BRIN

Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN) adalah lembaga pemerintah yang berada di bawah dan bertanggung jawab langsung kepada Presiden Republik Indonesia. BRIN memiliki tugas menjalankan penelitian, pengembangan, pengkajian, dan penerapan, serta invensi dan inovasi yang terintegrasi.

Bagaimana Mikroba Membuat Bangunan Bisa Memperbaiki Kerusakannya Sendiri?

Kompas.com - 10/11/2021, 17:00 WIB
Ilustrasi beton KOMPAS/LASTI KURNIAIlustrasi beton

Oleh: Idris, M. Si., dan Erwin Fajar Hasrianda M.Sc.,

TINGGINYA intensistas gempa di bumi pertiwi ini berdampak terhadap sejumlah besar kerusakan serta robohnya bangunan-bangunan, terutama bangunan beton. Ini merupakan konsekuensi logis dari posisi geografis Indonesia yang berada di zona ring of fire – cincin api pasifik.

Di Indonesia, terdapat sejumlah besar gunung api aktif di dalamnya. Dampak dari keberadaan gunung-gunung api ini adalah seringnya gempa di bumi Indonesia akibat aktivitas vulkanik dari kumpulan gunung api tersebut.

Indonesia juga berada di antara 3 lempeng bumi yang terus aktif bergerak. Ketika terjadi gesekan antar lempeng atau patahan, maka akan menyebabkan gempa tektonik. Hal ini menjadikan Indonesia sebagai salah satu negara dengan frekuensi gempa yang tertinggi di dunia.

Merujuk kepada informasi yang disampaikan oleh Kepala Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika (BMKG), Prof. Dwikorita Karnawati, disebutkan bahwa frekuensi kejadian gempa bumi di Indonesia setiap tahun semenjak 2018 hingga sekarang terus menunjukkan terjadinya peningkatan.

Baca juga: Berita Baik, Peneliti Temukan Mikroba Pendaur Ulang Plastik

BNPB menyampaikan bahwa setidaknya dalam bencana gempa di Palu, Sulawesi Tenggara pada 2018 saja, kerugian fisik akibat kerusakan infrastrutur ditaksir mencapai Rp 15,58 triliun.

Selain itu, sekalipun tidak sampai merobohkan suatu bangunan, gempa juga dapat menyebabkan retakan. Keretakan yang ditimbulkan ini merupakan bahaya senyap. Bangunan yang retak sejatinya telah berkurang secara signifikan daya tahan dan daya pakainya.

Retakan yang dihasilkan akan membuat udara dan air mudah masuk ke dalam struktur beton. Ini akan menyebabkan baja penyangganya akan mudah berkarat serta beton menjadi rapuh. Jika sudah demikian bangunan dapat roboh sewaktu-waktu dan membahayakan jiwa siapapun yang tengah berada di dalamnya. Padahal beton merupakan jenis material konstruksi yang paling banyak digunakan di berbagai jenis bangunan baik di Indonesia maupun di dunia.

Lebih jauh, umumnya beton memiliki masa pakai selama 20-30 tahun. Setelah masa tersebut volume beton cenderung menciut karena proses alamiah dari material ini. Penyusutan volume ini tentunya akan dapat menyebabkan sejumlah keretakan di beton. Mulai dari keretakan halus yang lebih kecil dari rambut manusia, hingga keretakan besar hingga beberapa sentimeter.

Fenomena ini bisa terjadi karena efek pemanasan-pendinginan lingkungan sekitar, penyusutan dini beton, dampak dari beban mekanis dan kombinasi dari faktor-faktor tersebut yang diterima beton. Oleh karena itu, keretakan pada beton merupakan fenomena yang memang tak dapat dihindari (de Rooij et al., 2013; Isaacs et al., 2013).

Keretakan ini, jika tidak lekas ditangani, akan banyak mengurangi kekuatan bangunan dan berbahaya bagi keselamatan. Akumulasi keretakan akan menjadikan bangunan beton menjadi rapuh dan runtuh seluruhnya. Di sisi lain, upaya untuk memperbaiki keretakan membutuhkan biaya yang terbilang tidak sedikit.

Oleh karena itu, dibutuhkan teknologi serta material konstruksi khusus yang mampu mengurangi dampak kerusakan dari gempa bumi pada bangunan, khususnya di bangunan beton.

