NHÌN RA THẾ GIỚI: Hỗn hợp bê-tông đột phá hấp thụ CO₂

Tuy nhiên, nó cũng có lượng khí thải carbon khổng lồ, chiếm khoảng 8% tổng lượng phát thải nhà kính toàn cầu.

Nhiều năm qua, ngành công nghiệp bê-tông và xi-măng đã cố gắng để giảm tác động môi trường, thông qua việc tạo ra các hỗn hợp bê-tông bền vững hơn hoặc các thiết kế hiệu quả hơn. Gần đây, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Pennsylvania (Mỹ) đã kết hợp cả hai yếu tố vật liệu mới và thiết kế tiết kiệm vật liệu mà vẫn bảo đảm độ bền, độ chịu lực cao.

Dự án có tên Diamanti, lấy cảm hứng từ tự nhiên và sử dụng robot in 3D để tạo ra các hoa văn dạng mạng lưới phức tạp bằng hỗn hợp bê-tông bền vững. Trong khi phần lớn bê-tông thông thường chỉ hấp thụ khoảng 30% lượng CO₂ phát thải trong suốt vòng đời (theo một số nghiên cứu) thì hỗn hợp bê-tông cải tiến của Diamanti được nhóm nghiên cứu khẳng định hấp thụ nhiều hơn 142% lượng CO₂ so với bê-tông truyền thống.

Thiết kế đầu tiên của họ - một cây cầu dành cho người đi bộ - sử dụng ít hơn 60% vật liệu nhưng vẫn giữ nguyên độ bền cơ học - theo ông Masoud Akbarzadeh, phó giáo sư kiến trúc tại Đại học Pennsylvania và là giám đốc phòng thí nghiệm dẫn đầu dự án. Bằng cách mô phỏng cấu trúc những loại xương xốp, diện tích bề mặt cây cầu này được tăng lên, giúp tăng khả năng hấp thụ CO₂ của hỗn hợp bê-tông thêm 30%.

Đặc biệt, hỗn hợp bê-tông của Diamanti - do tiến sĩ Shu Yang thuộc Khoa Khoa học Vật liệu Đại học Pennsylvania phát triển - sử dụng đất tảo cát (diatomite), một loại đá trầm tích giàu silic, để thay thế một phần xi-măng. Vật liệu này tạo ra "các kênh" giúp CO₂ thấm sâu vào bên trong bê-tông. Tuy nhiên, sản lượng toàn cầu của đất tảo cát năm 2023 chỉ khoảng 2,6 triệu tấn, khiến việc mở rộng quy mô vẫn là điều thách thức.

Trước khi ứng dụng trong thực tế, nhóm đã thử nghiệm bằng cách tạo ra một cây cầu nguyên mẫu. Cầu được in bằng robot 3D, ghép từ các khối mô-đun kết nối bằng dây cáp chịu lực.

Theo ông Akbarzadeh, công nghệ in 3D giúp giảm 25% lượng thời gian, vật liệu và năng lượng xây dựng, đồng thời giảm 80% lượng thép sử dụng. Thép vốn là loại vật liệu có phát thải carbon cao. Tính toán của nhóm nghiên cứu cho thấy tổng chi phí xây dựng giảm 25%-30%, đồng thời lượng khí nhà kính cũng thấp hơn đáng kể so với phương pháp thông thường.

Theo kết quả nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí khoa học Advanced Functional Materials trong năm nay, nhóm đã xây dựng cầu mẫu dài 5 m, sau đó là phiên bản 10 m để thử nghiệm chịu tải. "Kết quả vượt ngoài mong đợi của chúng tôi" - ông Akbarzadeh nhấn mạnh.

Ngoài cầu, nhóm còn nghiên cứu các ứng dụng kiến trúc khác, như hệ thống sàn lắp ghép. "Diamanti có thể mở ra một thế giới hoàn toàn mới cho ngành bê-tông" - ông Akbarzadeh nhìn nhận.