Một loại vật liệu xây dựng mới do các kỹ sư tại Viện Bách khoa Worcester (Worcester Polytechnic Institute – WPI) phát triển có thể thay đổi cách thế giới xây dựng công trình. Được tạo ra nhờ một enzyme có khả năng chuyển carbon dioxide thành khoáng chất rắn, vật liệu này có thể đóng rắn trong vài giờ và “khóa” carbon lại thay vì phát thải ra môi trường. Nó có độ bền cao, có thể sửa chữa, tái chế và sạch hơn đáng kể so với bê tông. Nếu được áp dụng rộng rãi, vật liệu này có thể cắt giảm mạnh lượng phát thải trong ngành xây dựng.

Các nhà nghiên cứu tại WPI đã phát triển một vật liệu xây dựng có khả năng loại bỏ nhiều carbon khỏi khí quyển hơn lượng carbon phát sinh trong quá trình sản xuất. Thành tựu này được công bố trên tạp chí khoa học uy tín Matter, mô tả một loại vật liệu có tên là enzymatic structural material (ESM) – vật liệu kết cấu dựa trên enzyme. Vật liệu này được thiết kế để có độ bền cao, tuổi thọ dài và có thể tái chế, đồng thời cần ít năng lượng sản xuất hơn nhiều so với các vật liệu xây dựng truyền thống.

Dự án do Giáo sư Nima Rahbar – Giáo sư xuất sắc Ralph H. White Family và Trưởng khoa Kỹ thuật Xây dựng, Môi trường và Kiến trúc – dẫn dắt. Nhóm nghiên cứu đã tạo ra ESM bằng cách sử dụng một enzyme giúp chuyển CO₂ thành các hạt khoáng rắn. Các hạt này sau đó được liên kết với nhau và đóng rắn trong điều kiện nhẹ. Quy trình này cho phép định hình vật liệu thành các cấu kiện kết cấu chỉ trong vài giờ.

Bê tông truyền thống phải được sản xuất ở nhiệt độ rất cao và có thể mất nhiều tuần để đạt độ đóng rắn hoàn toàn. Ngược lại, ESM hình thành nhanh và để lại dấu chân môi trường nhỏ hơn nhiều.

Giảm phát thải bằng cách thu giữ carbon

“Bê tông là vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi nhất trên hành tinh, và quá trình sản xuất của nó chiếm gần 8% lượng phát thải CO₂ toàn cầu,” Giáo sư Rahbar cho biết. “Những gì nhóm chúng tôi phát triển là một giải pháp thay thế mang tính thực tiễn và có khả năng mở rộng, không chỉ giảm phát thải mà còn trực tiếp thu giữ carbon. Việc sản xuất một mét khối ESM có thể lưu trữ hơn 6 kg CO₂, trong khi bê tông truyền thống phát thải khoảng 330 kg.”

Được thiết kế cho ứng dụng thực tế

ESM kết hợp khả năng đóng rắn nhanh với độ bền có thể điều chỉnh và khả năng tái chế hoàn toàn. Những đặc tính này giúp vật liệu phù hợp cho các ứng dụng thực tế như sàn mái, tấm tường và các hệ thống xây dựng mô-đun. Vật liệu cũng có thể sửa chữa, từ đó giúp giảm chi phí xây dựng dài hạn và hạn chế đáng kể lượng chất thải đưa ra bãi chôn lấp.

“Nếu chỉ một phần nhỏ ngành xây dựng toàn cầu chuyển sang các vật liệu có cân bằng carbon âm như ESM, tác động mang lại có thể vô cùng lớn,” Rahbar nói thêm.

Tiềm năng rộng mở trong nhiều lĩnh vực

Ngoài xây dựng thông thường, vật liệu này còn có thể hỗ trợ phát triển nhà ở giá rẻ, hạ tầng thích ứng với biến đổi khí hậu và công tác phục hồi sau thiên tai. Các cấu kiện nhẹ, có thể sản xuất nhanh, sẽ giúp đẩy nhanh quá trình tái thiết sau các sự kiện thời tiết cực đoan. Do ESM dựa trên quy trình sản xuất năng lượng thấp và các đầu vào sinh học tái tạo, nó cũng phù hợp với các mục tiêu phát triển hạ tầng trung hòa carbon và hệ thống sản xuất tuần hoàn.

M.P (NASTIS), sciencedaily