Baca juga: Efektifkah Jamur Pelapuk dan Mikroba Jadi Penghilang Bau Kali Item?

Dalam mengatasi persoalan ini, belakangan ilmuwan mulai mengembangkan teknologi self healing concrete (SHC). Singkatnya teknologi yang dapat membuat beton mampu memperbaiki sendiri retakannya. Alhasil, bangunan menjadi lebih kokoh, aman dan memiliki masa pakai yang lebih lama.

Selain itu, teknologi ini secara tidak langsung juga dapat memberikan dampak positif ke lingkungan dan berperan dalam menekan perkembangan pemanasan global. Ini dapat terwujud dengan menurunkan konsumsi semen yang pada akhirnya dapat mengurangi dampak lingkungan akibat emisi polusi dari kegiatan produksi semen.

Salah satu teknologi teknologi SHC yang telah dikembangkan adalah dengan menambahkan campuran mikroba sebagai agen penguat beton.

Mikroba sebagai agen self healing concrete

Mengingat demikian praktisnya penggunaan semen dan beton dalam bangunan, tampaknya penggunaan beton sebagai material utama bangunan belum akan ditinggalkan dalam waktu dekat ini. Untuk mengatasi bahaya keretakan pada bangunan beton, saat ini ilmuwan tengah berupaya mengembangkan mikroba yang mampu secara otomatis menambal retakan yang terjadi pada beton.

Mungkin bukan suatu hal yang umum diketahui oleh banyak orang bahwa mikroba juga berperan dalam proses pembentukan mineral di alam. Kemampuan mikroba dalam pembentukan (sintesa) mineral atau jamak disebut dengan biomineralisasi dapat dimanfaatkan pada teknologi SHC.

Salah satu mikroba yang dapat dimanfaatkan untuk teknologi ini adalah bakteri penginduksi kalsium karbonat melalui aktivitas metabolismenya. Kalsium karbonat yang dihasilkan bakteri ini dapat berfungsi sebagai perekat, sebagaimana halnya kalsium karbonat yang merupakan bahan utama campuran semen.

Bakteri ini bukanlah bakteri yang biasa. Selain mampu menginduksi proses mineralisasi, ia juga mampu membentuk spora. Spora ini terbentuk sebagai mekanisme pertahanan bakteri ketika ia ada pada kondisi yang tidak menguntungkan. Pada kondisi ini sel bakteri akan berada dalam kedaan dorman (hibernasi).

Spora memiliki keuntungan berupa ketahanan yang lebih pada kondisi lingkungan ekstrem, seperti suhu tinggi atau rendah, pH sangat asam atau sangat basa, dan tekanan tinggi.

Ketika ditambahkan ke dalam campuran semen, seiring dengan proses pengerasan beton, bakteri ini akan mulai membentuk spora untuk bertahan di dalam beton. Kemudian ketika timbul retakan pada beton, air dan udara akan masuk ke dalam beton yang kemudian akan membangunkan bakteri dari fase hibernasinya.

Baca juga: Mikroba Esktrem Ditemukan Terperangkap Kristal di Dasar Laut Jepang

Bakteri yang sudah bangun akan menjadi aktif memperbanyak diri dan melalui aktivitas metabolismenya, akan membentuk presipitasi kalsium karbonat dari lingkungan yang ada di sekitarnya.

Mineral yang dihasilkan ini kemudian akan mengisi celah retakan-retakan yang ada. Kalsium karbonat yang dihasilkan akan merekatkan kembali beton yang retak, sehingga dapat memperbaiki kembali kekuatan bangunan (Gambar 1 dan 2).

Setelahnya, bakteri akan kembali dorman seiring dengan tertutupnya retakan yang ada pada beton dan kembali aktif ketika terjadi retakan baru.

Zhang (2020) Gambar 1. Visualisasi kalsium karbonat hasil presipitasi dari bakteri (warna cokelat) dapat mengisi pori-pori yang ada seiring perbaikan keretakan beton yang dilakukan.

Keuntungan mikroba pada self healing concrete

Pengembangan teknologi SHC ini masih tergolong baru. Mengutip dari laman European Patent Office, teknologi SHC berbasis mikroba ini baru mulai dirintis pada 2006 oleh seorang ilmuwan mikrobiologi asal Belanda dari Universitas Delft, Hendrik Marius Jonkers. Penemuannya ini mengantarkan dia dan timnya mendapatkan penghargaan European Inventor Award 2015.

