Sehingga kualitas agregat lebih baik,” ujarnya.
Apa kesimpulan utama dari penelitian ini? Ada tiga, menurut Prof Gettu.
1. Diamati bahwa suhu yang diperlukan sekitar 500 derajat Celcius dapat dicapai dan dipertahankan untuk jangka waktu yang lama dengan pengaturan penerima reflektor yang digunakan.
Menguraikan poin ini, dia berkata, “Tantangan pertama dalam menggunakan radiasi matahari terkonsentrasi adalah untuk memastikan bahwa bongkahan limbah beton dapat dipanaskan hingga 500 derajat Celcius selama sekitar satu jam, karena hal ini belum pernah didemonstrasikan sebelumnya. Hal ini dimungkinkan di Pembangkit Listrik Tenaga Surya Satu India karena reflektor canggih yang melacak matahari dan memfokuskan energi ke area kecil, yaitu mulut penerima. Penerima terbuat dari besi tuang yang menyerap panas dan menjaga agar limbah beton tetap panas secara merata.”
2. Sifat-sifat agregat yang dihasilkan ternyata sebanding dengan RCA yang diproduksi dalam tanur listrik, dengan hasil total produk daur ulang menjadi 90% dari beton umpan.
3. Hasil awal beton yang dibuat dengan RCA menunjukkan kesesuaiannya untuk aplikasi beton biasa.
Pembongkaran bangunan dan limbah beton
Memecahkan masalah
Sejarah inisiatif penelitian ini dimulai pada tahun 2016 saat diskusi tentang keberlanjutan konstruksi dengan mantan direktur IIT Madras, Prof Bhaskar Ramamurthy. Dia telah bertanya kepada Prof Gettu tentang tantangan daur ulang beton dan kebutuhan energi yang lebih tinggi untuk menghancurkan beton lama.
“Prof Ramamurthy bertanya kepada saya apakah ada cara lain untuk membuatnya lebih layak. Saya mengatakan bahwa memanaskan beton akan memudahkan pemisahan bahan-bahannya, tetapi itu akan membutuhkan banyak energi lagi. Belakangan, dia menelepon saya dan seorang kolega yang bekerja pada energi matahari dan bertanya apakah kami dapat bekerja sama untuk melihat apakah radiasi matahari yang terkonsentrasi dapat memanaskan beton lama, membuatnya lebih mudah untuk didaur ulang,” kenangnya.
Segera setelah pertemuan ini, ada pelamar PhD, Rohit Prajapati, yang mengatakan kepada mereka saat wawancara masuk bahwa dia ingin mengerjakan daur ulang beton. Jadi, profesor yang bersangkutan membawanya ke program doktor dan dia mulai mengerjakan topik ini.
“Awalnya kami memanaskan beton di tanur listrik untuk mempelajari suhu dan durasi pemanasan yang dibutuhkan. Hasilnya sangat menjanjikan. Namun, kami tidak dapat meminta siapa pun untuk mengizinkan kami menggunakan reflektor matahari untuk memanaskan beton. Entah suhu yang dihasilkan terlalu rendah atau peralatan digunakan oleh proyek lain, atau mereka khawatir potongan beton akan merusak cermin di reflektor, ”kenangnya.
Pada saat genting ini, rekan Prof Gettu dengan santai menyebutkan bahwa pembangkit tenaga surya yang dijalankan oleh Brahma Kumaris memiliki reflektor yang sangat besar. Setelah itu, Prof Gettu menghubungi seorang kerabat yang merupakan pengikut Brahma Kumaris. Orang itu akhirnya menghubungkannya dengan Dr Jayasimha, yang menjalankan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Satu India.
“Ketika saya menjelaskan kepadanya apa yang ingin kami lakukan, dia langsung mengizinkan kami menggunakan dua reflektor, dan seperti yang mereka katakan, sisanya adalah sejarah,” kenangnya.
Aplikasi dunia nyata
“Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan pembuktian konsep bahwa radiasi matahari dapat digunakan dalam pemanfaatan termomekanis limbah beton untuk menghasilkan bahan daur ulang berkualitas baik untuk beton baru,” kata Prof Gettu.
Studi ini menyajikan bukti kuat untuk menggunakan energi surya terkonsentrasi untuk mendaur ulang limbah beton dengan janji daur ulang limbah beton skala besar. Ini akan secara signifikan mengurangi jejak energi dari pemrosesan limbah konstruksi dan penghancuran, dan mengarah pada penghematan bahan baku dan listrik. Hasil akhirnya juga terciptanya ekonomi sirkular.
Namun, dia melanjutkan dengan menambahkan, “Kami membutuhkan dana untuk mendirikan pabrik percontohan untuk mempelajari kelayakan peningkatan. Kami cukup positif bahwa hal itu dapat dilakukan. Kami belum memiliki siapa pun yang menghubungi kami karena kami baru saja menerbitkan temuan kami.”
Diedit oleh Pranita Bhat; Gambar milik IIT-Madras
