Thế giới hiện đại được xây dựng từ bê tông. Tất cả các tòa nhà cao tầng ở mọi thành phố trên Trái đất đều sử dụng vật liệu linh hoạt này, tạo nên những kiến trúc đẹp và sự bền vững. Ngành công nghiệp sản xuất bê tông là có quy mô vô cùng lớn và cũng ảnh hưởng rất lớn đến môi trường, khoảng 7% lượng khí thải carbon dioxide trên thế giới xuất phát từ việc sản xuất và sử dụng xi măng, thành phần chính của bê tông. Một tỷ lệ lớn trong số 7% này là do sản xuất canxi từ đá vôi.

GS Ippei Maruyama và GS Takafumi Noguchi, Giám đốc dự án C4S (Hệ thống quay vòng canxi trong xây dựng) đề xuất và chứng minh một phương pháp mới nhằm giảm mức phát thải do sử dụng bê tông, cả hai GS đều thuộc Khoa Kiến trúc Đại học Tokyo.

Các nhà khoa học đã tìm ra phương pháp sử dụng bê tông thải loại và khí carbon dioxide (CO2), kết hợp hai vật liệu trong một quy trình mới thành một dạng bê tông tái sử dụng, được gọi là bê tông canxi carbonat.

Lấy cảm hứng từ cách một số sinh vật thủy sinh, cứng lại thành hóa thạch theo thời gian, GS Maruyama đặt câu hỏi, liệu quá trình hình thành cặn canxi cacbonat cứng từ chất hữu cơ chết có thể được áp dụng cho bê tông hay không? Canxi là vật chất cần thiết cho phản ứng giữa xi măng và nước để tạo thành bê tông và GS Maruyama thấy được khả năng nghiên cứu một phương pháp sử dụng ít carbon hơn để thực hiện cùng một chức năng.

Maruyama cho biết: “Ý tưởng của chúng tôi là lấy canxi từ bê tông thải loại để tránh lãng phí và kết hợp với carbon dioxide, thu được từ khí thải công nghiệp hoặc từ không khí để sản xuất bê tông tái chế. Quy trình này được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ được sử dụng để chiết xuất canxi từ đá vôi."

Canxi carbonat là vật liệu rất ổn định và bền vững trong xây dựng. Hơn nữa, khả năng tái chế số lượng lớn vật liệu và phế thải sẽ mang lại lợi ích to lớn. Nhưng bê tông canxi carbonat không thể thay thế bê tông truyền thống hiện nay.

Nhược điểm là canxi carbonat không có được khả năng chịu lực mạnh như bê tông thông thường, nhưng hoàn toàn có thể sử dụng cho một số công trình xây dựng nhỏ như các ngôi nhà nông thôn hoặc các công trình dân dụng. Nhóm nghiên cứu hiện mới sản xuất thử nghiệm được các khối nhỏ có chiều dài vài cm.

Hai mẫu bê tông canxi carbonat, một mẫu sử dụng hồ xi măng đã đông cứng (bên trái) và mẫu còn lại sử dụng vụn cát silica. Cả hai nguyên liệu thô đều là phế phẩm xây dựng và phá dỡ thông thường. Ảnh nhóm nghiên cứu của GS Maruyama © 2021.

GS Noguchi nói: “Thật phấn khởi khi có được những tiến bộ trong lĩnh vực quay vòng sử dụng canxi, nhưng còn rất nhiều thách thức cần vượt qua. Đó là nghiên cứu làm tăng cường độ chịu lực và kích thước của bê tông canxi carbonat, giảm thiểu sử dụng năng lượng trong quá trình sản xuất.

Chúng ta hy vọng rằng trong những thập kỷ tới, bê tông canxi carbonat trung tính carbon sẽ trở thành bê tông chủ đạo và là một trong những giải pháp chủ đạo chống biến đổi khí hậu trong xây dựng”.

Nghiên cứu được tài trợ từ dự án NEDO Moonshot, Dự án Nghiên cứu và Phát triển C4S, Hệ thống tuần hoàn Canxi cacbonat cho xây dựng.