Thế giới rồi sẽ không còn cát, nguồn nguyên liệu cốt yếu của bêtông. Giới khoa học hiểu rõ nguy cơ này và đã bắt đầu tìm kiếm giải pháp bêtông không cần cát, xanh hóa bêtông, hay thậm chí tìm vật liệu xây dựng mới, xanh hơn, bền vững hơn. Để chinh phục thử thách “xây lâu đài không cần cát”, các nhà khoa học đang theo đuổi những ý tưởng khó tin, song các thử nghiệm ban đầu cho kết quả rất khả quan.
Thế giới sẽ không còn cát
Các sa mạc bạt ngàn dễ khiến chúng ta nghĩ cát là nguồn tài nguyên vô tận. Rất ít người nhận ra vạn vật trên đời này thực chất được làm từ cát, và loài người đang thực sự đứng trước nguy cơ... thiếu cát.
“Nếu biết rằng cát có thể tạo ra những gì - bê tông, thủy tinh và cả silicon - bạn sẽ nhận ra chúng ta đang sống trong thế giới làm từ cát, vốn sẽ cực kỳ khác biệt nếu không còn cát nữa” - nhà báo Vince Beiser viết trên trang web của Trung tâm Pulitzer. Beiser cho rằng tài nguyên cát đang dần cạn kiệt là một thực tế khó chối bỏ. Cát ở sa mạc không thích hợp để làm bê tông vì không có tính kết dính, và chúng ta đang phải nạo vét cát từ các lòng sông và ven biển để có nguồn cát xây dựng.
“Quá trình đô thị hóa nhanh chóng khắp thế giới đang đẩy nhu cầu bê tông lên cao chưa từng thấy, và việc khai thác cát từ sông lại càng được gia tăng, làm ảnh hưởng hệ sinh thái” - Beiser, hiện đang viết sách về “cuộc chiến tranh cát chết chóc” giữa các nhóm “cát tặc” trên thế giới, cảnh báo.
Theo trang The Next Future, Trung Quốc và các quốc gia đang phát triển sẽ cần hàng tỉ tấn cát để làm bê tông trong những năm tới nhằm đáp ứng nhu cầu đô thị hóa và tăng trưởng kinh tế.
The Next Future cũng cảnh báo trữ lượng cát trong tự nhiên ngày càng cạn kiệt và nhu cầu cát sẽ chóng vượt cung. Theo Cục Khảo sát địa chất Hoa Kỳ, chỉ trong năm 2013 đã có 4 tỉ tấn bê tông được sản xuất. Trước tình thế đó, nhiều phương án tìm kiếm cốt liệu mới thay thế cát đã được cân nhắc nhưng bài toán không hề đơn giản chút nào. Vậy cái gì có thể thay thế cát?
Trộn bê tông bằng rác thải nhựa
Tháng 11/2014, Đại học Bath (Anh) cùng các nhà nghiên cứu Ấn Độ khởi động dự án táo bạo: thay thế một phần cát trong hỗn hợp bê tông bằng rác thải nhựa.
Theo Đại học Bath, dự án kéo dài hai năm được thực hiện ở Ấn Độ sẽ là “một mũi tên trúng hai đích”, bởi quốc gia này đang đau đầu với nạn khai thác cát trái phép và có lượng rác thải nhựa khổng lồ. Mục tiêu của dự án là chế tạo bê tông trong đó khoảng 10% cát sẽ được thay thế bằng rác thải nhựa đã nghiền vụn.
“Nghiên cứu nhằm xem xét việc thay thế một phần cát bằng nhựa trong bê tông sẽ ảnh hưởng thế nào đến các yếu tố độ chắc, bền, kháng lửa của vật liệu” - thông cáo của Đại học Bath viết.
Theo tiến sĩ Orr, sau nhiều lần thử nghiệm, dự án cho thấy việc thay thế 10% cát trong hỗn hợp bê tông bằng rác thải nhựa là hoàn toàn khả thi, “miễn là chỗ nhựa đó được nghiền đúng kích cỡ”.
Nhóm nghiên cứu đã sản xuất thành công các mẫu bê tông có nhựa trong thành phần ở cả Ấn Độ và Anh. Tiến sĩ Orr cho biết các chai nhựa PET, túi nilông hoàn toàn có thể là vật liệu thích hợp để thay thế cát, và “dù chỉ thay 10% lượng cát, phương pháp dùng nhựa thay thế có thể tiết kiệm 820 triệu tấn cát mỗi năm”.
