Ditulis oleh Muhammad Nelwan Gunawan..

Pemanasan global merupakan salah satu permasalahan yang dihadapi dunia dari periode industrialisasi hingga saat ini. Salah satu penyebab utamanya adalah emisi gas CO2 yang salah satu kontributornya adalah sektor konstruksi. United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCC) yang merupakan dewan di bawah naungan PBB menciptakan solusi untuk menghadapi permasalahan ini, yaitu dengan membuat Perjanjian Paris yang ditandatangani oleh 195 negara, termasuk Indonesia. Namun faktanya, emisi gas CO2 terus meningkat. Menurut UNFCC, pada tahun 2023 terjadi kenaikan emisi gas CO2 sebesar 1,9 % dibanding emisi pada tahun 2022 (EDGAR, 2024) dan 37 % dari total emisi dihasilkan dari sektor konstruksi (UNEP, 2023)..

Sektor konstruksi adalah sektor penghasil gas CO2 terbesar selain industri minyak dan gas. Proses pemanasan dan pembuatan material konstruksi seperti semen dan cat menjadi penghasil utama CO2  (UNEP, 2023). Pemerintah Indonesia saat ini cukup gencar dalam membangun infrastruktur dalam negeri, salah satunya adalah pembangunan IKN. Ditinjau dari segi ekonomi, pengembangan infrastruktur ini sangatlah penting untuk meningkatkan perekonomian negara. Namun, di sisi lain kita harus memperhatikan emisi CO2 yang akan semakin meningkat dan efek jangka panjangnya. Oleh karena itu, dibutuhkan solusi yang tepat untuk menangani permasalahan ini, yaitu dengan menerapkan prinsip konstruksi bangunan hijau dan smart building..

Bangunan hijau adalah konsep bangunan yang menerapkan efisiensi energi dan memperhitungkan dampak pada lingkungan dari tahap perancangan, pemilihan material konstruksi yang digunakan hingga bangunan tersebut dibuat. Bangunan hijau sering disandingkan dengan konsep smart building yaitu mengintegrasikan pengontrolan secara elektronik dan otomatis pada bangunan hijau (Aesia, 2023). Inovasi yang penulis ajukan untuk mewujudkan kedua konsep ini adalah penerapan cat pintar yang dinamakan Chameleon Carbon Capture Smart Paint (3C Smapa) sebagai pelapis bangunan-bangunan yang akan dibuat. .

3C Smapa ini selain berfungsi untuk memberikan sisi estetika pada bangunan, juga memiliki keunikan spesial, yaitu dapat menyerap gas CO2 di udara tanpa melibatkan mesin apapun. Bahan dasar pembuatan cat diperoleh dari daur ulang limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) dan sekam padi sebagai sumber selulosa sehingga lebih ramah lingkungan. Pigmen fotokromik juga ditambahkan di dalam cat ini yang berfungsi untuk mengontrol perubahan warna (seperti halnya chameleon/bunglon) sesuai dengan intensitas cahaya. Tujuan penambahan fitur ini adalah untuk meminimalkan penggunaan energi. Selain itu, pada bangunan juga dapat diintegrasikan sebuah machine learning yang berfungsi untuk mengontrol temperatur ruangan. Pengintegrasian ini dilakukan untuk menciptakan kenyamanan dan meminimalkan penggunaan AC. Diagram alir algoritma machine learning ini disajikan pada Gambar 1. .

.

Gambar 1. Diagram alir algoritma machine learning pengontrolan suhu ruangan.

Mekanisme penyerapan CO2 oleh cat pintar ini sebenarnya cukup sederhana, yaitu garam alkali asam amino akan bereaksi dengan CO2 membentuk senyawa bikarbonat dan karbamat yang bisa terpresipitasi menjadi senyawa karbonat yang stabil seperti yang ditunjukkan pada Persamaan 1 dan 2. Garam alkali asam amino yang cocok digunakan adalah sodium lysinate yang dibuat dari larutan alkali dengan L-Lysine (Ngwu dkk., 2024). L-Lysine termasuk ke dalam asam amino esensial yang dapat kita peroleh dari hidrolisis LCPKS dengan HCL 6 N, enzim protease, dietilamino etanol, larutan penyangga fosfat, dan piridin. Hasil hidrolisis kemudian dipisahkan dengan kromatografi penukar ion (Rahmi Sari dkk., t.t.). .

Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Ngwu dkk (2024), cat ini dapat menyerap 40 gram CO2 per liter cat. Konsentrasi sodium lysinate yang paling optimum adalah 3 M dengan peningkatan kapasitas adsorpsi CO2 hingga 70 % dibanding cat biasa. Perbandingan konsentrasi sodium lysinate terhadap jumlah CO2 yang teradsorpsi dapat dilihat pada Gambar 2 (Ngwu dkk., 2024).

.

$\begin{array}{c}C{O}_2+AANH+H_{2}O\to AAN{H}_2^{+}+HC{O}_3^{-}\left(1\right)\end{array}$

.

$\begin{array}{c}C{O}_2+2A{A}^{-}NH\to A{A}^{-}NCO{O}^{-}+A{A}^{-}N{H}_2^{+}\left(2\right)\end{array}$

.

.

Gambar 2. Grafik Perbandingan Konsentrasi Sodium Lysinate (C) Terhadap Jumlah CO2 yang teradsorpsi (Ngwu dkk., 2024).

Selain sodium lysinate, cat pintar ini ditambahkan thickener yang berasal dari bahan alami yaitu hydroxyethylcellulose (HEC). HEC cocok dipilih karena memiliki sifat tiksotropik (sifat suatu material yang dapat menjadi encer setelah diaduk, namun kembali mengental setelah didiamkan) yang baik. Jadi, viskositas cat akan menurun saat diaduk, dan akan mengental setelah menempel pada dinding pada bangunan. Efek ini dapat mencegah delaminasi cat sehingga cat dapat melapisi bangunan dengan lebih kuat. Selain itu, HEC juga mudah larut dalam air, biodegradable, dan memiliki kompatibilitas yang baik dengan berbagai senyawa aditif terutama aditif yang biodegradable juga seperti sodium lysinate (WOTAI, 2024). Proses pembuatan dimulai dengan pencampuran selulosa yang sudah dihaluskan dan larutan urea 11–12 wt.-%, NaOH 7–8 wt.-%. Kemudian tiap 200 gram larutan ini, ditambahkan senyawa klorohidrin dan diaduk selama 1 jam dengan kenaikan temperatur dari 25oC ke 50oC hingga akhirnya menghasilkan HEC dengan struktur seperti pada gambar 3 (Zhou dkk., 2006).

Sumber selulosa yang penulis sarankan adalah sekam padi. Seperti yang kita ketahui, tanaman padi di Indonesia sangatlah banyak. Hal ini dibuktikan dengan data negara-negara penghasil beras terbanyak di dunia pada periode 2023/2024 dan Indonesia menempati peringkat keempat (Shahbandeh, 2024). Komposisi selulosa pada sekam padi juga cukup tinggi, yaitu mencapai 35 persen dibanding hemiselulosa dan lignin yang masing-masing hanya mencapai 20 persen (Ugheoke & Mamat, 2012). Ekstraksi selulosa dari sekam padi juga cukup mudah. Sekam yang sudah dihaluskan dicampurkan dengan 4 wt-% NaOH, kemudian padatan yang terbentuk dicuci dan ditambahkan larutan penyangga asam asetat (proses bleaching) (Johar dkk., 2012). Oleh karena itu, sangat disayangkan jika potensi sumber daya alam ini tidak dimanfaatkan.

.

Gambar 3. Struktur Molekul Hydroxyethyl Cellulose (Azzam, 2022).

Pigmen fotokromik turut ditambahkan pada cat ini. Pigmen ini dapat berubah warna akibat absorpsi sinar UV dengan intensitas tertentu yang terdapat pada sinar matahari. Absorpsi sinar oleh pigmen akan menyebabkan perubahan struktur molekul yang sifatnya reversibel. Antara satu struktur dengan struktur lainnya, memiliki serapan sinar UV yang berbeda. Jadi ketika ada perubahan intensitas cahaya atau panjang gelombang (misal dari kondisi terang, menjadi gelap) maka struktur molekul akan berubah. Salah satu pigmen fotokromik yang cocok ditambahkan adalah spiropyran (SP). Spyropyran adalah pigmen yang umumnya berwarna kuning pucat, lalu warnanya bisa berubah menjadi berbagai macam, salah satunya adalah warna coklat dan merah terang seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 5. Perubahan warna ini disebabkan oleh isomerisasi spyropyran menjadi merocyanine (MC) dan bentuk zwitterion-nya (MCH+E dan MCH+Z) yang masing-masing memiliki serapan cahaya bervariasi mulai dari 321 nm hingga 560 nm sesuai dengan Gambar 4. .

