Ngay trong bối cảnh áp lực về tài nguyên cát sỏi ngày càng lớn cùng yêu cầu giảm phát thải trong ngành xây dựng, các nghiên cứu về vật liệu thay thế trong bê tông và các giải pháp giúp vật liệu xây dựng tăng khả năng hấp thụ CO₂ đang nhận được nhiều quan tâm. Hướng nghiên cứu mới cho thấy tiềm năng kép gồm giảm phụ thuộc vào tài nguyên khai thác tự nhiên và tăng khả năng lưu giữ carbon thông qua quá trình khoáng hóa trong vật liệu, điển hình là việc tận dụng tro đáy từ lò đốt rác sinh hoạt để phát triển bê tông hấp thụ CO₂.
Các nhà nghiên cứu tại Đức đang thử nghiệm một hướng đi mới trong xử lý tro đáy từ lò đốt rác sinh hoạt, biến loại chất thải vốn phải chôn lấp thành vật liệu xây dựng có thể thay thế một phần cát, sỏi trong bê tông và các công trình hạ tầng. Đồng thời, quá trình carbonat hóa được ứng dụng để giúp vật liệu hấp thụ và lưu trữ CO₂, mở ra hướng tiếp cận mới trong tái sử dụng chất thải và giảm phát thải carbon.
Ngay trong bối cảnh áp lực về tài nguyên cát sỏi ngày càng lớn cùng yêu cầu giảm phát thải trong ngành xây dựng, các nghiên cứu về vật liệu thay thế trong bê tông và các giải pháp giúp vật liệu xây dựng tăng khả năng hấp thụ CO₂ đang nhận được nhiều quan tâm. Một trong những hướng đi đáng chú ý là khai thác tro đáy từ lò đốt rác sinh hoạt, loại vật liệu vốn được coi là chất thải cuối cùng sau quá trình xử lý rác, để tái sử dụng trong xây dựng thông qua các công nghệ xử lý và cải biến phù hợp.
Việc phát triển bê tông hấp thụ CO₂ từ tro đáy lò đốt rác sinh hoạt vì vậy được xem là hướng tiếp cận phù hợp với mô hình kinh tế tuần hoàn và phát triển vật liệu xây dựng xanh.
Dự án nghiên cứu này được triển khai với sự tham gia của Đại học Khoa học Ứng dụng Cologne (TH Köln ) và Đại học RWTH Aachen, dưới sự điều phối của Hiệp hội Quản lý Chất thải Bergisch. Nguồn nguyên liệu chính là tro đáy từ lò đốt rác sinh hoạt tại Đức, nơi mỗi năm phát sinh khoảng 6 triệu tấn loại vật liệu này. Theo các nhà nghiên cứu, trong khối tro sau đốt vẫn tồn tại một phần khoáng chất có khả năng phản ứng hóa học với CO₂ và có thể được khai thác nếu trải qua quá trình xử lý phù hợp.
Trước khi có thể đưa vào sử dụng trong xây dựng, tro đáy cần được sàng lọc và xử lý để loại bỏ các thành phần không mong muốn và các tạp chất có nguy cơ gây ô nhiễm. Mục tiêu của quá trình này không phải sử dụng trực tiếp tro thô, mà là tạo ra một nguồn nguyên liệu ổn định hơn, phù hợp để làm vật liệu nền đường, vật liệu san lấp hoặc tham gia vào thành phần bê tông trong các ứng dụng kỹ thuật.
Một trong những trọng tâm của nghiên cứu là ứng dụng quá trình carbonat hóa. Đây là phản ứng trong đó các khoáng chất trong tro hấp thụ CO₂ và chuyển hóa thành các dạng carbonat ổn định hơn, giúp giữ lại khí CO₂ trong cấu trúc vật liệu trong thời gian dài. Để tối ưu quá trình này, nhóm nghiên cứu đang thử nghiệm nhiều phương án khác nhau.
Phương án carbonat hóa trong môi trường ướt giúp tăng khả năng hấp thụ CO₂ do khí có thể tiếp xúc sâu hơn với vật liệu. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thêm năng lượng cho quá trình làm khô sau xử lý. Trong khi đó, phương án carbonat hóa với độ ẩm thấp tạo ra lớp carbonat tập trung trên bề mặt hạt tro nhưng khả năng thẩm thấu CO₂ vào bên trong bị hạn chế, dẫn đến tổng lượng CO₂ được giữ lại thấp hơn. Việc lựa chọn giải pháp phù hợp vì vậy phụ thuộc vào khả năng cân bằng giữa hiệu quả hấp thụ CO₂ và tính khả thi trong sản xuất thực tế.
Các nhà nghiên cứu cho biết hiện đang xây dựng một trạm thử nghiệm kỹ thuật tại Trung tâm Quản lý Chất thải Leppe gần Lindlar để đánh giá các phương án carbonat hóa trong điều kiện vận hành thực tế. Trạm thử nghiệm này sử dụng nguồn tro đáy từ các đối tác công nghiệp nhằm mô phỏng các kịch bản xử lý ở quy mô lớn hơn so với phòng thí nghiệm.
Kết quả ban đầu cho thấy tro đáy sau xử lý có thể được sử dụng như một dạng cốt liệu thay thế trong xây dựng. Một số nghiên cứu trước đây ghi nhận khi bổ sung khoảng 6% tro đáy vào hỗn hợp bê tông, cường độ nén sau 28 ngày có thể đạt khoảng 36,1 MPa, đồng thời cải thiện mật độ vật liệu và giảm khả năng hút nước so với mẫu đối chứng. Các mẫu có tỷ lệ bổ sung khác nhau cũng cho thấy khả năng đáp ứng yêu cầu chống băng giá ở mức khá tốt.
Ngoài ra, các nghiên cứu về tro đáy sau carbonat hóa còn cho thấy sự cải thiện đáng kể về tính chất cơ học. Cường độ nén không nở hông của vật liệu tăng mạnh khi thời gian carbonat hóa kéo dài, đồng thời cấu trúc vi mô trở nên đặc chắc hơn. Một kết quả đáng chú ý khác là mức độ rò rỉ của một số kim loại như đồng, crôm, kẽm và chì giảm rõ rệt sau quá trình xử lý, cho thấy khả năng cải thiện tính ổn định môi trường của vật liệu.
Từ các kết quả nghiên cứu hiện có, tro đáy sau xử lý được đánh giá có tiềm năng thay thế một phần cát hoặc sỏi trong các ứng dụng như nền đường, san lấp và một số cấu kiện bê tông. Bên cạnh đó, khả năng tận dụng vật liệu này như chất kết dính hoặc thành phần trong bê tông cũng đang được xem xét, dù yêu cầu kiểm soát chặt chẽ hơn về kích thước hạt, thành phần và độ đồng đều để đảm bảo tính ổn định trong sản xuất.
Hướng nghiên cứu này cho thấy tiềm năng kép gồm giảm phụ thuộc vào tài nguyên khai thác tự nhiên và đồng thời góp phần hấp thụ CO₂ thông qua quá trình khoáng hóa trong vật liệu. Tuy vậy, các nhà khoa học cũng nhấn mạnh cần tiếp tục đánh giá thêm về tính ổn định dài hạn, khả năng kiểm soát tạp chất và hiệu quả triển khai ở quy mô công nghiệp trước khi có thể áp dụng rộng rãi.
Buildata
