- Tim peneliti mengembangkan 14 jenis paduan berbasis besi dengan peningkatan kekuatan yang signifikan.
- Metode baru mengurangi biaya produksi sebesar 8.1% dan memanfaatkan kotoran dalam limbah logam.
- Paduan baru ini sepenuhnya diproduksi dari limbah daur ulang tanpa menambahkan besi baru.
- Teknologi ini dapat diperluas untuk daur ulang baja, aluminium, dan paduan tembaga, dengan aplikasi yang luas.
Peneliti dari China dan Jerman telah mengembangkan total 14 jenis paduan berbasis besi menggunakan limbah daur ulang, yang menunjukkan peningkatan kekuatan yang signifikan dan biaya lebih rendah lebih dari 8% dibandingkan alternatif tradisional. Proyek ini dilakukan oleh Shanghai Jiao Tong University, City University of Hong Kong, East China University of Science and Technology, Central South University di China, serta Max Planck Institute for Sustainable Materials di Jerman. Dalam penelitian ini, tim menciptakan metode pembelajaran mesin yang mengubah kotoran dalam limbah logam menjadi paduan yang lebih kuat, alih-alih menghilangkannya. Metode ini menghasilkan 14 jenis paduan berbasis besi dengan peningkatan kekuatan tarik sebesar 15.2% dan peningkatan daya tarik saat patah sebesar 73.2%.
Liuliu Han, pemimpin kelompok mitra di Max Planck Institute for Sustainable Materials dan salah satu penulis bersama penelitian ini, menyatakan: "Metode tradisional adalah dengan menambahkan bahan baku untuk mengencerkan kotoran dalam limbah logam." Metode baru ini mengurangi biaya produksi sebesar 8.1%.
Makna Lingkungan dari Metode Baru
Secara global, sekitar 2 miliar ton logam diproduksi setiap tahun, sebagian besar berasal dari bahan yang baru ditambang. Namun, proses produksi ini juga menyumbang sekitar 40% emisi gas rumah kaca industri dan 10% konsumsi energi global. Meskipun daur ulang dapat secara signifikan mengurangi masalah lingkungan ini, limbah logam sering kali mengandung kotoran dan komposisi kimia yang bervariasi. Hal ini membuat produksi paduan dengan sifat mekanik yang dapat diprediksi menjadi rumit. Produsen biasanya mengencerkan kotoran dengan menambahkan logam baru, tetapi proses ini memerlukan energi tambahan dan meningkatkan emisi karbon. Untuk mengatasi tantangan ini, kerangka pembelajaran mesin para peneliti memandang kotoran sebagai elemen paduan yang berpotensi berguna.
Sistem ini menggunakan algoritma dan jaringan saraf untuk mencari campuran logam dan metode pengolahan yang paling sesuai, serta menganalisis faktor-faktor seperti suhu, waktu pemrosesan, kekuatan tarik, dan daya tarik untuk memprediksi kombinasi mana yang dapat memberikan kinerja yang lebih baik. Desain yang paling menjanjikan akan diuji, dan hasilnya akan dikembalikan ke sistem untuk prediksi di masa depan.
Untuk menguji metode ini, tim menggunakan bahan industri umum yang memiliki kekuatan dan fleksibilitas serta dapat mentolerir kotoran—besi cor. Secara global, sekitar 120 juta ton besi cor diproduksi setiap tahun. Para ilmuwan mengevaluasi 17 desain paduan yang diusulkan oleh kerangka tersebut, di mana 14 di antaranya menunjukkan kombinasi kekuatan dan daya tarik terbaik dalam kumpulan data besi daur ulang yang ada. Paduan baru ini menunjukkan peningkatan kekuatan tarik sebesar 15.2% tanpa kehilangan daya tarik, atau peningkatan daya tarik sebesar 73.2% tanpa mengorbankan kekuatan. Menurut para ilmuwan, paduan ini sepenuhnya diproduksi dari limbah daur ulang tanpa menambahkan besi baru.
Peluang Aplikasi di Masa Depan
Mereka yakin bahwa teknologi ini dapat diperluas untuk daur ulang baja, aluminium, dan paduan tembaga, serta dapat diterapkan dalam infrastruktur transportasi, energi, dan manufaktur industri.
Liuliu Han merinci bagaimana metode ini mengubah kotoran logam menjadi keuntungan. Dalam sebuah pernyataan, ia menyatakan: "Dengan demikian, kami mengembangkan strategi pembelajaran mesin baru yang mengubah kotoran ini dari masalah menjadi keuntungan, memungkinkan kami merancang paduan yang tidak hanya dapat mentolerir kontaminan, tetapi bahkan dapat mengambil manfaat dari mereka." Penelitian ini telah dipublikasikan di jurnal Science Advances.
Item Spesifikasi Kekuatan Tarik Meningkat 15.2% Daya Tarik Meningkat 73.2% Pengurangan Biaya 8.1%
Dampak Lingkungan dan Ekonomi dari Teknologi Paduan Baru
Terobosan penelitian ini terletak pada pemanfaatan pembelajaran mesin untuk mengubah kotoran dalam limbah logam menjadi keuntungan paduan, menunjukkan manfaat ganda bagi lingkungan dan ekonomi. Proses produksi logam tradisional tidak hanya mengkonsumsi banyak energi, tetapi juga menyebabkan emisi karbon yang tinggi, sementara teknologi baru ini mengurangi masalah tersebut melalui daur ulang. Ini tidak hanya meningkatkan kinerja material, tetapi juga menurunkan biaya produksi, menyediakan solusi berkelanjutan untuk aplikasi industri di masa depan, terutama dalam bidang transportasi dan infrastruktur energi yang penting.