Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Washington đã đưa ra giải pháp thay thế bền vững cho bê tông truyền thống bằng cách sử dụng tro bay, sản phẩm thải loại của quá trình sản xuất điện từ than đá. Giải pháp này khắc phục đồng thời hai vấn đề môi trường lớn thông qua sử dụng chất thải từ hoạt động sản xuất than và giảm đáng kể tác động môi trường của quá trình sản xuất bê tông.
Xianming Shi, phó giáo sư Khoa Kỹ thuật dân sự và môi trường và nghiên cứu sinh Gang Xu, đã tạo ra loại bê tông chắc chắn và bền vững sử dụng tro bay làm chất kết dính và không cần sử dụng xi măng tác động xấu đến môi trường. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Fuel.
Giảm nhu cầu năng lượng và phát thải khí thải nhà kính
Sản xuất bê tông truyền thống là quy trình kết hợp xi măng với cát và sỏi, góp phần gây ra từ 5-8% phát thải khí nhà kính trên toàn thế giới. Đó là vì để tạo ra xi măng, thành phần chính của bê tông, cần nhiệt độ cao và khối lượng lớn năng lượng.
Tro bay, vật liệu còn lại sau khi bụi than cháy, đã trở thành vấn đề nan giải trong quản lý chất thải ở Hoa Kỳ. Hơn 50% tro bay được đưa đến các bãi chôn lấp, nơi tro có thể dễ dàng ngấm vào môi trường gần đó. Dù một số nhà nghiên cứu đã sử dụng tro bay để sản xuất bê tông, nhưng họ vẫn chưa loại bỏ được các phương pháp làm nóng tiêu tốn năng lượng trước đây cần để cho ra đời một vật liệu chắc chắn. PGS. Shi cho rằng: “Phương pháp sản xuất của chúng tôi không cần làm nóng hoặc sử dụng bất cứ loại xi măng nào".
Kỹ thuật phân tử
Đây là công trình nghiên cứu quan trọng bởi các nhà nghiên cứu đang sử dụng vật liệu có kích thước nano để chế tạo bê tông ở cấp độ phân tử.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng graphene oxit, vật liệu nano mới được phát hiện để điều chỉnh phản ứng của tro bay với nước và biến tro bay hoạt tính thành vật liệu giống xi măng. Graphene oxit sắp xếp lại các nguyên tử và phân tử trong dung dịch tro bay và các chất kích thích hóa học như silicat natri và oxit canxi. Quá trình này tạo ra một chuỗi phân tử canxi-aluminat - silicat-hydrat với các nguyên tử liên kết chặt chẽ tạo thành một mạng lưới polyme vô cơ bền hơn xi măng.
Làm đầy nước ngầm và giảm lũ lụt
Nhóm nghiên cứu đã thiết kế bê tông tro bay dễ thấm qua, có nghĩa là nước có thể đi qua bê tông để lại làm đầy nước ngầm và giảm khả năng ngập lụt.
Các nhà nghiên cứu đã chứng minh thế mạnh và hành vi của vật liệu trong các thử nghiệm trong khuôn viên trường Đại học Washington trong nhiều điều kiện chịu lực và nhiệt độ khác nhau. Các nhà khoa học vẫn đang tiến hành các thử nghiệm thẩm thấu và thu thập dữ liệu bằng cảm biến vùi dưới bê tông. Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ thương mại hóa công nghệ đã được cấp sáng chế.
Nguồn: NASATI