Semen 'Bernapas': Menyerap Jutaan Ton CO2, Solusi Lingkungan Konstruksi?

Semen: Sang "Penghisap" Karbon yang Tersembunyi di Balik Konstruksi Kita

Siapa sangka, material konstruksi paling mendasar yang membentuk gedung pencakar langit hingga jalan raya yang kita gunakan sehari-hari, menyimpan rahasia besar dalam upaya mitigasi perubahan iklim? Semen, perekat vital yang menyatukan beton, ternyata memiliki kemampuan alami untuk "bernapas" dan menyerap jutaan ton karbon dioksida (CO₂) dari atmosfer sepanjang masa pakai bangunan dan infrastruktur. Sebuah fenomena yang sering terabaikan, namun memiliki implikasi signifikan terhadap jejak karbon global. Di tengah desakan untuk mengurangi emisi gas rumah kaca, pemahaman tentang peran semen ini membuka perspektif baru tentang bagaimana kita bisa memanfaatkan material yang sudah ada untuk menjadi bagian dari solusi.

Indonesia, sebagai negara dengan pertumbuhan infrastruktur yang pesat, tentu sangat bergantung pada penggunaan semen. Dengan jumlah proyek pembangunan yang masif, mulai dari perumahan, jembatan, hingga fasilitas umum, implikasi dari penemuan ini menjadi sangat relevan. Jika semen yang digunakan dalam setiap proyek di Indonesia dapat dioptimalkan untuk menyerap lebih banyak CO₂, dampaknya terhadap lingkungan akan sangat positif, sekaligus mendukung komitmen Indonesia dalam mencapai target emisi nol bersih.

Mekanisme Penyerapan Karbon: Bagaimana Semen "Bernapas"?

Fenomena penyerapan karbon oleh semen bukanlah hal baru bagi ilmuwan, namun skalanya baru kini mulai terkuantifikasi dengan lebih akurat. Proses ini dikenal sebagai karbonasi, di mana CO₂ dari udara masuk ke dalam pori-pori mikroskopis pada beton atau mortar. Di sana, CO₂ bereaksi dengan produk kaya kalsium dalam semen, kemudian terkunci menjadi mineral stabil yang disebut kalsium karbonat—tidak lain adalah batu kapur. Reaksi kimia ini mengubah CO₂ dari bentuk gas menjadi padatan, secara efektif mengeluarkannya dari atmosfer.

Bayangkan sebuah bangunan beton yang telah berdiri puluhan tahun. Setiap hari, secara perlahan namun pasti, permukaannya melakukan "pernapasan" ini, menarik CO₂ dan menyimpannya. Proses ini terjadi terus-menerus, selama material tersebut terpapar udara dan kelembapan. Kekuatan semen dalam menyerap karbon ini menjadikannya pemain kunci yang selama ini tersembunyi dalam siklus karbon global, sebuah fakta yang kini mulai mendapatkan perhatian yang layak dari para peneliti dan pembuat kebijakan.

Mengukur Jejak Karbon Semen: Studi MIT yang Revolusioner

Untuk pertama kalinya, sebuah studi revolusioner dari MIT Concrete Sustainability Hub berhasil menguantifikasi proses penyerapan karbon ini pada skala nasional. Dengan menggunakan pendekatan yang inovatif, tim peneliti menemukan bahwa semen dalam bangunan dan infrastruktur di Amerika Serikat mampu menyerap lebih dari 6,5 juta metrik ton CO₂ setiap tahun. Angka ini setara dengan sekitar 13 persen dari emisi proses—yaitu CO₂ yang dilepaskan oleh reaksi kimia mendasar selama produksi semen—dalam industri semen AS. Sementara itu, di Meksiko, stok bangunan serupa diperkirakan menyerap sekitar 5 juta ton per tahun. Data ini memberikan gambaran yang jelas tentang seberapa besar kontribusi semen dalam menyerap emisi, dan menunjukkan potensi besar yang bisa dioptimalkan.

Tantangan Estimasi Skala Nasional

Meskipun kimia di balik penyerapan karbon sudah lama diketahui, menghitung besarnya proses ini pada skala besar bukanlah tugas yang mudah. Banyak faktor yang memengaruhi kecepatan dan jumlah penyerapan. Sebuah jalan raya beton di Dallas mungkin menyerap CO₂ secara berbeda dibandingkan dengan apartemen di Kota Meksiko yang dibangun dari unit pasangan bata beton (CMU). Bahkan, pondasi slab yang terkubur di bawah salju di Fairbanks, Alaska, akan "bernapas" dengan kecepatan yang sama sekali berbeda. Hessam AzariJafari, penulis utama studi dan ilmuwan peneliti di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan MIT, menjelaskan bahwa penyerapan karbon sangat sensitif terhadap konteks. Ada empat faktor utama yang mendorongnya: jenis semen yang digunakan, produk yang dibuat (beton, CMU, atau mortar), geometri struktur, serta iklim dan kondisi lingkungan tempat material tersebut terpapar. Bahkan dalam struktur yang sama, penyerapan dapat bervariasi lima kali lipat antar elemen yang berbeda.