Pigmen ini dapat dibuat dengan adsorpsi larutan pigmen pada saponit dan pillared saponit (dibuat dari campuran suspensi saponit dan larutan AlCl3-NaOH dengan rasio molar 0,45) dalam kondisi asam (pH 2) atau basa (pH 13). Tujuan pemilihan saponit adalah untuk meningkatkan stabilitas termal dan biokompatibilitas dari pigmen. Umumnya, larutan pigmen yang dibuat pada kondisi asam akan memiliki kemampuan reversibel yang lebih baik (Cavalcanti dkk., 2022).

.

Gambar 4. Struktur Spiropyran dan Isomernya (Cavalcanti dkk., 2022).

Gambar 5. Contoh Perubahan Warna Sampel Spiropyran Sebelum dan Sesudah Disinari Sinar UV (Cavalcanti dkk., 2022).

Variasi warna yang terjadi pada cat ini dapat memberikan kelebihan pada sisi estetika dan mempengaruhi psikologis manusia di sekitarnya. Menurut Grant-Hays, warna dapat mempengaruhi emosi dan reaksi fisik seseorang. Hasil penelitian membuktikan bahwa tiap warna memberikan kesan psikologis yang berbeda-beda (Grant-Hays, 2003). Contohnya, warna jingga dan merah dapat memberikan kesan hangat dan memberikan efek ruang terasa sempit sehingga memberikan kenyamanan pada penghuninya untuk saling berbincang (Meliana & Darmayanti, 2023). Selain itu, variasi warna cat yang terjadi dapat meningkatkan efisiensi energi pada bangunan. Warna yang lebih terang akan mengabsorpsi energi yang lebih sedikit sehingga temperatur di dalam ruangan menjadi lebih stabil dan penggunaan AC dapat diminimalisir (Dejtiar, 2023)..

Efisiensi energi pada bangunan dapat lebih ditingkatkan dengan pengontrolan temperatur ruangan secara otomatis. Pemasangan detektor yang terintegrasi machine learning menjadi salah satu solusi. Detektor yang terpasang pada dinding bangunan akan memancarkan cahaya pada bangunan yang dilapisi cat. Kemudian, detektor akan menangkap cahaya dengan intensitas tertentu yang direfleksikan oleh cat. Intensitas cahaya yang direfleksikan oleh cat tergantung pada warnanya dan perubahan warna cat mengindikasikan seberapa besar intensitas cahaya matahari yang menyinari bangunan. Nilai ini menjadi input untuk machine learning. Jika intensitas cahaya yang dideteksi ternyata cukup untuk menyebabkan kenaikan temperatur (diatas intensitas aman), maka machine learning akan memberikan perintah untuk menurunkan tirai yang akan menutupi jendela. Tirai yang dipakai adalah material transparan yang dapat mengurangi laju kalor yang akan memasuki ruangan dan thermal loss sehingga material ini dapat memberikan insulasi pada bangunan (Transparent Insulation Material) sehingga temperatur di dalam ruangan dijaga tetap stabil walau di luar cahaya matahari cukup terik. Selain itu, karena sifatnya yang transparan, penghuni bangunan tetap dapat melihat lingkungan di sekitar bangunan. Material yang cocok digunakan adalah polimer seperti poliesterkarbonat sehingga tirai dapat dengan mudah digulung kembali jika terdeteksi bahwa intensitas cahaya matahari sudah menurun (Paneri dkk., 2019).

Produk ini juga dapat menjadi solusi dalam mengatasi isu peningkatan emisi gas CO2 terutama dari aktivitas konstruksi bangunan yang terus meningkat. Sodium lysinate yang ditambahkan pada cat ini terbukti dapat menyerap gas CO2 hingga 40 gram per liter cat. Penambahan pigmen fotokromik juga berperan dalam memberikan sisi estetika dan efisiensi energi. Pigmen jenis ini memiliki berbagai variasi warna yang dapat menyerap intensitas dan energi berbeda-beda akibat adanya perubahan struktur molekul. Selain itu, bangunan juga dilengkapi oleh detektor intensitas cahaya yang terintegrasi dengan machine learning sehingga lapisan insulasi dapat dikontrol secara otomatis untuk menstabilkan temperatur ruangan tanpa membutuhkan AC..

