Trong nỗ lực phát triển các công nghệ sản xuất carbon thấp, nhiều doanh nghiệp và tổ chức nghiên cứu trên thế giới đang đẩy mạnh tìm kiếm vật liệu thay thế xi măng có khả năng giảm phát thải nhưng vẫn tương thích với hệ thống sản xuất hiện có. Một nghiên cứu mới tận dụng bê tông phế thải kết hợp công nghệ khoáng hóa CO₂ hiện đang thu hút sự quan tâm nhờ khả năng tạo ra vật liệu xây dựng có khả năng lưu trữ carbon lâu dài.
Giải pháp tận dụng bê tông phế thải kết hợp công nghệ khoáng hóa CO₂ cho phép tạo ra vật liệu thay thế xi măng.
Phát triển vật liệu thay thế xi măng từ chất thải khoáng và khí CO₂ thu giữ được
Công ty công nghệ Ureaka do nhà khoa học Philip Salter sáng lập và phát triển từ nền tảng nghiên cứu tại Đại học Strathclyde hiện đang phát triển một quy trình mới nhằm chuyển hóa các nguồn khoáng thải có giá trị thấp thành vật liệu có thể thay thế một phần xi măng trong sản xuất bê tông. Giải pháp này tập trung vào việc tạo ra nhóm vật liệu phụ gia khoáng có thể thay thế một phần xi măng clinker trong cấp phối bê tông. Đây là nhóm vật liệu đang được ngành xi măng toàn cầu quan tâm bởi có thể giúp giảm lượng xi măng portland truyền thống sử dụng trong bê tông mà không làm thay đổi quy trình sản xuất hiện có.
Dự án hiện đang nhận hỗ trợ từ Trung tâm Đổi mới công nghệ sinh học công nghiệp Scotland (IBioIC) nhằm thúc đẩy quá trình thương mại hóa công nghệ, đồng thời phối hợp với các nhóm nghiên cứu tại Đại học Strathclyde để từng bước chuyển từ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm sang thử nghiệm ở quy mô nhà máy.
Theo các nghiên cứu hiện nay, sản xuất xi măng và bê tông đang chiếm khoảng 8% tổng lượng phát thải CO₂ toàn cầu do đặc thù tiêu tốn nhiều năng lượng cũng như lượng khí thải phát sinh trực tiếp từ phản ứng phân hủy đá vôi trong quá trình sản xuất clinker. Đây được xem là một trong những ngành công nghiệp khó giảm phát thải nhất hiện nay.
Ứng dụng công nghệ khoáng hóa carbon để tạo vật liệu xây dựng thế hệ mới
Điểm đáng chú ý trong công nghệ của Ureaka nằm ở việc tận dụng các nguồn chất thải khoáng, đặc biệt là bê tông sau phá dỡ công trình, để thu hồi các thành phần khoáng hữu ích như canxi và silica. Sau quá trình xử lý, các thành phần khoáng này tiếp tục phản ứng với khí CO₂ thu giữ được để tạo thành các khoáng carbonate ổn định. Quá trình này giúp carbon được lưu giữ lâu dài dưới dạng vật liệu rắn thay vì phát tán trở lại môi trường.
Từ quy trình này, công ty tạo ra vật liệu khoáng dạng bột dùng làm thành phần thay thế một phần xi măng trong cấp phối bê tông. Loại vật liệu này có thể bổ sung trực tiếp vào hỗn hợp bê tông thông thường, cho phép nhà sản xuất giảm mức sử dụng xi măng portland mà không cần thay đổi hệ thống thiết bị hoặc quy trình vận hành hiện hữu.
Việc tận dụng chất thải xây dựng thay cho nguyên liệu nguyên khai cũng được kỳ vọng giúp giảm chi phí đầu vào, đồng thời thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn trong ngành vật liệu xây dựng.
Ngoài ứng dụng trong sản xuất bê tông ít phát thải, các nghiên cứu trước đây của Ureaka trong lĩnh vực công nghệ kết dính sinh học nhằm tạo khoáng trong vật liệu xây dựng cũng cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng hơn như gia cố nền đất cho các công trình xây dựng hoặc sửa chữa các kết cấu bê tông hiện hữu thông qua quá trình hình thành khoáng chất.
Hướng tới thương mại hóa công nghệ vật liệu phát thải âm carbon cho ngành xây dựng
Sau giai đoạn nghiên cứu ban đầu, Ureaka hiện đang tập trung thúc đẩy quá trình thương mại hóa công nghệ vật liệu thay thế xi măng có khả năng lưu trữ carbon. Khoản hỗ trợ từ IBioIC đã giúp doanh nghiệp hoàn thiện bước chuyển từ thử nghiệm trong phòng thí nghiệm sang mô hình hóa sản xuất ở quy mô nhà máy và triển khai các hoạt động kiểm định sản phẩm ban đầu.
Doanh nghiệp hiện đang tiếp tục tìm kiếm thêm nguồn tài trợ cũng như chuẩn bị cho vòng huy động vốn đầu tư giai đoạn đầu nhằm mở rộng đội ngũ nghiên cứu và đẩy nhanh tiến trình phát triển công nghệ.
Song song với đó, Ureaka cũng lên kế hoạch thực hiện các thử nghiệm độc lập từ bên thứ ba trong môi trường sản xuất thực tế. Đây được xem là bước quan trọng trước khi vật liệu có thể tiến tới giai đoạn thương mại hóa trên thị trường.
Ông Philip Salter, nhà sáng lập kiêm Giám đốc điều hành Ureaka, cho biết ngành xi măng là một trong những lĩnh vực khó giảm phát thải nhất hiện nay bởi ngay cả khi điện hóa toàn bộ quy trình sản xuất thì phần lớn lượng khí thải vẫn đến từ các phản ứng hóa học trong quá trình sản xuất clinker.
Theo ông, hướng tiếp cận của Ureaka khác biệt ở chỗ tận dụng giá trị khoáng sẵn có trong bê tông phế thải, kết hợp với CO₂ thu giữ được để tạo ra vật liệu thay thế xi măng có thể tích hợp trực tiếp vào chuỗi cung ứng hiện tại.
Bà Caroline Kewney, phụ trách chương trình phát triển đổi mới tại IBioIC nhận định, lĩnh vực vật liệu xây dựng hiện là một trong những ngành phát sinh lượng khí thải lớn trên phạm vi toàn cầu, vì vậy nhu cầu phát triển các giải pháp thay thế có khả năng mở rộng quy mô là hết sức cần thiết. Theo bà, dự án cho thấy công nghệ sinh học công nghiệp hoàn toàn có thể biến các dòng chất thải thành nguồn nguyên liệu giá trị mới, đồng thời hỗ trợ thu giữ carbon và thúc đẩy mô hình sản xuất tuần hoàn trong tương lai.
Buildata
