[Vui lòng đăng ký trang Youtube của Pacific Group tại
https://www.youtube.com/channel/UCAxje1GxiUpZD6MEcR0f5Jg/videos
Chúng tôi có các buổi chia sẻ về kinh doanh thực tế hàng tuần]
Các nhà khoa học tạo ra năng lượng tái tạo sinh học được làm hoàn toàn từ vật liệu phế thải
Mẫu thử nghiệm của một bàn tay Phật được cung cấp bởi Dazu Rock Carvings, một Di sản Thế giới được UNESCO công nhận ở Trung Quốc. Tiến sĩ Yang Yang đã thực hiện công việc sửa chữa bằng phương pháp sinh học tại Đại học Trùng Khánh, Trung Quốc. Dung dịch xử lý sinh học không màu, cho phép các công việc phục hồi duy trì màu sắc ban đầu của chạm khắc. Ảnh: Đại học Công nghệ Nanyang
Các nhà khoa học từ Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore (NTU Singapore) đã tìm ra cách tạo ra chất gia cường sinh học từ chất thải, làm cho xi măng thay thế cho xi măng thông thường trở nên xanh hơn và bền vững hơn.
Xăng sinh học là một dạng xi măng tái tạo thường sử dụng vi khuẩn để tạo ra phản ứng đông cứng liên kết đất thành một khối rắn.
Các nhà khoa học của NTU hiện đã quản lý để sử dụng hai chất thải phổ biến, bùn cacbua công nghiệp và urê - từ nước tiểu của động vật có vú - để tạo ra quá trình sinh học.
Họ đã phát triển một quy trình trong đó phản ứng của urê với các ion canxi trong bùn cacbua công nghiệp tạo thành chất rắn cứng hoặc kết tủa. Khi phản ứng này diễn ra trong đất, kết tủa sẽ liên kết các hạt đất lại với nhau và lấp đầy các khoảng trống giữa chúng, tạo ra một khối đất chặt. Điều này dẫn đến một khối thực thi sinh học mạnh mẽ, chắc chắn và ít thẩm thấu.
Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi Giáo sư Chu Jian, Chủ tịch Trường Kỹ thuật Dân dụng và Môi trường, đã chỉ ra trong một bài báo nghiên cứu chứng minh khái niệm được xuất bản vào tháng 2 năm 2022 trên Tạp chí Kỹ thuật Hóa học Môi trường rằng khả năng thực thi sinh học của họ có thể trở thành bền vững và Phương pháp hiệu quả về chi phí để cải tạo đất, chẳng hạn như tăng cường mặt đất để sử dụng trong xây dựng hoặc đào đất, kiểm soát xói mòn bãi biển, giảm xói mòn do gió hoặc bụi ở sa mạc hoặc xây dựng các hồ chứa nước ngọt trên các bãi biển hoặc sa mạc.
Nó cũng có thể được sử dụng như chất trồng sinh học để bịt kín các vết nứt trên đá để kiểm soát sự thấm và thậm chí để sửa chữa các di tích như chạm khắc trên đá và tượng.
Giáo sư Chu, đồng thời là Giám đốc Trung tâm Giải pháp Đô thị của NTU, cho biết: “Xăng sinh học là một giải pháp thay thế bền vững và tái tạo cho xi măng truyền thống và có tiềm năng lớn để sử dụng cho các dự án xây dựng yêu cầu xử lý nền đất”. "Nghiên cứu của chúng tôi làm cho quá trình xử lý sinh học bền vững hơn bằng cách sử dụng hai loại chất thải làm nguyên liệu thô. Về lâu dài, nó sẽ không chỉ giúp sản xuất chất thải sinh học rẻ hơn mà còn giảm chi phí xử lý chất thải".
Nghiên cứu của các nhà khoa học NTU hỗ trợ kế hoạch chiến lược NTU 2025 nhằm giải quyết một số thách thức lớn của nhân loại, bao gồm giảm thiểu tác động của con người đến môi trường thông qua thúc đẩy nghiên cứu và phát triển theo hướng bền vững.
Nước tiểu, vi khuẩn và canxi: Một công thức đơn giản cho quá trình sinh học
Quá trình sản xuất xi măng sinh học đòi hỏi ít năng lượng hơn và tạo ra ít khí thải carbon hơn so với các phương pháp sản xuất xi măng truyền thống.
Quá trình xử lý sinh học của nhóm NTU được tạo ra từ hai loại chất thải: bùn cacbua công nghiệp - chất thải từ quá trình sản xuất khí axetylen, có nguồn gốc từ các nhà máy ở Singapore - và urê được tìm thấy trong nước tiểu.
Đầu tiên, nhóm nghiên cứu xử lý bùn cacbua bằng một loại axit để tạo ra canxi hòa tan. Urê sau đó được thêm vào canxi hòa tan để tạo thành một dung dịch xi măng. Sau đó, nhóm nghiên cứu thêm vi khuẩn vào dung dịch xi măng này. Sau đó, vi khuẩn từ quá trình nuôi cấy sẽ phân hủy urê trong dung dịch để tạo thành các ion cacbonat.
Các ion này phản ứng với các ion canxi hòa tan trong một quá trình được gọi là kết tủa canxit do vi sinh vật gây ra (MICP). Phản ứng này tạo thành canxi cacbonat - một vật liệu rắn, cứng được tìm thấy tự nhiên trong đá phấn, đá vôi và đá cẩm thạch.