DAFTAR PUSTAKA.

Aesia. (2023, November 1). Apa itu Green Building? Manfaat dan Fungsinya Untuk Kehidupan Yang Lebih Baik. https://aesia.kemenkeu.go.id/berita-properti/properti/apa-itu-green-building-manfaat-dan-fungsinya-untuk-kehidupan-yang-lebih-baik-104.html

Azzam, K. M. A. (2022). A novel and simple dynamic coating capillary electrophoresis method for the chiral separation and quantification of mitiglinide enantiomers using hydroxyethyl cellulose as a dynamic coating agent. Pharmazie, 77(3–4), 95–102. https://doi.org/10.1691/ph.2022.1166

Cavalcanti, G. R. S., Souprayen, C., Guillermin, D., Rodrigues, F., Fonseca, M. G., & Jaber, M. (2022). Designing photochromatic pigments based on clay minerals and spiropyran. Dyes and Pigments, 204. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2022.110358

Dejtiar, F. (2023, September 21). Energy Efficiency Now Offers a Technical Justification for Colors. ArchDaily. https://www.archdaily.com/1006605/energy-efficiency-now-offers-a-technical-justification-for-colors

EDGAR. (2024). GHG Emissions of All World Countries. European Commission. https://edgar.jrc.ec.europa.eu/report_2024

Grant-Hays, B. (2003). Color in Small Spaces : Palettes and Styles to Fit Your Home. McGraw-Hill.

Johar, N., Ahmad, I., & Dufresne, A. (2012). Extraction, preparation and characterization of cellulose fibres and nanocrystals from rice husk. Industrial Crops and Products, 37(1), 93–99. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2011.12.016

Meliana, M., & Darmayanti, T. E. (2023). Pengaruh Warna di Ruang Kamar Tidur Terhadap Produktivitas Selama Pandemi pada Mahasiswa. Waca Cipta Ruang, 9(1), 63–68. https://doi.org/10.34010/wcr.v9i1.7933

Ngwu, G., Suleman, H., Ahmad, F., Qadir, D., Shamair, Z., Nasir, Q., & Nawaz, M. (2024). Passive Direct Air Capture of Carbon Dioxide with an Alkaline Amino Acid Salt in Water-Based Paints. Energies, 17(2). https://doi.org/10.3390/en17020320

Paneri, A., Wong, I. L., & Burek, S. (2019). Transparent insulation materials: An overview on past, present and future developments. Dalam Solar Energy (Vol. 184, hlm. 59–83). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.03.091

Rahmi Sari, I., Ayu Oksari, A., Kresnawaty, I., Program Studi Kimia FMIPA Universitas Nusa Bangsa Bogor, A., Studi Biologi FMIPA Universitas Nusa Bangsa Bogor, P., & Penelitian Bioteknologi dan Bioindustri Indonesia, P. (t.t.). PEMISAHAN ASAM AMINO DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT DENGAN KROMATOGRAFI PENUKAR ION.

Shahbandeh, M. (2024, Januari 31). Rice Consumption Worldwide in 2023/2024, by Country (in 1,000 Metric Tons). www.statista.com. https://www.statista.com/statistics/255971/top-countries-based-on-rice-consumption-2012-2013/

Ugheoke, B. I., & Mamat, O. (2012). A critical assessment and new research directions of rice husk silica processing methods and properties. Article in Maejo International Journal of Science and Technology. https://doi.org/10.14456/mijst.2012.31

UNEP. (2023, September 12). Building Materials And The Climate: Constructing A New Future. https://www.unep.org/resources/report/building-materials-and-climate-constructing-new-future#:~:text=The%20buildings%20and%20construction%20sector,have%20a%20significant%20carbon%20footprint

WOTAI, chem. (2024). HEC For Paints and Coatings. https://wotaichem.com/hec-for-paints/#:~:text=Hydroxyethyl%20cellulose%20HEC%20is%20a,delamination%20of%20the%20latex%20paint

Zhou, J., Qin, Y., Liu, S., & Zhang, L. (2006). Homogenous synthesis of hydroxyethylcellulose in NaOH/urea aqueous solution. Macromolecular Bioscience, 6(1), 84–89. https://doi.org/10.1002/mabi.200500148

 .