Pendekatan Arketipe Inovatif

Mengingat tidak ada dua struktur yang menyerap CO₂ dengan cara yang persis sama, estimasi penyerapan di seluruh negara secara tradisional akan membutuhkan simulasi berbagai elemen berbasis semen—slab, dinding, balok, kolom, perkerasan jalan, dan lainnya. Ditambah lagi, setiap elemen tersebut memiliki usia, geometri, campuran, dan kondisi paparan yang berbeda untuk diperhitungkan. Mengingat pendekatan ini akan seperti mencoba menghitung setiap butiran pasir di pantai, tim peneliti mengambil jalan yang berbeda. Mereka mengembangkan ratusan arketipe, yaitu desain tipikal yang dapat mewakili berbagai bangunan dan infrastruktur. Ini mirip dengan mengukur pantai dengan memetakan bentuk, kedalaman, dan garis pantainya untuk memperkirakan berapa banyak pasir yang biasanya ada di suatu tempat tertentu. Dengan arketipe ini, tim memodelkan bagaimana setiap arketipe menyerap CO₂ di lingkungan yang berbeda dan seberapa umum arketipe tersebut di setiap negara bagian di Amerika Serikat dan Meksiko. Dengan cara ini, mereka tidak hanya dapat memperkirakan berapa banyak CO₂ yang diserap oleh struktur, tetapi juga mengapa angka-angka tersebut berbeda. Pendekatan ini sangat berpotensi untuk diterapkan di Indonesia, mengingat keragaman geografis dan iklim yang ada.

Faktor Penentu Penyerapan CO₂ dalam Konstruksi

Dari penelitian yang mendalam tersebut, dua faktor utama menonjol sebagai penentu signifikan dalam kapasitas penyerapan CO₂ oleh semen. Pemahaman akan faktor-faktor ini sangat krusial bagi Indonesia untuk mengoptimalkan praktik konstruksinya agar lebih berkelanjutan.

Tren Konstruksi dan Jenis Material

Faktor pertama adalah "tren konstruksi," atau bagaimana jumlah konstruksi baru berubah selama lima tahun sebelumnya. Tren ini mencerminkan seberapa cepat produk semen ditambahkan ke dalam stok bangunan, yang pada gilirannya membentuk berapa banyak semen yang dikonsumsi oleh setiap wilayah dan, oleh karena itu, berapa banyak semen yang secara aktif mengalami karbonasi. Semakin banyak bangunan baru, semakin besar potensi penyerapan karbon oleh semen di wilayah tersebut. Faktor kedua adalah rasio mortar terhadap beton, karena mortar yang berpori menyerap CO₂ satu tingkat magnitudo lebih cepat daripada beton yang lebih padat.

Di negara-negara atau wilayah di mana penggunaan mortar lebih tinggi, fraksi penyerapan CO₂ relatif terhadap emisi proses secara signifikan lebih besar. AzariJafari mencatat, "Kami mengamati sesuatu yang unik tentang Meksiko: Meskipun menggunakan setengah jumlah semen dibandingkan AS, negara tersebut memiliki tiga perempat dari penyerapan. Ini karena Meksiko lebih banyak menggunakan mortar dan beton berkekuatan rendah, serta semen kemasan yang dicampur di lokasi. Praktik-praktik inilah mengapa penyerapan mereka menyerap sekitar seperempat dari emisi produksi semen mereka." Pelajaran ini sangat berharga bagi Indonesia. Dengan mempromosikan penggunaan mortar yang lebih luas atau mengembangkan formulasi beton berkekuatan rendah yang tetap memenuhi standar keamanan namun lebih berpori, Indonesia dapat secara drastis meningkatkan kapasitas penyerapan CO₂ dari sektor konstruksinya.

Desain Struktur dan Kondisi Lingkungan

Selain jenis material dan tren konstruksi, desain struktur dan kondisi lingkungan juga memainkan peran vital. Seperti yang dijelaskan oleh AzariJafari, penyerapan CO₂ sangat bergantung pada geometri struktur dan kondisi iklim tempat material terpapar. Struktur dengan luas permukaan yang lebih besar dan pori-pori yang lebih banyak akan memiliki kontak yang lebih baik dengan CO₂ di udara, sehingga mempercepat proses karbonasi. Kondisi iklim yang mendukung, seperti ketersediaan kelembapan yang cukup tanpa terlalu basah atau terlalu kering, juga dapat memengaruhi laju penyerapan.

