Para ilmuwan menggunakan bakteri dan pasir untuk memproduksi bahan bangunan yang berkelanjutan tanpa suhu tinggi.

Untuk membangun kota yang berkelanjutan, para ilmuwan dari ETH Zurich sedang memfokuskan perhatian mereka pada beberapa makhluk terkecil di bumi. Arsitek dan peneliti Karen Antorveza Paez menggabungkan biologi dengan manufaktur digital, menggunakan bakteri hidup, pasir, dan teknologi robotik untuk memproduksi komponen bangunan yang kuat tanpa membakar bahan bakar fosil. Perkembangan ini ditujukan untuk salah satu penyebab terbesar kerusakan lingkungan global. Produksi semen menyumbang sekitar 8% dari emisi karbon global, terutama karena bahan kunci harus diproduksi dalam tungku besar pada suhu yang sangat tinggi.

Tanpa perlu perlakuan panas, Antorveza Paez merekrut bakteri tanah yang mampu menghasilkan "lem mineral" — Sporosarcina pasteurii. Dia menjelaskan, "Kami menggunakan bakteri untuk memproduksi pengikat mineral." Sebuah lengan robotik secara berulang menerapkan bakteri, bahan yang diperlukan untuk kristalisasi, dan pasir ke permukaan, memungkinkan pertumbuhan secara bertahap.

Bagaimana Bakteri Mendorong Produksi Bahan Bangunan

Tanpa perlu tungku, mikroba menginduksi pengendapan kalsium karbonat sehingga bakteri hidup dapat mengikat pasir dan partikel longgar menjadi komponen struktural yang kuat tanpa perlakuan panas yang tinggi. Meskipun ide ini tidak baru, para ahli sebelumnya telah mempertimbangkan kemungkinan metode ini untuk membangun struktur di Mars. Bakteri menghasilkan ion karbonat dalam campuran melalui enzim alami yang memecah urea. Ketika ion ini berinteraksi dengan kalsium klorida, mereka membentuk kristal batu kapur mikroskopis yang secara mekanis mengikat butiran pasir pada suhu kamar, sehingga mengeraskan material. Antorveza Paez menjelaskan, "Ini sedikit seperti memanggang kue, adonan yang Anda miliki masih sangat plastis dan rapuh, hanya oven yang dapat mengubahnya menjadi substansi yang kuat.

”Dalam pekerjaannya, bakteri berperan sebagai oven.

Tantangan dan Aplikasi Bio-semen

Tim mengembangkan dua metode manufaktur digital untuk menciptakan elemen bangunan bio-semen. Para peneliti menggunakan tinta biologis kustom, yang terdiri dari air, getah alami, pasir, dan bakteri hidup, untuk mengembangkan proses pencetakan 3D. Setelah dicetak, struktur menjalani proses mineralisasi selama dua hingga lima hari, dengan pembaruan harian untuk memberikan nutrisi yang diperlukan. Seperti oven, bakteri mengeraskan material pada suhu kamar, dan setelah pengeringan, meninggalkan komponen mineral yang sepenuhnya mengeras dan tidak aktif.

Namun, tantangan kekuatan masih ada. Metode kedua adalah menggunakan lengan robotik untuk menyemprotkan pasir, bakteri, dan agen mineral secara bergantian ke permukaan, terinspirasi oleh struktur batuan mikroba alami, seperti stromatolit. Dia menyatakan, "Sebagai seorang arsitek, biasanya saya tidak tahu dengan tepat apa yang terkandung dalam material — itu diproduksi di tempat lain." Dia terpesona oleh cara alam menemukan metode untuk memproduksi material yang sangat kompleks dan berharap dapat memanfaatkan hal ini untuk menyelesaikan masalah saat ini. Ini adalah pendekatan yang menjanjikan, tetapi bio-semen belum siap untuk menggantikan beton struktural.

Saat ini, kekuatannya lebih mendekati mortar, lebih cocok untuk elemen non-beban, seperti dinding pemisah atau panel fasad. Selain itu, reaksi kimia yang menghasilkan amonia adalah produk sampingan polutan yang perlu ditangani atau didaur ulang dengan aman. Antorveza Paez menambahkan, "Kecuali kita mempertimbangkan penanganan produk sampingan kimia ini, penggunaan bio-semen untuk konstruksi sayangnya tidak berkelanjutan."

Pada Biennale Arsitektur Venesia 2025, sebuah instalasi selama enam bulan dilakukan, menunjukkan struktur bio-semen yang tumbuh secara real-time di depan pengunjung, menunjukkan potensi konstruksi otomatis. Para ilmuwan telah membuktikan bahwa bakteri dapat menghasilkan bahan bangunan. Sekarang, tantangannya adalah membuat material ini cukup kuat untuk mendukung kota-kota kita.

Perkembangan dan Tantangan Teknologi Bio-semen

Penelitian ini menunjukkan potensi penggunaan bakteri dan pasir untuk memproduksi bahan bangunan, terutama dalam kontribusi mengurangi emisi karbon. Meskipun bio-semen belum mencapai tingkat kekuatan beton struktural, aplikasinya dalam elemen non-beban tetap menarik. Selain itu, masalah penanganan produk sampingan kimia juga menyoroti kompleksitas dalam pengembangan bahan bangunan berkelanjutan. Seiring dengan kemajuan teknologi, mungkin akan ada lebih banyak solusi inovatif yang muncul di masa depan, mendorong industri konstruksi menuju arah yang lebih ramah lingkungan.