Sử dụng vi sinh vật để tạo ra vật liệu xây dựng sinh học

Vi sinh vật có thể được sử dụng để tạo ra các vật liệu xây dựng sinh học, một giải pháp thay thế bền vững cho các vật liệu truyền thống. Các vi sinh vật như vi khuẩn và nấm men có thể được sử dụng để tổng hợp các vật liệu như bê tông sinh học, gạch sinh học và xi măng sinh học, giúp giảm thiểu tác động môi trường của ngành xây dựng.

Cách thức sử dụng vi sinh vật

Bê tông sinh học: Vi khuẩn có thể được sử dụng để tạo ra canxi cacbonat, một thành phần chính của bê tông, bằng cách sử dụng các phản ứng sinh hóa.

Gạch sinh học: Một số công ty đang phát triển gạch sinh học bằng cách sử dụng vi khuẩn và các chất thải hữu cơ để tạo ra các khối vật liệu cứng.

Xi măng sinh học: Các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu sử dụng vi tảo để tạo ra xi măng sinh học, giúp giảm lượng khí thải carbon và ô nhiễm môi trường.

Ưu điểm của vật liệu xây dựng sinh học

Bền vững: Giúp giảm thiểu tác động môi trường của ngành xây dựng, giảm lượng khí thải carbon và sử dụng năng lượng hiệu quả.

Tái tạo: Một số vật liệu sinh học có khả năng tự tái tạo, giúp kéo dài tuổi thọ của công trình xây dựng.

Giảm ô nhiễm: Các vật liệu này có thể được tạo ra từ chất thải hữu cơ, giúp giảm lượng chất thải và ô nhiễm môi trường.

Cơ chế hoạt động – Vi sinh làm xi măng sinh học

Một số loài vi khuẩn, điển hình là Sporosarcina pasteurii, có khả năng thực hiện quá trình kết tủa canxi cacbonat vi sinh (Microbially Induced Calcite Precipitation - MICP). Cơ chế này giúp tạo thành các tinh thể CaCO₃ liên kết các hạt cát, đất, hoặc vật liệu nền khác để tạo ra một dạng "gạch sinh học".

Quá trình này có thể tóm tắt như sau:

    Vi khuẩn được nuôi cấy và đưa vào môi trường giàu urê và canxi.

    Vi khuẩn tiết enzyme urease, thủy phân urê tạo ra ion carbonate.

    Ion carbonate phản ứng với ion canxi → kết tủa CaCO₃.

    CaCO₃ đóng vai trò là chất kết dính, tạo thành vật liệu rắn.

Ứng dụng thực tế:

Biomason: Công ty này sử dụng vi khuẩn để tạo ra gạch sinh học, sử dụng các chất thải tổng hợp và một dung dịch chứa vi khuẩn, urê và canxi clorua.

Wil Srubar: Ông và nhóm nghiên cứu của mình đang phát triển bê tông sinh học bằng cách sử dụng vi khuẩn lam Synechococcus để hấp thụ CO2 và ánh sáng để tạo ra vật liệu.

Biohm:  Công ty này đang nghiên cứu các vật liệu sinh học khác nhau, bao gồm cả những vật liệu làm từ chất thải thực phẩm.

Living Concrete (Châu Âu): bê tông có thể “tự phục hồi” nhờ vi khuẩn hoạt hóa khi có vết nứt.

Kết luận

Các nghiên cứu trên đầy triển vọng, phù hợp với công trình xanh, công trình tạm, khu vực nhạy cảm môi trường; Hứa hẹn tích hợp trong công nghệ in 3D vật liệu xây dựng; Có thể dùng trong tường chắn ven biển, cấu kiện tự phục hồi, vật liệu nhẹ cách nhiệt…

Mặc dù các nghiên cứu và ứng dụng đã đạt được những thành công nhất định nhưng vẫn còn đó những thách thức như giá thành cao do quy trình nuôi cấy vi sinh vật; Chưa đạt quy mô công nghiệp như xi măng truyền thống; Khó kiểm soát độ bền lâu dài ở môi trường khắc nghiệt.

Nhưng, cho dù thế nào đi nữa, những công nghệ này cũng cần phải được phát triển mở rộng hơn nữa để tương lai ngành xây dựng nỗ lực hướng tới phát triển bền vững.

Sự kết hợp giữa công nghệ sinh học và xây dựng đang tạo ra những đột phá đầy hứa hẹn. Trong dài hạn, vật liệu sinh học từ vi sinh vật có thể không thay thế hoàn toàn xi măng, nhưng sẽ là mảnh ghép quan trọng giúp ngành xây dựng giảm phát thải, tiến đến mục tiêu net-zero vào năm 2050.

Tóm lại, vi sinh vật mang lại tiềm năng lớn trong việc phát triển các vật liệu xây dựng sinh học, hướng tới một ngành xây dựng bền vững và thân thiện với môi trường.

BÀI CÙNG CHỦ ĐỀ:
>> Vật liệu sinh học làm tăng khả năng bền vững cho vật liệu xây dựng
>> 3 loại vật liệu xây dựng bền vững có nguồn gốc sinh học
>> Xu hướng Kiến trúc bền vững sử dụng vật liệu xây dựng sinh học
>> Phát triển thành công loại xi măng sinh học
>> Tấm lợp sinh học thân thiện với môi trường