Khi phản ứng này xảy ra trong đất hoặc cát, kết quả là canxi cacbonat tạo ra liên kết các hạt đất hoặc cát với nhau để tăng độ bền của chúng và lấp đầy các lỗ rỗng giữa chúng để giảm nước thấm qua vật liệu. Quy trình tương tự cũng có thể được sử dụng trên các khớp nối trên đá, cho phép sửa chữa các tác phẩm chạm khắc và tượng trên đá.
Đất được gia cố bằng cốt thép sinh học có cường độ nén không giới hạn lên đến 1,7 megapascal (MPa), cao hơn so với đất cùng loại được xử lý bằng một lượng xi măng tương đương.
Điều này làm cho quá trình xử lý sinh học của nhóm phù hợp để sử dụng trong các dự án cải tạo đất như tăng cường nền đất hoặc giảm nước thấm để sử dụng trong xây dựng hoặc đào đất hoặc kiểm soát xói mòn bãi biển dọc theo bờ biển.
Tác giả đầu tiên của bài báo, Tiến sĩ Yang Yang, một cựu Tiến sĩ NTU. sinh viên và cộng sự nghiên cứu tại Trung tâm Giải pháp Đô thị, hiện là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Trùng Khánh, Trung Quốc, cho biết: "Sự kết tủa canxi cacbonat ở các cấp độ xi măng khác nhau tăng cường đất hoặc cát bằng cách lấp đầy dần các lỗ rỗng giữa các hạt. Quá trình sinh học cũng có thể được sử dụng để bịt các vết nứt trên đất hoặc đá để giảm nước thấm. "
Một sự thay thế bền vững cho xi măng
Sản xuất nông nghiệp xanh hơn và bền vững hơn so với các phương pháp được sử dụng để sản xuất thương mại xi măng itional.
Giáo sư Chu cho biết: “Một phần của quá trình sản xuất xi măng là đốt nguyên liệu ở nhiệt độ rất cao trên 1.000 độ C để tạo thành clinker - chất kết dính cho xi măng. Quá trình này tạo ra rất nhiều carbon dioxide. "Tuy nhiên, quá trình xử lý sinh học của chúng tôi được sản xuất ở nhiệt độ phòng mà không đốt cháy bất cứ thứ gì, và do đó nó là một quá trình xanh hơn, ít đòi hỏi năng lượng hơn và trung hòa với carbon."
Tiến sĩ Yang Yang cho biết: "Ở Singapore, bùn cacbua được coi là vật liệu phế thải. Tuy nhiên, nó là nguyên liệu thô tốt để sản xuất quá trình sinh học. Bằng cách chiết xuất canxi từ bùn cacbua, chúng tôi làm cho việc sản xuất bền vững hơn mà chúng tôi không cần. sử dụng các vật liệu như đá vôi được khai thác từ trên núi. "
Giáo sư Chu nói thêm: "Đá vôi là một nguồn tài nguyên hữu hạn - một khi nó biến mất, nó sẽ biến mất. Việc khai thác đá vôi cũng ảnh hưởng đến môi trường tự nhiên và hệ sinh thái của chúng ta."
Nhóm nghiên cứu nói rằng nếu sản xuất cốt thép sinh học có thể được mở rộng bằng mức sản xuất xi măng truyền thống, thì tổng chi phí sản xuất của nó so với xi măng thông thường sẽ thấp hơn, điều này sẽ làm cho xi măng sinh học trở thành một sản phẩm thay thế xanh hơn và rẻ hơn.
Khôi phục các di tích và củng cố đường bờ biển
Một ưu điểm khác của phương pháp của nhóm NTU trong việc xây dựng công thức sinh học là cả dung dịch nuôi cấy vi khuẩn và dung dịch xi măng đều không màu. Khi phủ lên đất, cát hoặc đá, màu sắc ban đầu của chúng được giữ nguyên.
Điều này làm cho nó hữu ích cho việc khôi phục các di tích và đồ tạo tác bằng đá cũ. Ví dụ, Tiến sĩ Yang Yang đã sử dụng thiết bị sinh học để sửa chữa các tượng đài Phật cũ ở Trung Quốc. Vật liệu sinh học có thể được sử dụng để bịt kín các khoảng trống trong các di tích bị nứt và đã được sử dụng để phục hồi các mảnh vỡ, chẳng hạn như các ngón tay của bàn tay Phật. Vì dung dịch không màu nên các di tích vẫn giữ được màu sắc ban đầu, giữ cho công việc trùng tu đúng với lịch sử.
Phối hợp với các cơ quan quốc gia liên quan ở Singapore, nhóm nghiên cứu hiện đang thử nghiệm phương pháp sinh học mới của họ tại Công viên Bờ biển phía Đông, nơi nó đang được sử dụng để tăng cường cát trên bãi biển. Bằng cách phun các dung dịch sinh học lên trên cát, một lớp vỏ cứng được hình thành, ngăn cát rửa trôi ra biển.
Nhóm cũng đang khám phá các ứng dụng quy mô lớn hơn nữa của quá trình thực thi sinh học của họ ở Singapore, chẳng hạn như sửa chữa đường bằng cách bịt các vết nứt trên đường, bịt các khoảng trống trong các đường hầm dưới lòng đất để ngăn nước thấm hoặc thậm chí làm nơi canh tác cho các rạn san hô vì ấu trùng carol thích phát triển trên canxi cacbonat.
Bài báo, "Sử dụng bùn cacbua và nước tiểu để tạo ra quá trình sinh học bền vững," được xuất bản trên Tạp chí Kỹ thuật Hóa học Môi trường.
