Bê tông là một trong những vật liệu xây dựng phổ biến nhất thế giới, nhưng ngành xi măng cũng là nguồn phát thải CO₂ lớn. Vì vậy, các nhà khoa học đang tìm cách biến chính vật liệu xây dựng này thành một phần của giải pháp giảm carbon.
Nghiên cứu được công bố trên Carbon Research tập trung vào hai vật liệu tự nhiên là zeolite và than sinh học từ tre.
Zeolite là khoáng chất có cấu trúc nhiều lỗ nhỏ, có khả năng giữ các phân tử khí. Than sinh học, được tạo ra bằng cách nung vật liệu hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy, cũng có cấu trúc xốp và hàm lượng carbon cao.
Nhóm nghiên cứu thay một phần cát bằng zeolite và thay một lượng nhỏ xi măng bằng than sinh học. Họ thử nhiều tỷ lệ khác nhau để tìm công thức vừa hấp thụ CO₂ vừa không làm bê tông yếu đi.
Trong số các hỗn hợp được thử nghiệm, công thức có 50% zeolite thay thế cốt liệu mịn và 1% than sinh học tre thay thế xi măng, được gọi là ZB5, cho kết quả nổi bật nhất.
Sau 28 ngày, bê tông ZB5 đạt cường độ chịu nén 38,49 MPa, cao hơn khoảng 7,48% so với bê tông đối chứng. Cường độ chịu kéo gián tiếp đạt 4,39 MPa, cao hơn 15%.
Nhóm nghiên cứu cho rằng cấu trúc của zeolite và than sinh học giúp vật liệu tạo thành một ma trận xi măng đặc hơn. Các lỗ rỗng của zeolite và biochar đồng thời tạo thêm không gian để giữ CO₂.
Tuy nhiên, nhiều hơn không phải lúc nào cũng tốt. Khi tỷ lệ than sinh học tăng trên 1%, khả năng hấp thụ CO₂ tiếp tục tăng nhưng độ bền cơ học của bê tông lại giảm.
Để kiểm tra khả năng hấp thụ carbon, nhóm nghiên cứu đặt các mẫu bê tông trong buồng carbonation có nồng độ CO₂ được kiểm soát.
Mẫu ZB5 hấp thụ khoảng 1,2g CO₂ mỗi ngày. Sau 7 ngày, CO₂ đã thâm nhập khoảng 15mm vào mẫu bê tông.
Cơ chế này liên quan đến cấu trúc xốp của zeolite và than sinh học. Các lỗ nhỏ tạo ra diện tích bề mặt lớn, giúp vật liệu tương tác với CO₂.
Các nhà nghiên cứu đề xuất một số ứng dụng như mặt đường, tường chắn, đường ống thoát nước và những khu vực có nồng độ CO₂ cao.
Tuy nhiên, nghiên cứu mới chỉ là bằng chứng khái niệm ở quy mô phòng thí nghiệm. Việc đưa công thức này vào công trình thực tế cần đánh giá thêm độ bền lâu dài, khả năng chịu thời tiết, chu kỳ đóng băng–tan băng ở những vùng lạnh, độ ổn định của than sinh học và hiệu quả hấp thụ CO₂ trong điều kiện ngoài trời.
Quan trọng hơn, việc một khối bê tông hấp thụ CO₂ không đồng nghĩa toàn bộ quá trình sản xuất nó không phát thải carbon. Để đánh giá lợi ích khí hậu thực sự, cần tính cả phát thải từ sản xuất xi măng, khai thác và xử lý zeolite, sản xuất than sinh học, vận chuyển và thi công.
Nếu các nghiên cứu tiếp theo chứng minh được độ bền và khả năng hấp thụ trong thời gian dài, bê tông có thể không chỉ là vật liệu xây dựng mà còn trở thành một thành phần trong chiến lược giảm carbon của các công trình.
