Phụ gia mới có thể khiến bê tông chứa carbon hiệu quả

Theo dõi MTĐT trên

Gần đây, các kỹ sư tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã khám phá ra những cách bão hòa khí carbonic mới để tạo ra loại bê tông thân thiện môi trường hơn. Họ nhận thấy khi đưa các vật liệu này vào quá trình sản xuất bê tông, nó giúp giảm đáng kể lượng khí thải mà không làm thay đổi các đặc tính cơ học của bê tông.

Ngoài nước ra, bê tông là vật liệu được tiêu thụ nhiều thứ hai trên thế giới, đóng vai trò nền tảng cho cơ sở hạ tầng hiện đại. Tuy nhiên, quá trình sản xuất lại thải ra lượng lớn khí carbonic, dưới dạng phụ phẩm hóa học khi sản xuất xi măng và trong năng lượng cần thiết cho các phản ứng.

Gần một nửa lượng khí thải trong sản xuất bê tông đến từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch như dầu và khí tự nhiên để nung nóng hỗn hợp đá vôi và đất sét, nhằm tạo thành xi măng Portland thông thường. Tuy năng lượng cần thiết cho quá trình này có thể thay bằng điện gió hay mặt trời, song nửa khí thải còn lại nằm trong chính vật liệu: khi hỗn hợp khoáng chất được nung tới hơn 1.400oC, nó trải qua quá trình biến đổi hóa học từ canxi carbonat và đất sét thành hỗn hợp clinker (chủ yếu gồm canxi silicat) và khí carbonic sẽ thải vào không khí.

Khi trộn xi măng Portland với nước, cát và sỏi trong quá trình sản xuất bê tông, nó sẽ có tính kiềm cao, tạo thành môi trường lý tưởng cho quá trình hấp thụ và lưu trữ khí carbonic lâu dài dưới dạng vật liệu carbonat (quá trình carbonat hóa). Tuy bê tông có khả năng tự nhiên hấp thụ khí carbonic từ khí quyển, nhưng khi những quá trình này diễn ra, chủ yếu bên trong bê tông được bảo dưỡng (quá trình duy trì độ ẩm của bê tông mới đổ), chúng có thể làm giảm cường độ vật liệu và giảm độ kiềm bên trong, đẩy nhanh quá trình ăn mòn cốt thép.

Cuối cùng, những quá trình này sẽ hủy hoại khả năng chịu lực của công trình. Như vậy, các phản ứng carbonat hóa chậm chạp trong giai đoạn cuối (có thể diễn ra trong hàng chục năm) từ lâu đã bị coi là quá trình ngoài ý muốn khiến bê tông nhanh xuống cấp.

Ngược lại, quá trình hấp thụ carbonic mới do các tác giả phát hiện dựa vào sự hình thành carbonat ban đầu trong trong quá trình trộn và đổ bê tông, trước khi vật liệu đông cứng lại. Điều này sẽ góp phần loại bỏ hầu hết tác động bất lợi từ việc hấp thụ carbonic sau khi vật liệu được bảo dưỡng.

Chìa khóa của quá trình mới là bổ sung một nguyên liệu đơn giản, rẻ tiền: natri bicarbonat, hay còn gọi là baking soda. Khi thử nghiệm dùng natri bicarbonat trong phòng thí nghiệm, nhóm tác giả thấy rằng 15% tổng lượng carbonic thải ra trong quá trình sản xuất xi măng có thể khoáng hóa trong những giai đoạn ban đầu – đủ tiềm năng giảm đáng kể lượng khí thải carbon trên toàn cầu.

Ngoài ra, bê tông được bổ sung natri bicarbonate có khả năng đông cứng nhanh hơn nhiều thông qua việc hình thành một pha hỗn hợp gồm canxi carbonat và canxi silic hydrat – một vật liệu hoàn toàn mới, mà không ảnh hưởng tới hiệu quả cơ học của nó. Do vậy, quá trình này có thể tăng cường hiệu quả hoạt động của ngành xây dựng: có thể tháo dỡ cốp pha ra sớm hơn, giảm thời gian xây dựng các công trình.

Ý tưởng về bão hòa khí carbonic trong bê tông ở giai đoạn đầu không phải là mới, và hiện giờ đã có một số công ty tìm hiểu phương pháp này để tạo điều kiện cho sự hấp thụ carbonic sau khi bê tông được đúc thành hình dạng mong muốn. Song, phát hiện này của nhóm nghiên cứu của MIT đã nêu bật thực tế là đa phần chúng ta đã đánh giá thấp và không tận dụng được khả năng đông cứng của bê tông để hấp thụ carbonic.

Nghiên cứu được đăng trên tạp chí PNAS Nexus.□

Nguồn: https://news.mit.edu/2023/new-additives-concrete-effective-carbon-sink-0328