Sáng kiến bê tông hứa hẹn tương lai xanh hơn với khả năng hấp thụ CO₂ sâu hơn
Tác giả: Jonny Hart, Đại học Temple
Nguồn: Pixabay/CC0 Public Domain
Bê tông có ở khắp mọi nơi. Là vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới, bê tông tạo thành cầu, tòa nhà, đường sá và các cơ sở hạ tầng khác. Nhưng bê tông và thành phần chính của nó, xi măng, chịu trách nhiệm cho khoảng 8% lượng khí thải CO2 của thế giới. Trên thực tế, nếu ngành công nghiệp xi măng là một quốc gia, thì quốc gia này sẽ được xếp hạng là quốc gia phát thải khí nhà kính lớn thứ tư, sau Trung Quốc, Hoa Kỳ và Ấn Độ.
Giờ đây, nghiên cứu khoa học mới của Mehdi Khanzadeh, phó giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường tại Khoa Kỹ thuật, có thể giúp mở rộng việc sử dụng bê tông cacbonat hóa, một loại bê tông thay thế thân thiện với môi trường hơn.
"Bê tông cacbonat hóa thực sự chỉ được sử dụng trong các khối CMU, đây là một phần rất hạn chế trong ngành của chúng tôi", Khanzadeh cho biết. "Nếu chúng ta có thể giải quyết những hạn chế thông qua phương pháp mà chúng tôi đề xuất, thì chúng ta có thể mở rộng hơn nhiều ngành công nghiệp của mình để triển khai các hệ thống cacbon hóa".
Các phương pháp hiện tại để sản xuất bê tông cacbon hóa khiến việc đạt được vật liệu có độ bền cao và bền trở nên khó khăn, đó là lý do tại sao bê tông cacbon hóa chủ yếu được sử dụng để sản xuất các khối CMU (còn được gọi là khối xỉ) và các vật liệu xây dựng quy mô nhỏ khác không chịu tải.
Trong nghiên cứu mới nhất của mình, Khanzadeh giải quyết những hạn chế này và trình bày những phát hiện đột phá có thể một ngày nào đó dẫn đến việc vật liệu này được sử dụng rộng rãi hơn trong xây dựng.
Bài báo "Giải mã giới hạn phụ thuộc vào độ sâu của quá trình đóng rắn CO2 bên ngoài trong vật liệu xi măng cacbon hóa bằng cách sử dụng hydrogel tẩm dung dịch enzym" được xuất bản trên ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
Bê tông truyền thống được tạo ra thông qua phản ứng giữa xi măng và nước, được gọi là hydrat hóa. Tuy nhiên, trong bê tông cacbon hóa, xi măng tương tác với CO2 thay vì nước trong một quá trình gọi là cacbonat hóa. Quá trình này hấp thụ CO2 vào vật liệu, khiến vật liệu bền vững hơn bê tông truyền thống. Bê tông cacbonat hóa cũng sử dụng một loại xi măng khác, đòi hỏi ít năng lượng hơn để sản xuất và tạo ra lượng khí thải CO2 thấp hơn.
CO2 càng được hấp thụ sâu vào bê tông (tức là cacbonat hóa đồng đều theo chiều sâu) thì bê tông càng chắc và bền hơn, nhưng các phương pháp sản xuất bê tông cacbonat hóa hiện tại đã đạt được độ sâu cacbonat hóa hạn chế.
Mehdi Khanzadeh, phó giáo sư kỹ thuật xây dựng và môi trường tại Cao đẳng Kỹ thuật, đã phát triển phương pháp mới của mình để sản xuất bê tông cacbonat hóa kể từ năm 2021. Tín dụng: Joseph V. Labolito
Khanzadeh đã phát triển một phương pháp mới để sản xuất bê tông cacbonat hóa, được gọi là bảo dưỡng CO2 bên trong-bên ngoài, giúp tăng độ sâu cacbonat hóa. Các thử nghiệm ban đầu cho thấy bê tông được sản xuất bằng quy trình này có hiệu suất cơ học và độ bền tăng 80%–100% so với bê tông cacbonat hóa hiện tại.
"Chúng tôi hy vọng rằng bằng cách sử dụng quy trình này, chúng tôi có thể chuyển từ việc chỉ sử dụng bê tông cacbonat cho các khối và gạch lát sang sử dụng vật liệu này cho các dầm và cột quy mô lớn", Khanzadeh cho biết.
Khanzadeh đã nghiên cứu về nghiên cứu này từ năm 2021. Ông bắt đầu bằng cách sản xuất các hệ thống bê tông cacbonat quy mô nhỏ, đơn giản hóa, bắt đầu bằng các dung dịch và tiến tới dạng sệt và vữa. Ở mỗi bước, Khanzadeh đã thực hiện các phương pháp đặc tính hóa tiên tiến và các thử nghiệm khác để kiểm tra hiệu suất của vật liệu.
Hiện tại, ông đang nghiên cứu mở rộng quy mô sản xuất bê tông cacbonat bằng phương pháp của mình, có tính đến các thách thức về cung cấp vật liệu, hiệu quả về chi phí và tính bền vững.
"Tôi cố gắng ghi nhớ rằng, ngay cả khi thành công, liệu nó có thể áp dụng được không?" Khanzadeh cho biết. "Liệu vật liệu này có thể mở rộng quy mô không? Điều này đặc biệt quan trọng đối với những thứ như bê tông. Chúng ta sử dụng nó rất nhiều, vì vậy nó cần phải có sẵn ở mọi nơi".
Nghiên cứu vẫn đang trong giai đoạn chứng minh khái niệm và Khanzadeh cho biết sẽ cần thêm nhiều thử nghiệm nữa để xác định độ bền lâu dài của vật liệu. Ông cũng có kế hoạch tiến hành thêm các thử nghiệm để xác định mức độ vật liệu có lượng carbon âm hay trung tính.
Nhưng Khanzadeh hy vọng rằng nghiên cứu của ông sẽ giúp ngành xây dựng tiến tới một tương lai bền vững hơn.