Jonkers menggunakan dua jenis bakteri yaitu, Bacillus pseudormus and Bacillus cohnii yang dienkapsulasi menggunakan clay (tanah liat) berukuran 2-4 mm. Teknologi ini dapat menjaga agen bakteri yang digunakan bertahan dalam keadaan dorman sampai dengan 200 tahun.

Dalam periode kurang lebih dari dua dekade terakhir ini, para ilmuwan sudah semakin mengembangkan teknologi ini. Hasil yang diperoleh sangat menjanjikan. Pemberian tambahan bakteri tersebut ternyata terbukti secara ilmiah mampu meningkatkan kekuatan mekanik beton.

Bahkan, sintesa kalsium karbonat dari bakteri dapat semakin meningkatkan kekuatan beton tersebut (Lucas dkk, 2018). Hal ini karena selama proses pengerasan mikroba, SHC akan membentuk presipitasi kalsium karbonat yang dapat meningkatkan kepadatan dan kekuatan beton (Gambar 2).

Keuntungan lainnya adalah proses hidrasi beton juga dapat berlangsung lebih cepat, sehingga beton dapat mengeras dalam waktu yang lebih singkat. Beton dengan teknologi ini juga memiliki sifat permeabilitas yang rendah terhadap penetrasi air dan ion klorida.

Ini dikarenakan presipitasi kalsium karbonat mikroba SHC dapat menutupi celah (pori) pada beton. Hal ini mengakibatkan air akan sulit masuk ke dalam beton sehingga mengurangi resiko korosi rangka baja di dalam beton karena rembesan senyawa perusak logam, misalnya ion klorida.

Kelebihan lain dari teknologi ini adalah proses perbaikan retakan pada tempat yang umumnya terpencil dan sulit diakses yang biasanya lebih sulit untuk dideteksi. Ini karena proses perbaikan otomatis akan berlangsung pada titik mana pun terjadinya retakan (Qian dkk, 2021).

Pengujian teknologi SCH berbasis mikroba ini belum banyak dilakukan uji coba skala besar di lapangan dan lebih banyak dilakukan dalam skala laboratorium. Terhitung dari tahun 2015-2020, teknologi ini baru mulai serius dikembangkan dan diujicobakan di lapangan terbatas di beberapa negara, seperti Belanda, Inggris, Belgia, Cina, dan beberapa negara lainnya.

Baca juga: Demi Efisiensi, Ahli Bakal Bikin Bahan Bakar Roket dari Mikroba di Mars

Beberapa jenis bangunan yang pernah diuji cobakan meliputi terowongan, basement, saluran air, dan jalur kereta api. Hasil pengujian di lapangan menunjukkan bahwa teknologi beton ini memang layak untuk diterapkan secara luas. Akan tetapi hingga saat ini, teknologi ini masih terhambat untuk bisa diterima secara luas di pasaran.

Qian dkk, 2021 Gambar 2. (A) Mekanisme self healing pada beton oleh mikroba (Sumber: Lucas dkk, 2018), (B) Perbandingan antara beton dengan mikroba SHC (PSC) dengan beton biasa (NC)

Apa potensi selanjutnya?

Salah satu tantangan terbesar dari pemanfaatan secara luas teknologi ini adalah biaya produksi agen mikroba SHC yang masih tinggi. Sebagaimana yang disampaikan oleh Qian dkk (2021), adanya penambahan mikroba SHC akan meningkatkan biaya produksi sebesar 10.8 dollar AS per meter kubik beton atau sekitar 2,3 sampai 3,9 kali lebih tinggi dibandingkan beton biasa (Stanaszek-Tomal, 2020).

Oleh karena itu, saat ini ilmuwan tengah mencari solusi untuk dapat menurunkan biaya produksi agen mikroba self healing (terutama media produksi dan nutrisi) dan mengurangi ketergatungan mikroba self healing terhadap air. Tentunya ini menjadi tantangan sekaligus peluang riset dan pengembangan bersama, sampai nantinya teknologi ini bisa digunakan secara luas.