Trưởng nhóm nghiên cứu nhấn mạnh 10% là tỉ lệ vừa phải bởi “có nhiều nghiên cứu trước đã thử với tỉ lệ cao đến 50% nhưng không hiệu quả bởi phần xi măng không dính được với các phân tử nhựa, dẫn đến thất bại”. Sau thành công bước đầu, Đại học Bath vẫn đang tiến hành một vài thử nghiệm khác, trong đó có việc nghiên cứu khả năng tăng độ kết dính bằng cách xử lý thêm phần rác thải nhựa trước khi đưa vào trộn bê tông. “Chúng tôi vẫn đang tiếp tục công việc, chủ yếu là ở Anh. Chúng tôi sẽ đầu tư thêm nếu có vốn, nhưng vấn đề này hơi khó khăn một chút” - tiến sĩ Orr chia sẻ.
Đúc bê tông từ CO2 và bùn thải
Nếu trộn bao nilông vào hỗn hợp bê tông nghe đã có vẻ phi thực tế, thì ý tưởng đúc khí cacbonic (CO2) thành bê tông lại còn “hoang đường” bội lần. Ấy vậy mà hồi tháng 4-2016, các nhà khoa học thuộc Đại học California, Los Angeles (UCLA) đã thực sự tạo được bê tông bằng cách ấy, dù sản phẩm chỉ mới dừng lại ở mức một mẫu nhỏ trong phòng thí nghiệm.
Nhóm nghiên cứu UCLA gọi sản phẩm của họ là CO2NCRETE (ghép từ CO2 và concrete-bê tông), được tạo ra bằng phương pháp in 3D với nguyên liệu là khí CO2 từ khói thải ra trong quá trình nung đá vôi.
Nhóm nghiên cứu tin tưởng kết quả này chứng tỏ khái niệm bê tông từ CO2 là hoàn toàn khả thi. “Công nghệ này cho thấy chúng ta hoàn toàn có thể biến CO2 phát ra từ ống khói nhà máy, thứ vốn gây phiền phức, trở nên có giá trị” - giáo sư J.R. DeShazo, giám đốc Trung tâm sáng tạo Luskin thuộc UCLA, giải thích.
Giáo sư DeShazo cho rằng CO2NCRETE có thể là nhân tố mang đến thay đổi quan trọng trong nỗ lực chống biến đổi khí hậu toàn cầu. Trưởng nhóm nghiên cứu, phó giáo sư Gaurav Sant, cũng cho rằng công trình của ông mở ra cơ hội mới khi CO2 trở thành một nguồn tài nguyên có thể được tái sử dụng để tạo ra một loại vật liệu xây dựng mới.
Từ thành công của thí nghiệm trong phòng lab, nhóm nghiên cứu vẫn đang làm việc để có thể thương mại hóa sản phẩm “bê tông cacbonic”.
Trong khi đó, các nhà khoa học thuộc Đại học Universiti Teknologi MARA (Malaysia) lại tin rằng có thể tái chế bùn thải công nghiệp thành bê tông.
Theo trang web khoa học phys.org, nhóm nghiên cứu thu thập bùn từ các nhà máy xử lý nước thải, đốt cháy và sấy khô chúng để khử ẩm, cuối cùng là nghiền nát phần bùn rắn thành một dạng bột gọi là DWSP.
Phần bột này sau đó được trộn với xi măng thông thường theo nhiều tỉ lệ khác nhau (3, 5, 7, 10 và 15%) để tạo nên hỗn hợp bê tông với các cấp độ khác nhau. Khi so sánh bê tông trộn từ DWSP với bê tông thông thường dựa trên các tiêu chí cường độ nén, độ hút/thấm nước, các nhà khoa học nhận thấy lượng DWSP trong hỗn hợp tỉ lệ nghịch với cường độ nén, song lại tỉ lệ thuận với độ hút/thấm nước của bê tông thành phẩm.
Điều này có nghĩa bê tông với tỉ lệ DWSP cao sẽ chống thấm nước tốt hơn bê tông thông thường, chứng tỏ bột bùn thải thực sự có tác dụng lên độ bền của vật liệu.
“Nhìn chung DWSP vẫn có tiềm năng trở thành vật liệu thay thế một phần xi măng trong hỗn hợp bê tông - các nhà nghiên cứu kết luận trong bài báo đăng trên tạp chí Pertanika Journal of Science and Technology - Song vẫn cần thêm nhiều nghiên cứu chuyên sâu về phương pháp tạo ra loại bột DWSP có chất lượng”.
(Theo Tuổi trẻ)