Làm cát từ thủy tinh tái chế

Báo cáo của Chương trình Môi trường Liên Hiệp Quốc chỉ ra nạn khai thác cát sông quá mức đang gây ra ô nhiễm, sạt lở bờ sông, lũ lụt và các hệ lụy môi trường khác.

Để góp phần giảm nhẹ tình trạng này, các nhà nghiên cứu của Trường ĐH Công nghệ Nanyang - NTU (Singapore) đã tìm ra cách sử dụng thủy tinh tái chế trong ngành in 3D. Thủy tinh là vật liệu có thể tái chế 100% mà chất lượng không bị suy giảm. Thành phần thủy tinh là SiO2, còn gọi là silica, vốn là thành phần quan trọng của cát sông tự nhiên. Tuy nhiên, đây lại là loại rác thải ít được tái chế nhất.

Theo dữ liệu của Cục Môi trường quốc gia Singapore, chỉ 13% trong tổng số 74.000 tấn chất thải thủy tinh của nước này được tái chế trong năm 2021. Hầu hết rác thải thủy tinh cuối cùng đều tụ về các bãi chôn lấp.

Theo công trình đăng trên Journal of Building Engineering, nhóm nghiên cứu NTU sử dụng một hỗn hợp bê-tông được trộn theo công thức đặc biệt, gồm thủy tinh tái chế, xi-măng thương mại, nước…, sau đó cho vào máy in 3D để tạo thành một chiếc ghế bê-tông theo mẫu. Một trong các tác giả của nghiên cứu, nhà khoa học Andrew Ting, khẳng định: "Thủy tinh tái chế có thể thay thế 100% cát trong hỗn hợp bê-tông dùng cho máy in 3D. Kết quả thử nghiệm cho thấy chiếc ghế bê-tông này đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp". Hơn nữa, do thủy tinh là vật liệu kỵ nước, tức không thẩm thấu nước, nên sử dụng hỗn hợp bê-tông chứa thủy tinh ít phải dùng nước hơn.

Sau thử nghiệm thành công nói trên, các nhà khoa học NTU tin tưởng đã mở được con đường tái chế thủy tinh để giúp ngành xây dựng ở Singapore xanh hơn và xa hơn nữa. GS Tan Ming Jen của NTU cho biết: "Nghiên cứu cũng nhấn mạnh khái niệm kinh tế tuần hoàn. Nghiên cứu của chúng tôi đã trả silica trong thủy tinh về lại thành cát trong hỗn hợp bê-tông".

Tương tự, nhiều nhà khoa học tại Trung Quốc cũng đang tìm cách thay thế cát trong sản xuất bê-tông. Năm 2020, lượng tiêu thụ bê-tông tại đất nước tỉ dân này tăng lên tới 2,96 tỉ tấn, góp phần làm cạn kiệt các nguồn tài nguyên cát. Lượng rác thủy tinh ở Trung Quốc cũng cao ngất ngưởng với hơn 20 triệu tấn vào năm 2020, song tỉ lệ tái chế chỉ khoảng 30% - theo Cục Thống kê quốc gia Trung Quốc.

Nghiên cứu do các nhà khoa học tại các trường đại học Sư phạm Nam Ninh (tỉnh Quảng Tây), Công nghệ Đông Trung Quốc (tỉnh Giang Tây) và Trường ĐH Cracow (Ba Lan)… đã thử nghiệm dùng thủy tinh xanh và thủy tinh TFT-LCD để thay thế cát với nhiều tỉ lệ khác nhau. Kết quả cho thấy 2 loại cát thủy tinh này đã làm giảm tính dễ chảy của các vật liệu dựa trên xi-măng. Lực nén của cát thủy tinh đạt độ tối ưu ở tỉ lệ thay thế 20%, cao hơn lực nén của cát sông và các nhóm cát công nghiệp.

Theo nghiên cứu đăng trên tạp chí Materials Research and Technology số ra tháng 5 - 6 năm nay, các nhà khoa học nói trên chỉ ra sử dụng cát thủy tinh vừa làm giảm rác thủy tinh ở các bãi chôn lấp vừa có được nguồn cát thay thế; đồng thời kéo giảm chi phí sản xuất bê-tông trộn sẵn.