Công nghệ mới tự kết tinh nano của xi măng có thể giảm phát thải CO2

Sản xuất xi măng vẫn là một trong những nguồn phát thải CO₂ lớn của ngành công nghiệp nặng do phụ thuộc vào quá trình nung clinker tiêu tốn nhiều năng lượng. Trong khi nhu cầu bê tông toàn cầu tiếp tục gia tăng, yêu cầu giảm phát thải nhưng vẫn bảo đảm cường độ và độ bền kết cấu đang trở thành thách thức lớn đối với giới nghiên cứu và doanh nghiệp. Một hướng tiếp cận mới đang được kỳ vọng có thể giải quyết đồng thời 2 mục tiêu này bằng cách khai thác chính cơ chế hóa học nội tại của xi măng.
 

Dự án có tổng kinh phí 260.000 Euro do Liên minh châu Âu tài trợ, với sự tham gia của chuyên gia nghiên cứu đến từ Đại học Thiên Tân (Trung Quốc) và hoạt động đánh giá quy mô công nghiệp được phối hợp thực hiện tại Trung tâm Đổi mới Holcim. Đại học Bradford giữ vai trò chủ trì phát triển khoa học và kỹ thuật, đồng thời triển khai phần lớn nội dung nghiên cứu trong thời gian 2 năm.

Trọng tâm của chương trình là công nghệ Self Nanocrystallisation of Cement (SNC), có thể hiểu là quá trình tự kết tinh nano của xi măng. Phương pháp này tận dụng phản ứng thủy hóa tự nhiên của xi măng để hình thành vật liệu kích thước nano có khả năng gia cường bê tông. 

Trong quá trình thủy hóa, canxi hydroxit sinh ra ở cấp độ nano sẽ được chuyển hóa thành nano canxi cacbonat thông qua quá trình sục CO₂ có kiểm soát. Vật liệu nano thu được đóng vai trò như một chất độn siêu mịn có chi phí thấp, tiêu hao năng lượng thấp và có thể trộn trực tiếp vào bê tông tươi mà không yêu cầu thay đổi quy trình sản xuất hoặc thi công hiện hành.

Các thí nghiệm sẽ tập trung đánh giá toàn diện bê tông được cải biến bằng SNC thông qua các chỉ tiêu cường độ chịu nén, độ dai, độ bền lâu, khả năng chống nứt và chống ăn mòn. 

Theo nhóm nghiên cứu, việc bổ sung nanofiller hình thành từ chính phản ứng thủy hóa có thể giúp bê tông đạt cao hơn từ 1 - 3 cấp cường độ mà không cần tăng tỷ lệ xi măng trong hỗn hợp bê tông. Điều này đồng nghĩa với việc có thể giảm đáng kể lượng xi măng sử dụng trong mỗi mét khối bê tông nhưng vẫn duy trì hoặc nâng cao hiệu suất cơ học và tuổi thọ công trình.

Tác động môi trường của giải pháp thể hiện ở hai cấp độ. Thứ nhất là giảm trực tiếp phát thải CO₂ nhờ cắt giảm hàm lượng xi măng trong cấp phối. Thứ hai là giảm phát thải gián tiếp thông qua việc kéo dài tuổi thọ kết cấu, hạn chế sửa chữa và thay thế trong suốt vòng đời sử dụng. Nhóm nghiên cứu ước tính công nghệ SNC có thể giúp giảm từ 10 - 40% lượng phát thải liên quan đến xi măng tùy theo điều kiện thiết kế và ứng dụng thực tế.

Bên cạnh thử nghiệm vật liệu, dự án còn triển khai đánh giá vòng đời sản phẩm, mô hình số và thử nghiệm ở quy mô kết cấu nhằm kiểm chứng tính khả thi khi áp dụng trong điều kiện thực tế. Trung tâm Đổi mới Holcim sẽ hỗ trợ đánh giá ở cấp độ công nghiệp và tạo tiền đề cho khả năng chuyển giao nếu kết quả đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

Cách tiếp cận tận dụng hóa học nội tại của xi măng để hình thành nanofiller ngay trong hệ vật liệu được đánh giá là có tính thực tiễn cao vì không đòi hỏi thay đổi lớn về dây chuyền sản xuất clinker hay quy trình sản xuất và thi công bê tông hiện nay. 

Nếu được chứng minh hiệu quả ở quy mô thương mại, công nghệ này có thể trở thành một trong những giải pháp quan trọng giúp ngành xi măng giảm phát thải CO₂ trong khi vẫn bảo đảm yêu cầu kỹ thuật ngày càng cao của thị trường xây dựng.

Buildata