Khi sản xuất xi măng kiểu Portland được sử dụng rộng rãi hiện nay, canxi và các nguyên liệu khác phải được nung ở nhiệt độ rất cao (khoảng 1.400–1.500°C). Quá trình này tiêu tốn nhiều năng lượng và phát thải một lượng lớn khí CO₂. Một trong những hướng đi hiệu quả là sử dụng tro bay tinh khiết – một sản phẩm phụ từ quá trình đốt than trong các nhà máy nhiệt điện – để thay thế một phần xi măng trong hỗn hợp bê tông (gồm cát, đá/sỏi và nước).
Khi sản xuất xi măng kiểu portland được sử dụng rộng rãi, canxi và các thành phần khác phải được nung ở nhiệt độ rất cao. Người ta ước tính rằng các quá trình tạo ra nhiệt độ đó chịu trách nhiệm cho 5% đến 8% tổng lượng khí thải CO2 tạo ra. Với vấn đề này, các nhà khoa học đã thử thay tro bay cho một số xi măng được sử dụng trong hỗn hợp bê tông (các thành phần khác là cát, hoặc sỏi và nước).
Tro bay là chất thải còn sót lại sau quá trình đốt than, và mặc dù có chất lượng tương tự như xi măng, nhưng nó cũng chứa các kim loại nặng độc hại. Nếu bê tông kết hợp tro đó được sử dụng trên đường hoặc vỉa hè, thì có thể những kim loại nặng đó sẽ dần dần phát thải vào môi trường xung quanh
Để khắc phục nhược điểm đó, các nhà khoa học tại Đại học Rice ở Texas đã phát triển một quy trình bắt đầu bằng việc trộn tro bay với bột carbon đen dẫn điện. Một kỹ thuật mới làm cho bản thân tro bay đó trở nên thân thiện với môi trường hơn, dẫn đến bê tông vừa xanh hơn, có độ bền cao hơn.
Mẫu bê tông sử dụng tro bay tinh khiết.
Dựa trên một kỹ thuật được gọi là đốt nóng Joule nhanh, hỗn hợp đó sau đó được đặt giữa hai điện cực bằng đồng hoặc than chì (được nối với một tụ điện), cung cấp một xung điện ngắn cho vật liệu. Việc áp dụng dòng điện đó làm cho hỗn hợp nóng lên nhanh chóng đến nhiệt độ khoảng 3.000 độ C, khiến các kim loại nặng bay hơi thành hơi nước được giữ trong buồng chân không.
Nhóm nghiên cứu cho biết: "Bằng cách sử dụng phương pháp này, chúng tôi có thể loại bỏ các kim loại nặng khỏi tro bay than đá với hiệu quả rất cao. Đối với các kim loại nặng khác nhau như asen, cadmium, coban, niken và chì, hiệu quả loại bỏ lên tới 70% đến 90% chỉ trong một giây”.
Là một lợi ích bổ sung, bê tông làm bằng tro bay tinh khiết cũng bền hơn bê tông làm bằng xi măng nguyên chất. Cụ thể hơn, khi các nhà khoa học thay thế 30% xi măng trong hỗn hợp bê tông bằng tro, bê tông có được bền hơn 51% và đàn hồi hơn 28% so với các mẫu thông thường. Điều này rất có ý nghĩa đối với kỹ thuật kết cấu và ngành Xây dựng bởi vì các cấu trúc vững chắc hơn có thể được xây dựng với ít xi măng hơn.
V iệc tận dụng tro bay tinh khiết thay thế một phần xi măng là một giải pháp kỹ thuật và môi trường hiệu quả, góp phần giảm phát thải CO₂, tận dụng chất thải công nghiệp và nâng cao chất lượng bê tông trong xây dựng bền vững.
Buildata
