Para insinyur di Universitas Pennsylvania telah mengembangkan beton cetak 3D yang inovatif, yang tidak hanya meningkatkan kinerja struktural tetapi juga secara aktif menyerap karbon dioksida (CO₂). Inisiatif ini merupakan respons terhadap kebutuhan mendesak untuk mengurangi jejak lingkungan industri konstruksi, yang menyumbang sekitar 9% dari emisi gas rumah kaca global.
Inti dari inovasi ini adalah penggabungan tanah diatom (diatomaceous earth/DE), bahan biogenik yang berasal dari alga mikroskopis yang telah membatu. DE, yang dikenal karena struktur berpori seperti spons, terbukti efektif dalam menjebak CO₂. Para peneliti juga memasukkan struktur permukaan minimal periodik tiga kali lipat (TPMS), yang terinspirasi oleh bentuk-bentuk alami seperti karang dan tulang, untuk memaksimalkan luas permukaan internal dan kekakuan sambil meminimalkan penggunaan material. Pendekatan ini mengatasi tantangan umum dalam ilmu material, di mana peningkatan porositas sering kali menyebabkan penurunan kekuatan. Sebaliknya, struktur beton yang baru ini menunjukkan peningkatan kekuatan seiring waktu.
Dalam pengujian, komponen yang dicetak 3D menggunakan beton baru ini menunjukkan pengurangan material yang signifikan, yaitu 68% lebih sedikit dibandingkan dengan blok beton konvensional. Rasio luas permukaan terhadap volume meningkat lebih dari 500%, yang secara dramatis meningkatkan kapasitas penyerapan CO₂. Struktur TPMS yang dihasilkan mempertahankan 90% kekuatan tekan dari versi padatnya, dan mencapai penyerapan CO₂ 32% lebih tinggi per unit semen. Kemampuan penyerapan CO₂ beton ini hingga 142% lebih tinggi daripada campuran standar, yang secara substansial mengurangi kandungan semen.
Para peneliti di Universitas Pennsylvania sedang berupaya untuk meningkatkan skala teknologi ini untuk elemen struktural berukuran penuh, seperti lantai, fasad, dan panel penahan beban. Potensi aplikasinya meluas ke infrastruktur kelautan, seperti terumbu karang buatan. Porositas dan kompatibilitas ekologis dari beton DE-TPMS menjadikannya ideal untuk mendukung kehidupan laut, karena permukaannya yang luas membantu organisme laut menempel dan tumbuh, sementara material tersebut secara pasif menyerap CO₂ dari air di sekitarnya.
Penelitian ini, yang diterbitkan dalam jurnal Advanced Functional Materials, menyoroti pergeseran penting menuju bahan bangunan berkelanjutan yang tidak hanya ramah lingkungan tetapi juga mampu mendukung infrastruktur berskala besar. Dengan mengurangi limbah material dan secara aktif berkontribusi pada mitigasi karbon, pengembangan beton cetak 3D Universitas Pennsylvania ini mewakili langkah maju yang signifikan dalam menciptakan masa depan konstruksi yang lebih hijau dan tangguh.