Di Indonesia, dengan iklim tropis yang lembap dan beragamnya desain bangunan tradisional hingga modern, terdapat peluang besar untuk merancang struktur yang secara inheren memaksimalkan penyerapan karbon. Misalnya, penggunaan elemen desain yang mengekspos lebih banyak permukaan beton ke udara, atau pemilihan material finishing yang tidak menghalangi pori-pori beton, bisa menjadi strategi efektif.

Meningkatkan Penyerapan Karbon: Strategi dan Peluang di Indonesia

Meskipun harus hati-hati pada elemen struktural yang menggunakan tulangan baja, karena penyerapan karbon dapat mempercepat korosi, ada banyak cara untuk meningkatkan penyerapan pada elemen lain tanpa dampak negatif. Randolph Kirchain, direktur MIT Concrete Sustainability Hub, ilmuwan peneliti utama di MIT Materials Research Laboratory, dan penulis senior studi ini, menjelaskan: "Misalnya, meningkatkan jumlah luas permukaan yang terpapar udara mempercepat penyerapan dan dapat dicapai dengan tidak mengecat atau memasang ubin, atau memilih desain seperti waffle slabs dengan rasio luas permukaan-terhadap-volume yang lebih tinggi. Selain itu, menghindari campuran beton yang tidak perlu lebih kuat dan kurang berpori dari yang dibutuhkan akan mempercepat penyerapan sambil menggunakan lebih sedikit semen."

Untuk Indonesia, implikasi dari temuan ini sangatlah besar. Sebagai negara dengan kebutuhan konstruksi yang tinggi dan komitmen terhadap pembangunan berkelanjutan, mengintegrasikan strategi peningkatan penyerapan karbon ke dalam praktik konstruksi dapat memberikan keuntungan ganda. Pertama, membantu mengurangi jejak karbon industri konstruksi. Kedua, berpotensi menciptakan pasar untuk material semen dan beton yang dioptimalkan untuk penyerapan CO₂. Strategi yang bisa diterapkan meliputi:

• Optimalisasi Desain Bangunan: Mendorong penggunaan desain arsitektur dan struktural yang memaksimalkan eksposur permukaan beton ke udara, seperti penggunaan beton ekspos atau elemen bangunan dengan profil permukaan yang lebih kompleks.
• Penggunaan Material yang Tepat: Menganjurkan penggunaan campuran semen dan beton dengan porositas yang lebih tinggi, terutama untuk aplikasi di mana kekuatan ultra-tinggi tidak mutlak diperlukan, misalnya pada elemen non-struktural atau dinding partisi.
• Inovasi Material: Mendorong penelitian dan pengembangan semen "berpori" atau aditif yang dapat meningkatkan kapasitas penyerapan CO₂ tanpa mengorbankan integritas struktural.
• Edukasi dan Regulasi: Memberikan edukasi kepada para pemangku kepentingan di industri konstruksi tentang potensi penyerapan karbon oleh semen dan mungkin mengintegrasikan praktik-praktik ini ke dalam regulasi bangunan hijau nasional.

Dengan demikian, semen tidak hanya berfungsi sebagai fondasi fisik pembangunan, tetapi juga sebagai bagian integral dari solusi iklim.

Masa Depan Semen dan Lingkungan: Akurasi Inventaris Karbon

"Ada peluang nyata untuk menyempurnakan bagaimana penyerapan karbon dari semen direpresentasikan dalam inventaris nasional," komentar AzariJafari. "Bangunan di sekitar kita dan beton di bawah kaki kita secara terus-menerus 'menghirup' jutaan ton CO₂. Namun demikian, beberapa nilai yang disederhanakan dalam kerangka kerja pelaporan yang banyak digunakan dapat menyebabkan estimasi yang lebih tinggi daripada apa yang kita amati secara empiris. Mengintegrasikan sains terbaru ke dalam inventaris dan pedoman internasional seperti Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) akan membantu memastikan bahwa angka yang dilaporkan mencerminkan realitas material dan temporal dari sektor ini."

Dengan menawarkan estimasi penyerapan karbon yang pertama kali rigorus dan berbasis 'bottom-up' pada skala nasional, karya tim ini memberikan gambaran yang lebih representatif tentang dampak lingkungan semen. Saat kita berupaya mendekarbonisasi lingkungan binaan, memahami apa yang sudah dilakukan oleh struktur kita di latar belakang mungkin sama pentingnya dengan inovasi yang kita kejar di masa depan. Pendekatan yang dikembangkan oleh peneliti MIT ini dapat diperluas ke negara-negara lain, termasuk Indonesia, dengan menggabungkan basis data stok bangunan global dengan statistik produksi semen nasional. Hal ini juga dapat menginformasikan desain struktur yang dengan aman memaksimalkan penyerapan CO₂, mengubah semen dari sekadar material bangunan menjadi sekutu dalam perjuangan melawan perubahan iklim.