Untuk pertama kalinya, telah dilakukan uji coba terhadap sebuah bahan hidrogel yang terbuat dari nanoselulosa dan ganggang sebagai opsi baru dalam bahan arsitektur yang lebih ramah lingkungan. Penelitian ini dilakukan oleh tim dari Chalmers University of Technology di Swedia dan Wallenberg Wood Science Center. Mereka menunjukkan bahwa bahan berkelanjutan yang melimpah ini dapat dicetak 3D menjadi berbagai komponen arsitektur dengan menggunakan energi yang jauh lebih sedikit dibandingkan metode konstruksi tradisional.
Industri konstruksi saat ini memiliki dampak besar terhadap lingkungan, dengan mengonsumsi sebagian besar sumber daya fosil dunia, menghasilkan limbah global yang signifikan, dan menyebabkan emisi karbon dioksida yang tinggi. Oleh karena itu, penelitian tentang biomaterial dan aplikasinya semakin mendapat perhatian, sebagai langkah menuju masa depan yang lebih hijau.
Nanoselulosa sendiri bukanlah bahan baru, namun pemanfaatannya dalam bentuk hidrogel belum pernah sebelumnya diaplikasikan dalam bidang arsitektur. Biasanya, nanoselulosa digunakan dalam bidang biomedis sebagai bahan untuk membuat rangkaian 3D guna pertumbuhan jaringan dan sel, karena memiliki sifat biokompatibel dan dapat menyerap air.
Dalam penelitian ini, tim menggunakan serat nanoselulosa yang dicampur dengan air, dan ditambahkan dengan bahan berbasis ganggang yang disebut alginat. Alginat memberikan fleksibilitas tambahan pada bahan saat mengering, sehingga memungkinkan untuk proses pencetakan 3D.
Selulosa, sebagai bahan utama dalam nanoselulosa, dipandang sebagai alternatif yang ramah lingkungan untuk menggantikan plastik karena merupakan salah satu produk sampingan dari industri kayu, yang merupakan salah satu industri terbesar di dunia.
Cetak 3D dan Nanoselulosa: Teknik yang Efisien dalam Penggunaan Sumber Daya
Dalam dunia arsitektur saat ini, teknologi digital telah menjadi semakin mudah diakses, membuka peluang bagi penggunaan beragam teknik baru. Namun, masih terdapat kekurangan pengetahuan tentang cara penerapan teknik-teknik ini. Menurut European Green Deal, yang berlaku mulai tahun 2030, bangunan di Eropa harus lebih hemat sumber daya. Hal ini dapat dicapai dengan cara lebih banyak menghasilkan dan menggunakan kembali bahan-bahan, seperti nanoselulosa, yang merupakan produk sampingan dari industri. Pada saat yang sama, dengan meningkatnya kebutuhan akan bangunan yang lebih ramah lingkungan, teknologi digital juga dianggap penting untuk mencapai tujuan tersebut.
Salah satu teknik yang efisien dalam penggunaan energi adalah dengan memanfaatkan sifat-sifat hidrogel nanoselulosa yang bisa mengental saat diberi tekanan. Saat tekanan diberikan, bahan ini menjadi cair sehingga bisa dicetak dalam bentuk 3D, tetapi saat tekanan dihilangkan, bahan ini tetap mempertahankan bentuknya. Hal ini memungkinkan para peneliti untuk bekerja tanpa menggunakan proses yang membutuhkan banyak energi seperti yang biasa digunakan dalam industri konstruksi.
Malgorzata Zboinska dan timnya telah merancang berbagai jalur alat yang digunakan dalam proses pencetakan 3D dengan robot. Mereka ingin melihat bagaimana hidrogel nanoselulosa akan bereaksi saat mengering dalam berbagai bentuk dan pola. Bentuk-bentuk yang telah mengering ini kemudian dapat dijadikan dasar untuk merancang berbagai komponen arsitektur, seperti pembatas ruangan ringan, tirai, dan sistem panel dinding. Selain itu, bentuk-bentuk tersebut juga dapat digunakan untuk melapis komponen bangunan yang sudah ada, seperti genteng untuk dinding, elemen akustik untuk meredam suara, dan juga dikombinasikan dengan bahan lain untuk membentuk dinding.
Masa depan bahan bangunan yang lebih hijau
Studi ini memberikan langkah-langkah awal untuk menunjukkan potensi peningkatan skala dari konstruksi membran nanoselulosa yang dikeringkan di lingkungan, dicetak 3D, serta pemahaman baru tentang hubungan antara desain jalur deposit material melalui pencetakan 3D, dan efek dimensional, tekstural, dan geometris pada konstruksi akhir. Pengetahuan ini merupakan batu loncatan yang diperlukan yang akan memungkinkan Malgorzata Zboinska dan timnya untuk mengembangkan, melalui penelitian lebih lanjut, aplikasi nanoselulosa dalam produk arsitektur yang perlu memenuhi persyaratan penggunaan yang spesifik secara fungsional dan estetika.
Referensi :
[1] https://www.chalmers.se/en/current/news/3d-printed-nanocellulose-upscaled-for-green-architectural-applications,c3922527 diakses pada 18 Februari 2024
[2] Malgorzata A. Zboinska, Sanna Sämfors, Paul Gatenholm. Robotically 3D printed architectural membranes from ambient dried cellulose nanofibril-alginate hydrogel. Materials & Design, 2023; 236: 112472 DOI: 10.1016/j.matdes.2023.112472
