Chất chiết xuất từ rong biển giúp biến đất thành tường in 3D: Nghiên cứu đột phá của Đại học Colorado Boulder mở ra hướng xây dựng bền vững
Ngày 24 tháng 6 năm 2026 | Khoa học – Vật liệu xây dựng
Annie Nguyễn
Một nghiên cứu mới do các nhà khoa học tại Đại học Colorado Boulder (Mỹ) dẫn đầu đã phát hiện ra rằng sodium alginate – một thành phần chiết xuất từ rong biển thường được sử dụng để tạo độ mịn cho kem – có thể biến đất sét và cát thành vật liệu in 3D dễ dàng, tạo ra các cấu trúc bền vững với chi phí thấp và thân thiện với môi trường.
Cảm hứng từ thiên nhiên: Biopolymer thay thế xi măng
Trong tự nhiên, mối xây tổ cao chót vót, ong bắp cày tạo tổ phức tạp và giun tổ ong xây dựng các cấu trúc giống rạn san hô dọc bờ biển. Thay vì sử dụng xi măng, những sinh vật này dùng biopolymer – những phân tử sinh học lớn có tác dụng như keo dính – để gắn kết các hạt đất và sét lại với nhau. Lấy cảm hứng từ đó, Giáo sư Wil Srubar và nhóm nghiên cứu tại Đại học Colorado Boulder, cùng với các cộng sự tại Đại học Columbia, đã tìm kiếm loại biopolymer có thể vừa kết dính vật liệu đất vừa làm cho chúng có thể in 3D được.
Nhóm đã thử nghiệm năm loại biopolymer khác nhau, bao gồm guar gum và locust bean gum (chiết xuất từ đậu), cassia gum, sodium alginate (từ rong biển) và xanthan gum (lên men từ đường). Kết quả cho thấy locust bean gum có khả năng giữ các hạt đất chặt chẽ, nhưng làm hỗn hợp trở nên quá đặc, khó đẩy qua vòi phun của máy in 3D.
Cơ chế hoạt động bất ngờ của sodium alginate
Ngược lại, sodium alginate – thường có trong kem và được dùng để tạo các viên cầu như boba – lại tạo ra hiệu ứng hoàn toàn ngược lại. Thay vì hoạt động như chất kết dính, polymer này thay đổi điện tích trên bề mặt các hạt đất sét, khiến chúng đẩy nhau như hai cực cùng tên của nam châm. Kết quả là các hạt đất lơ lửng trong hỗn hợp ổn định nhưng vẫn chảy trơn tru qua máy in 3D.
Hiệu quả vượt trội chỉ với 0,12% sodium alginate
Nhóm nghiên cứu đã thêm chỉ 0,12% sodium alginate vào đất tự nhiên khai thác từ một mỏ đá granit gần Golden, Colorado. Hỗn hợp này có khả năng chịu áp lực cao hơn 25% so với đất không có biopolymer và tốc độ in nhanh hơn 33%. Bằng công thức này, nhóm đã in một bức tường dày 8 mm, có thể nghiêng ở góc lên tới 60 độ mà vẫn giữ được độ ổn định – một góc nghiêng lớn hơn nhiều so với Tháp nghiêng Pisa.
Lợi ích môi trường và tiềm năng ứng dụng
Từ góc độ môi trường, phát hiện này có ý nghĩa to lớn. Các hoạt động xây dựng và khai đào thường tạo ra lượng lớn đất thải, phần lớn bị đưa đến bãi rác. Việc tái sử dụng đất này kết hợp với biopolymer để in 3D tại chỗ có thể giúp ngành xây dựng giảm đáng kể chất thải và carbon.
Ngoài ra, đất trong các công trình còn mang lại lợi ích cho môi trường trong nhà: điều hòa độ ẩm, hấp thụ chất ô nhiễm và cách nhiệt – giữ mát vào mùa hè, ấm vào mùa đông. Ông Samuel Armistead, cộng sự nghiên cứu, nhấn mạnh: “Có rất nhiều lợi ích môi trường trong nhà khi sử dụng đất trong các tòa nhà”.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications, mở ra một hướng đi mới cho kiến trúc bền vững, lấy cảm hứng từ tự nhiên để xây dựng các công trình thân thiện với môi trường.
