Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã nghiên cứu ra cách sản xuất bê tông ít carbon với giá rẻ trên quy mô lớn bằng cách tận dụng xi măng phế thải và lò nung hồ quang điện của ngành thép.
Phương pháp được các kỹ sư phát triển bao gồm tái chế xi măng cũ từ các tòa nhà bị phá hủy bằng cách nung nóng và kích hoạt lại các hợp chất bên trong nó.
Chìa khóa của sự đổi mới là cách thực hiện quy trình này: bằng cách sử dụng các lò chạy bằng điện hiện có được sử dụng để tái chế thép.
Đổi mới tái chế - Bước đột phá cho ngành xây dựng
Xi măng là thành phần chính trong bê tông và chịu trách nhiệm cho khoảng 90% lượng khí thải carbon đáng kể của vật liệu này.
Phương pháp tiếp cận của các nhà nghiên cứu Cambridge giải quyết cả hai nguồn phát thải chính: phản ứng hóa học khi biến đá vôi thành xi măng mới và việc đốt nhiên liệu để cung cấp năng lượng cho các lò nung nhiệt độ cao cần thiết cho quá trình đó.
Nhóm nghiên cứu nhận định, sự đổi mới này thể hiện "một bước đột phá cho ngành xây dựng" và tin rằng đây sẽ là quy trình sản xuất xi măng không phát thải đầu tiên trên thế giới.
Nhóm nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi biết rằng nếu trong tương lai lò nung chạy bằng điện thì quy trình của chúng tôi có thể tạo ra xi măng không có khí thải”.
Nhóm đã thành lập một công ty tư nhân để thương mại hóa sản phẩm gọi là Xi măng điện Cambridge và cho biết có thể cung cấp khoảng 1/3 nhu cầu xi măng của Anh Quốc trong vòng 10 năm.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thành công phương pháp của mình tại một cơ sở tái chế thép. Đồng thời, một cuộc thử nghiệm quy mô công nghiệp đầy đủ sẽ được diễn ra vào cuối tháng này – trong đó 60 tấn xi măng sẽ được sản xuất trong hai giờ, sẽ đưa ra dấu hiệu thuyết phục hơn về khả năng mở rộng của công nghệ vật liệu mới này.
Quá trình xử lý xi măng tái chế
Sau khi một tòa nhà bị phá hủy, bê tông của nó sẽ bị nghiền nát đến mức có thể tách xi măng ra khỏi cốt liệu.
Xi măng đã qua sử dụng này được đưa vào lò luyện thép và sử dụng thay thế vôi làm “chất trợ dung” – chất tẩy rửa dùng trong quá trình tái chế để loại bỏ tạp chất khỏi kim loại nóng chảy. Điều này có thể thực hiện được vì xi măng và vôi có thành phần gốc canxi oxit tương tự nhau.
Chất trợ dung kết hợp với các tạp chất tạo thành xỉ – một sản phẩm phụ nổi lên trên bề mặt của thép nóng chảy và có thể dễ dàng tách ra. Lúc này, nếu xỉ gốc xi măng được loại bỏ và làm nguội nhanh sẽ chuyển thành xi măng Portland chất lượng cao.
Theo các nhà nghiên cứu, loại xi măng tái chế này được kỳ vọng sẽ có độ bền tương đương với bất kỳ loại xi măng nào khác ở Anh, vì nó có cùng thành phần hóa học.
Họ cho biết, nó cũng có lợi thế hơn các giải pháp bê tông có hàm lượng carbon thấp khác đang được phát triển vì nó sử dụng các quy trình, thiết bị và tiêu chuẩn hiện có mà không phải trả thêm chi phí đáng kể cho ngành công nghiệp bê tông hoặc thép.
Điều này có nghĩa là cho dù xi măng được đồng sản xuất với thép tái chế hay tự sản xuất bằng cách sử dụng cùng một thiết bị thì vẫn có thể được mở rộng quy mô nhanh chóng.
Cho đến nay, hầu hết các giải pháp đều liên quan đến việc thay thế một phần hàm lượng xi măng trong bê tông bằng các vật liệu thay thế như tro bay. Nhưng thành phần xi măng của nó không bao giờ có thể được thay thế hoàn toàn vì nó cần thiết cho quá trình kích hoạt hóa học, nghĩa là một lượng khí thải luôn tồn tại.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng chỉ riêng xi măng điện của họ không thể giải quyết được vấn đề phát thải carbon liên quan đến bê tông.
Nhóm nghiên cứu cho biết: “Sản xuất xi măng không phát thải là một điều kỳ diệu nhưng chúng tôi cũng phải giảm lượng xi măng và bê tông mà chúng tôi sử dụng. Bê tông rẻ, chắc chắn và có thể được sản xuất ở hầu hết mọi nơi, nhưng chúng ta lại sử dụng quá nhiều. Chúng ta có thể giảm đáng kể lượng bê tông sử dụng mà không làm giảm mức độ an toàn, nhưng cần phải có quyết tâm chính trị để biến điều đó thành hiện thực”.
Quá trình và kết quả của nhóm Cambridge được đăng tải trên tạp chí Nature.
Nguồn: Báo Xây Dựng
