Sản xuất bê tông là một trong những nguồn phát thải CO₂ đáng kể trên toàn cầu, do đó nhiều nỗ lực đang được triển khai nhằm cải thiện dấu chân carbon của loại vật liệu này. Các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Tokyo đã phát triển một phương pháp mới cho phép xác định và định lượng nguồn gốc của lượng CO₂ được hấp thụ trong vật liệu gốc xi măng. Kết quả nghiên cứu mở ra khả năng nâng cao độ chính xác của hoạt động kiểm kê carbon và xác minh tín chỉ carbon đối với các công nghệ cố định CO₂ trong bê tông.
Tỷ lệ đồng vị carbon được sử dụng như dấu vân tay để truy vết nguồn gốc carbon trong bê tông hấp thụ CO₂, đồng thời phản ánh những thay đổi ở cấu trúc vi mô của vật liệu.
Các công nghệ hấp thụ và lưu giữ CO₂ trong bê tông đang nhận được sự quan tâm ngày càng lớn khi ngành vật liệu xây dựng tìm kiếm các giải pháp giảm phát thải khí nhà kính. Tuy nhiên, việc xác định chính xác nguồn gốc của lượng CO₂ được cố định trong vật liệu vẫn là một thách thức. Nghiên cứu mới của Đại học Tokyo đã đề xuất một phương pháp phân tích dựa trên đồng vị carbon nhằm giải quyết vấn đề này.
Sau khi khả năng cố định CO₂ trong bê tông được chứng minh, các nhà nghiên cứu bắt đầu tìm cách tận dụng nguồn CO₂ từ khí thải công nghiệp để giảm lượng khí nhà kính phát tán ra môi trường. Tuy nhiên, một câu hỏi quan trọng vẫn chưa có lời giải rõ ràng là lượng CO₂ được hấp thụ trong bê tông thực sự đến từ khí thải công nghiệp hay từ khí quyển tự nhiên.
Xuất phát từ vấn đề này, Giáo sư Ippei Maruyama và các cộng sự tại phòng thí nghiệm kỹ thuật vật liệu xây dựng thuộc Đại học Tokyo đã thực hiện nghiên cứu nhằm xác định nguồn gốc của CO₂ được hấp thụ trong các vật liệu gốc xi măng.
Theo nhóm nghiên cứu, trong bối cảnh các cơ chế kiểm kê carbon ngày càng được chú trọng, việc phân biệt nguồn phát sinh CO₂ có ý nghĩa quan trọng vì giá trị môi trường của các nguồn carbon là không giống nhau. Do đó, khả năng xác định chính xác nguồn gốc của lượng CO₂ được lưu giữ trong vật liệu có thể đóng vai trò quan trọng đối với các hoạt động đánh giá phát thải và tín chỉ carbon.
Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc xác định và định lượng tỷ lệ CO₂ được hấp thụ từ các nguồn khác nhau, bao gồm khí thải công nghiệp và CO₂ trong khí quyển. Để thực hiện điều này, các nhà khoa học tập trung vào sự khác biệt về thành phần đồng vị carbon giữa các nguồn phát thải.
Đồng vị là các dạng khác nhau của cùng một nguyên tố hóa học, trong đó số lượng neutron trong hạt nhân nguyên tử không giống nhau. Carbon tồn tại dưới nhiều đồng vị khác nhau. Trong đó, carbon 12 là đồng vị phổ biến nhất, bên cạnh carbon 13 và carbon 14 với tỷ lệ xuất hiện thấp hơn. Carbon 14 là đồng vị phóng xạ phân rã theo thời gian. Do nhiên liệu hóa thạch có tuổi địa chất rất lớn nên lượng carbon 14 trong CO₂ phát sinh từ quá trình đốt các nhiên liệu này gần như không còn. Ngược lại, carbon 14 vẫn liên tục được hình thành trong khí quyển thông qua các quá trình tự nhiên liên quan đến tia vũ trụ.
Trong nhiều thập kỷ qua, tỷ lệ giữa carbon 14 và carbon 12 được sử dụng rộng rãi trong phương pháp định tuổi bằng carbon phóng xạ. Dựa trên nguyên lý truy vết đồng vị tương tự, nhóm nghiên cứu đã sử dụng tỷ lệ carbon 13 trên carbon 12 để xác định nguồn gốc của CO₂ được hấp thụ trong vật liệu gốc xi măng.
Theo Giáo sư Maruyama, một trong những vấn đề quan trọng nhất của nghiên cứu là xây dựng phương pháp đánh giá phù hợp trong trường hợp không khí khí quyển bị trộn lẫn với khí thải trong quá trình cố định CO₂. Khi xem xét việc sử dụng tỷ lệ đồng vị carbon để xác định nguồn gốc khí phát thải, nhóm nghiên cứu nhận thấy các phương pháp hiệu chỉnh đang được sử dụng trong kỹ thuật định tuổi carbon truyền thống có thể dẫn đến sai số đáng kể đối với tỷ lệ carbon 13 trên carbon 12 trong các điều kiện như vậy.
Nhận thấy hạn chế này, các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp hiệu chỉnh mới. Trong môi trường khí hỗn hợp, nơi các phương pháp tính toán thông thường có thể tạo ra sai số lớn, mô hình mới cho phép hiệu chỉnh phù hợp các biến động tỷ lệ đồng vị bền phát sinh do hiện tượng phân đoạn đồng vị khi các hỗn hợp khí tách ra. Theo nhóm nghiên cứu, phương pháp này giúp cải thiện đáng kể độ chính xác của phép đo.
Để kiểm chứng phương pháp, các nhà nghiên cứu đã nghiền bê tông thành dạng bột trước khi cho tiếp xúc với các điều kiện khí khác nhau. Kết quả cho thấy trong điều kiện phòng thí nghiệm, khí thải công nghiệp có thể được cố định trong vật liệu với hiệu suất rất cao.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu cũng lưu ý rằng điều kiện thực tế có thể khác biệt đáng kể so với môi trường phòng thí nghiệm. Thành phần khí, độ ẩm và tỷ lệ đồng vị carbon đều có thể ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ CO₂ của vật liệu. Vì vậy, nhóm nghiên cứu dự kiến sẽ tiếp tục đánh giá phương pháp trong nhiều điều kiện khác nhau nhằm nâng cao độ tin cậy và mở rộng khả năng ứng dụng trong môi trường công nghiệp.
Kết quả nghiên cứu cho thấy phân tích đồng vị carbon có thể trở thành một công cụ hữu ích để xác định nguồn gốc của lượng CO₂ được lưu giữ trong vật liệu gốc xi măng. Phương pháp này có tiềm năng hỗ trợ các hoạt động kiểm kê carbon và xác minh lượng CO₂ được cố định trong các công nghệ hấp thụ carbon sử dụng bê tông và vật liệu xi măng.
Buildata
