Bê tông khoáng sinh học hấp thụ nhiều CO2 hơn

Chịu trách nhiệm cho gần 9% lượng khí thải nhà kính toàn cầu, bê tông với thành phần chính là xi măng giải phóng lượng lớn khí CO2 trong quá trình sản xuất, do đó là vật liệu gây ô nhiễm bậc nhất Trái đất.

Nhưng một nhóm chuyên gia thuộc Đại học Pennsylvania đang cố gắng đem lại một tương lai “sạch” hơn cho bê tông. Bằng công nghệ in 3D với tảo hóa thạch và tái thiết kế cấu trúc bên trong, họ cho ra đời hỗn hợp vật liệu nhẹ ít xi măng nhưng vẫn bền chắc, lại hấp thụ nhiều CO2 hơn bê tông truyền thống đến 142%. Họ gọi đó là bê tông khoáng sinh học.

Bê tông khoáng sinh học ít xi măng nhưng vẫn bền chắc, lại hấp thụ nhiều CO2 hơn bê tông truyền thống - Ảnh: Đại học Pennsylvania

Độ bền và tính bền vững

Mấu chốt nằm ở đất tảo cát - chất bột được tạo thành từ hóa thạch của tảo cát cực nhỏ. Dựa trên cấu trúc lấy cảm hứng từ san hô và sao biển, loại bê tông khoáng sinh học mới thu được nhiều carbon hơn, dùng ít vật liệu hơn và một ngày nào đó có thể trở thành công cụ phục hồi hệ sinh thái biển.

Nghiên cứu tảo cát thời gian dài, Giáo sư Shu Yang (thành viên nhóm phát triển) nhận ra tiềm năng ứng dụng khả năng hấp thụ CO2 tự nhiên của chúng vào vật liệu xây dựng: “Thông thường nếu tăng diện tích bề mặt hay độ xốp thì sẽ mất đi độ bền. Nhưng với trường hợp này điều ngược lại xảy ra. Cấu trúc trở nên bền chắc hơn theo thời gian”.

Bước đột phá trên phụ thuộc vào không chỉ bản thân vật liệu mà còn vào cải tiến cấu trúc. Đồng tác giả Masoud Akbarzadeh cho biết nhóm lấy cảm hứng từ bề mặt tối thiểu tuần hoàn 3 lần (TPMS) ở san hô và sao biển. Đây là cấu trúc hình học lặp lại trong cả 3 hướng, tối đa hóa diện tích bề mặt lẫn độ cứng mà giảm lượng vật liệu sử dụng đến mức thấp nhất có thể. Họ dùng kỹ thuật tĩnh học đồ họa đa diện lập bản đồ cách các lực di chuyển qua TPMS, qua đó thiết kế nên cấu trúc tối ưu.

Sau khi cấu trúc được tạo hình, máy in 3D với mực đặc biệt sẽ tạo ra từng lớp bê tông. Bên trong bê tông cũng lắp thêm cáp dự ứng lực làm tăng độ bền.

Mặc dù xốp, bê tông khoáng sinh học lại cứng đi khi hấp thụ CO2 giữ được 90% độ cứng như bê tông đặc, dùng ít hơn 68% vật liệu, hấp thụ CO₂ cao hơn 32% trên mỗi đơn vị xi măng.

Hiện tại nhóm nỗ lực sản xuất thành phần kiến trúc lớn từ bê tông khoáng sinh học chẳng hạn mặt ngoài công trình, tấm ốp hay thậm chí hạ tầng hàng hải. Tất cả đều đòi hỏi gia cố phức tạp.

Cambinh