Terlepas dari proses menekan biaya produksinya yang masih perlu dikembangkan lebih lanjut, tidak bisa dimungkiri bahwa pengembangan teknologi SHC berbasis mikroba ini dapat bernilai strategis dalam sektor infrastruktur. Lebih-lebih di Indonesia, teknologi ini tentunya sangat tepat dikembangkan karena faktanya negara ini berada di wilayah rawan gempa dan tentu potensi retakan pada bangunan sangatlah tinggi.

Dengan penerapan dari teknologi ini, ketahanan bangunan bisa menjadi lebih baik serta usia pakai suatu bangunan juga bisa menjadi lebih panjang. Pada gilirannya, biaya untuk perbaikan bangunan bisa berkurang dan mengurangi penggunaan semen. Tentunya ini memberikan keuntungan secara ekonomi.

Sementara itu, dari kacamata lingkungan hidup, mengurangi penggunaan konsumsi semen akan berarti menekan produksi gas rumah kaca yang tertimbulkan sebagai emisi dalam produksi semen. Dengan demikian teknologi ini secara tidak langsung mendukung konsep teknologi ramah lingkungan.

Menariknya lagi, penggunaan mikroba SHC tidak hanya bisa memperbaiki keretakan di beton, mikroba ini juga sekaligus dapat bekerja memerangkap gas karbon dioksida (CO2) yang ada di atmosfer. Dengan demikian teknologi SHC ini dapat turut meminimalisir dampak pemanasan global.

Namun, perlu disampaikan juga bahwa mikroba yang bersumber dari wilayah dan negara lain belum tentu dapat bekerja optimum ketika digunakan di iklim Indonesia. Faktor lingkungan sangat berpengaruh pada aktivitas mikroba. Oleh karena itu, idealnya dikembangkan juga SHC dengan menggunakan mikroba lokal Indonesia.

Pengembangan teknologi SHC yang disesuaikan dengan kondisi unik iklim Indonesia diharapkan dapat memberikan hasil lebih maksimal dan bahkan lebih baik dari teknologi SHC dari negara lain.

Terbuka lebar kemungkinan untuk dapat mewujudkan ini. Mengingat sebagai negara tropis dengan berbagai kondisi alam yang kaya, tentunya Indonesia menyimpan keragaman mikroba yang sangat melimpah. Adalah sangat mungkin di alam Indonesia ini bisa didapatkan strain mikroba yang potensial dimanfaatkan dalam teknologi SHC.

Bahkan, jenis mikroba yang bisa menjawab tantangan yang saat ini masih belum terpecahkan dalam komersialisasi teknologi SHC berbasis mikroba.

Mempertimbangkan melimpahnya keragaman kekayaan mikroba dengan berbagai tipe ekosistem yang unik, hal tersebut sangatlah memungkinkan. Catatan penting lainnya, teknologi SHC ini baru salah satu dari pemanfaatan potensi mikroba yang telah dikembangkan dan tentunya masih banyak potensi lain yang dimiliki oleh mikroba.

Idris, M. Si.,

Peneliti bidang Mikrobiologi pada Pusat Penelitian Biologi, BRIN

Erwin Fajar Hasrianda M.Sc.,

Peneliti Bidang Genetika pada Pusat Penelitian Biologi, BRIN

Catatan: Tulisan ini merupakan bagian pertama dari seri artikel yang akan terbit setiap bulan. Bagian berikutnya dari tulisan ini akan terbit pada pertengahan Desember 2021.

 

Dapatkan update berita pilihan dan breaking news setiap hari dari Kompas.com. Mari bergabung di Grup Telegram "Kompas.com News Update", caranya klik link https://t.me/kompascomupdate, kemudian join. Anda harus install aplikasi Telegram terlebih dulu di ponsel.



Video Pilihan

Rekomendasi untuk anda
26th

Tulis komentarmu dengan tagar #JernihBerkomentar dan menangkan e-voucher untuk 90 pemenang!

Syarat & Ketentuan
Berkomentarlah secara bijaksana dan bertanggung jawab. Komentar sepenuhnya menjadi tanggung jawab komentator seperti diatur dalam UU ITE
Laporkan Komentar
Terima kasih. Kami sudah menerima laporan Anda. Kami akan menghapus komentar yang bertentangan dengan Panduan Komunitas dan UU ITE.
komentar
Close Ads X
Lengkapi Profil
Lengkapi Profil

Segera lengkapi data dirimu untuk ikutan program #JernihBerkomentar.