Tạo ra các loại xi măng và bê tông sử dụng chất thải từ ngành công nghiệp

Theo Liên Hợp Quốc, ngành công nghiệp xi măng hiện chiếm khoảng 7% lượng phát thải CO₂ toàn cầu. Để sản xuất một tấn xi măng, toàn bộ chuỗi từ khai thác đá vôi, nung clinker đến vận chuyển thành phẩm có thể tạo ra gần một tấn CO₂, khiến việc giảm phát thải trong lĩnh vực này trở thành ưu tiên của nhiều quốc gia.

Ảnh minh họa

Một trong những nguyên nhân chính là  clinker - thành phần cốt lõi của xi măng - phải được sản xuất bằng cách nung đá vôi ở nhiệt độ rất cao, tiêu tốn nhiều năng lượng và thải ra lượng lớn khí carbon. Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu tại IFPA đã tìm cách thay thế một phần clinker bằng các vật liệu vốn bị coi là chất thải của ngành công nghiệp cellulose.

Dự án do Tiến sĩ Marco Oliveira, chuyên gia Kỹ thuật Xây dựng, chủ trì, sử dụng hai loại phụ phẩm gồm tro bay sinh khối (BFA) và vật liệu đá vôi sinh khối (BLF) phát sinh trong quá trình sản xuất cellulose tại khu vực Amazon thuộc bang Maranhão. Theo nhóm nghiên cứu, hai loại vật liệu này có thể thay thế tới 50% lượng clinker trong xi măng mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đối với nhiều công trình xây dựng dân dụng.

Trong quá trình nghiên cứu, hơn 30 công thức phối trộn đã được phát triển và thử nghiệm. Kết quả cho thấy loại xi măng mới có thể sử dụng để sản xuất vữa xây, keo dán và nhiều loại vật liệu xây dựng khác, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn của Hiệp hội Tiêu chuẩn Kỹ thuật Brazil (ABNT).

Việc tận dụng các phụ phẩm này không chỉ giúp giảm nhu cầu sử dụng clinker mà còn mở ra hướng xử lý hiệu quả đối với lượng chất thải phát sinh từ ngành công nghiệp cellulose. Thay vì phải chôn lấp hoặc xử lý riêng, phụ phẩm được đưa trở lại chuỗi sản xuất, qua đó giảm nhu cầu khai thác nguyên liệu mới và hạn chế tác động đến môi trường. Ngoài việc giảm lượng clinker, vật liệu mới còn được đánh giá có khả năng hấp thụ và lưu giữ CO₂ tốt hơn, góp phần giảm tác động tới môi trường trong suốt vòng đời sản phẩm.

Theo ông Marco Oliveira, nhờ nguồn nguyên liệu dồi dào từ ngành công nghiệp cellulose của Brazil, giải pháp này có tiềm năng sản xuất ở quy mô thương mại với chi phí cạnh tranh so với xi măng truyền thống. Đây cũng là yếu tố quan trọng để các vật liệu xây dựng phát triển theo hướng xanh có thể được ứng dụng rộng rãi thay vì chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm.

Biến lốp xe cũ thành vật liệu xây dựng

Bên cạnh xi măng, IFPA cũng phát triển một loại bê tông mới sử dụng cao su tái chế từ lốp xe cũ để thay thế một phần cát tự nhiên. Sau khi được thu gom, lốp xe được nghiền thành các hạt cao su với nhiều kích cỡ khác nhau trước khi phối trộn cùng nước, xi măng và các vật liệu xây dựng khác.

Theo nhà nghiên cứu Laércio Gouvêa Gomes, việc thay thế một phần cát bằng cao su tái chế không chỉ giúp giảm nhu cầu khai thác tài nguyên thiên nhiên mà còn góp phần xử lý lượng lớn lốp xe đã qua sử dụng - loại chất thải rất khó phân hủy trong môi trường. 

Đáng chú ý, sự hiện diện của các hạt cao su còn giúp bê tông có độ đàn hồi tốt hơn, giảm lực tác động khi người đi bộ di chuyển trên bề mặt. Đặc tính này đặc biệt phù hợp với một số ứng dụng như tấm lát vỉa hè, nơi yêu cầu vật liệu vừa có độ bền vừa tạo cảm giác an toàn và thuận tiện cho người sử dụng.

Hiện loại bê tông này đã được sử dụng để sản xuất các tấm lát vỉa hè dành cho người khiếm thị ngay trong khuôn viên IFPA và đáp ứng các yêu cầu về độ bền theo tiêu chuẩn của Brazil.

Từ chất thải thành tài nguyên

Những nghiên cứu trên cho thấy chất thải công nghiệp và nông nghiệp hoàn toàn có thể trở thành nguồn nguyên liệu có giá trị cho ngành xây dựng. Việc thay thế một phần nguyên liệu truyền thống bằng phụ phẩm không chỉ giúp giảm lượng tài nguyên phải khai thác mà còn hạn chế lượng chất thải phải đưa đi xử lý.

Quan trọng hơn, các giải pháp này cho thấy quá trình giảm phát thải của ngành xây dựng không nhất thiết chỉ dựa vào việc phát triển những công nghệ hoàn toàn mới. Một hướng đi hiệu quả khác là thay đổi cách nhìn về chất thải, biến những vật liệu từng bị xem là gánh nặng môi trường thành nguồn tài nguyên thứ cấp cho các ngành sản xuất khác.

Theo các chuyên gia, những nghiên cứu này phản ánh xu hướng ngày càng rõ nét của mô hình kinh tế tuần hoàn, trong đó chất thải từ một ngành sản xuất được tái sử dụng làm nguyên liệu cho ngành khác thay vì bị chôn lấp hoặc xử lý như rác thải.

Đối với ngành xây dựng - một lĩnh vực có nhu cầu rất lớn về xi măng, cát và các loại nguyên liệu tự nhiên - việc tận dụng phụ phẩm công nghiệp có thể mang lại lợi ích kép: giảm áp lực lên tài nguyên thiên nhiên và cắt giảm phát thải trong quá trình sản xuất vật liệu.

Nếu được tiếp tục hoàn thiện về công nghệ, tiêu chuẩn hóa và khả năng sản xuất quy mô lớn, những vật liệu như xi măng sử dụng phụ phẩm cellulose hay bê tông chứa cao su tái chế có thể trở thành một phần của thế hệ vật liệu xây dựng bền vững, góp phần đưa ngành xây dựng tiến gần hơn tới mục tiêu phát triển ít carbon và sử dụng tài nguyên hiệu quả.

BuilData