Hỗn hợp mới có thể tăng gấp đôi mức hấp thụ carbon của bê tông
WEST LAFAYETTE, Ind. - Bê tông không đẹp. Nó là con ngựa của vật liệu xây dựng: linh hoạt, bền và gần như phổ biến ở khắp nơi, với 30 tỷ tấn bê tông được sản xuất mỗi năm. Xi măng, một thành phần của bê tông, tạo ra 8% lượng khí thải carbon trên thế giới.
Để giảm tỷ lệ phần trăm đó, các kỹ sư của Đại học Purdue đã phát hiện ra một cách để làm cho bê tông bền vững hơn. Công thức chế tạo bê tông mới của họ có tiềm năng cắt giảm đáng kể lượng khí thải carbon, tạo ra các khối xây dựng cho một thế giới tốt đẹp hơn.
Một nhóm nghiên cứu do Mirian Velay-Lizancos, trợ lý giáo sư về kỹ thuật dân dụng tại Purdue, đứng đầu, đề xuất thêm một lượng nhỏ titanium dioxide ở kích thước nano vào hồ xi măng tạo nên bê tông. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng titanium dioxide, một chất dạng bột được biết đến nhiều nhất với công dụng làm kem chống nắng, sơn, chất dẻo và chất bảo quản thực phẩm, giúp tăng cường khả năng cô lập carbon dioxide tự nhiên của bê tông.
Marian Velay Lizancos và các sinh viên của cô đang phát triển bê tông có thể cô lập carbon dioxide thành công và hiệu quả hơn so với hỗn hợp truyền thống. (Ảnh Đại học Purdue / John Underwood)
Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng chỉ thêm một lượng nhỏ nano titan điôxít làm tăng gần gấp đôi khả năng hấp thụ khí nhà kính có vấn đề của bê tông. Nghiên cứu gần đây đã xuất hiện trên tạp chí khoa học Xây dựng và Vật liệu Xây dựng. Hiện có một video YouTube về tác phẩm.
Velay-Lizancos nghiên cứu bê tông và làm việc để biến nó trở thành vật liệu xây dựng bền vững hơn. Bê tông, một hỗn hợp biến đổi của nước, hồ xi măng và các cốt liệu như cát và sỏi, đã được phát minh ra cách đây hàng thiên niên kỷ. Kể từ đó, nó đã thay đổi để phù hợp với nhu cầu phát triển của các nền văn minh và các vật liệu sẵn có. Bê tông trong các Kim tự tháp cần phải chịu được nhiệt và gió. Bê tông trong các cầu dẫn nước ở La Mã cần để chứa hàng triệu gallon nước. Bê tông hiện đại cần phải chắc, bền, tiết kiệm và bền vững nhất có thể. Sản xuất bê tông là một quá trình sử dụng nhiều năng lượng và tài nguyên. Bê tông truyền thống hấp thụ carbon dioxide một cách tự nhiên - chỉ không nhiều và không nhanh chóng.
Velay-Lizancos cho biết: “Chúng ta không thể đợi hàng thập kỷ để bê tông hấp thụ carbon dioxide được tạo ra trong quá trình sản xuất của nó. “Nhóm của tôi đang làm cho bản thân bê tông hấp thụ carbon dioxide nhanh hơn và với khối lượng lớn hơn. Chúng tôi không cố gắng thay đổi cách chúng tôi sử dụng cụ thể; chúng tôi đang làm cho công việc cụ thể cho chúng tôi. "
Số lượng đáng kinh ngạc của bê tông được sử dụng trên khắp thế giới ngày nay - trong cầu, đường và cơ sở hạ tầng, trong các tòa nhà và đài tưởng niệm, đập và hệ thống đường ống - có nghĩa là bất kỳ sự cải thiện nhỏ nào trong lượng khí thải carbon của bê tông đều có thể gây ra những ảnh hưởng lớn trên toàn thế giới.
Những thay đổi mà nhóm của Velay-Lizancos đề xuất sẽ dẫn đến nhiều thay đổi nhỏ. Nghiên cứu của cô chỉ ra rằng bao gồm titan điôxít trong hỗn hợp xi măng được sử dụng để làm bê tông có thể tăng gấp đôi lượng khí điôxít cacbon mà nó hấp thụ tự nhiên trong cùng một khoảng thời gian. Hiệu ứng này bổ sung cho hiệu ứng quang xúc tác được nghiên cứu kỹ lưỡng của bê tông, trong đó tia cực tím từ ánh nắng mặt trời tương tác với bê tông để giúp bê tông oxy hóa các khí oxit nitơ có hại thành nitrat.
Velay-Lizancos nói: “Chúng ta đang sống trong một môi trường xây dựng. “Không còn nghi ngờ gì nữa, việc cải thiện tính bền vững của bê tông, vật liệu xây dựng được sử dụng nhiều nhất trên thế giới, có nghĩa là một bước nhảy vọt lớn cho sự phát triển bền vững.”
Ban đầu, Velay-Lizancos và hai sinh viên tiến sĩ của cô, Carlos Moro và Vito Francioso, đang nghiên cứu cách titanium dioxide có thể tương tác với xi măng để làm cho bê tông cứng hơn và nhiệt độ đóng rắn có thể ảnh hưởng như thế nào đến những tương tác đó. Họ nhận thấy rằng một số mẫu bê tông của họ có chứa nano titan dioxide hấp thụ carbon dioxide từ không khí xung quanh nhanh hơn các mẫu khác.
Điều tra sâu hơn cho thấy rằng việc thêm nano titan dioxide vào hỗn hợp bê tông làm giảm kích thước của các phân tử canxi hydroxit, làm cho nó hấp thụ carbon dioxide hiệu quả hơn rất nhiều so với các loại bột nhão xi măng khác. Việc bổ sung đã đẩy nhanh tốc độ hấp thụ carbon và tăng tổng khối lượng carbon dioxide mà nó có thể hấp thụ.
Velay-Lizancos nói: “Tôi luôn muốn giúp đỡ người khác, làm điều gì đó có ý nghĩa, điều gì đó có tác động. “Công việc này là một cách tôi có thể giúp đỡ những người khác. Nghiên cứu của chúng tôi có thể dẫn đến lượng khí thải carbon dioxide ròng thấp hơn. Biết những gì bạn đang làm có thể giúp ngăn chặn biến đổi khí hậu, khiến bạn thức dậy mỗi ngày với năng lượng để làm việc chăm chỉ hơn ngày hôm trước. ”
Nghiên cứu trong tương lai của cô sẽ tập trung vào nhiều cách để làm cho bê tông bền hơn, bền hơn và thậm chí là một vật liệu xây dựng tốt hơn cho tương lai.
Giới thiệu về Đại học Purdue
Đại học Purdue là cơ sở nghiên cứu công lập hàng đầu đang phát triển các giải pháp thiết thực cho những thách thức khó khăn nhất hiện nay. Được US News & World Report xếp hạng là Đại học đổi mới thứ 5 ở Hoa Kỳ, Purdue cung cấp các nghiên cứu thay đổi thế giới và khám phá ngoài thế giới.
