6 giải pháp thay thế xi măng nhằm giảm tác động tiêu cực đến thành phố

​Kẻ thù của môi trường

Trong báo cáo Chatham House, trong khi xi măng là thành phần vật liệu quan trọng trong các công trình xây dựng và là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất thì đối với môi trường, đây cũng là mối đe dọa gây ra tác động tiêu cực đến môi trường, góp phần trở thành nguyên nhân gây nên khủng hoảng khí hậu. 

Xi măng phát ra khí thải carbon dioxide (CO2) và các khí nhà kính khác, gây hại cho chất lượng không khí trong bầu khí quyển của trái đất. Bê tông (với 80-05% xi măng cốt liệu và 10-20% khối lượng xi măng) làm thay đổi hệ sinh thái đã có từ trước dẫn đến mất đất màu mỡ và mất đa dạng sinh học. Công nghiệp xi măng cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm tiếng ồn và rung động mặt đất, dẫn đến ảnh hưởng đến sự ổn định của đất và gây xói mòn đất, phá vỡ đa dạng sinh học địa phương do khai thác đá vôi, nguyên liệu thô cho xi măng), bụi mịn từ xi măng khi hít vào phổi dễ gây bệnh về đường hô hấp.

Ngày nay, ngành công nghiệp xi măng tạo ra từ 5-8% lượng khí thải CO2 nhân tạo trên toàn cầu và dự kiến sẽ tiếp tục tăng trong 30 năm tới, trong đó 50% là từ quá trình hóa học và 40% từ nhiên liệu đốt. 

Trong suốt quá trình sản xuất xi măng, clinkerization chiếm hơn 50% lượng khí thải carbon. Clinker hoặc clinker Portland, được tạo ra bằng cách đốt cháy các nguyên liệu thô là đá vôi – đất sét, vỏ sò và một số phụ gia điều chỉnh hệ số như quặng sắt, boxit, cát….

Lò được sử dụng thường được làm nóng bằng cách sử dụng các nguồn tài nguyên không thể tái tạo như khí đốt tự nhiên hoặc các dẫn xuất dầu mỏ khác. Người ta ước tính rằng đối với mỗi tấn clinker được sản xuất, từ 800 đến 1.000 kg CO2 được thải ra, bao gồm cả những gì được tạo ra thông qua quá trình phân hủy đá vôi và đốt nhiên liệu hóa thạch. 

Các chuyên gia cho biết sự gia tăng này sẽ xuất phát từ nhu cầu đô thị hóa nhanh chóng ở các khu vực như Đông Nam Á và châu Phi cận Sahara. Đồng thời, báo cáo gần nhất của IPCC cảnh báo rằng chúng ta chỉ có 11 năm để giảm lượng khí thải và ngăn ngừa những thiệt hại không thể phục hồi do biến đổi khí hậu. Nói cách khác, trong khi ngành công nghiệp xi măng đang phát triển mạnh mẽ và mở rộng với quy mô lớn, thì đồng thời, chúng ta đang liên tục phải đối mặt với việc giảm lượng khí thải nhanh chóng.

Mỗi năm, hơn 4 tỷ tấn xi măng được sản xuất. Theo The Guardian, “Sau nước, bê tông là chất được sử dụng rộng rãi nhất trên Trái đất. Nếu ngành công nghiệp xi măng là một quốc gia, thì nước này sẽ là nước phát thải carbon dioxide lớn thứ ba trên thế giới với 2,8 tỷ tấn, chỉ sau Trung Quốc và Mỹ”. Tuy nhiên, điều đáng lo ngại là mục tiêu phát thải của lĩnh vực xây dựng là cần phải giảm 16% để đạt được các mục tiêu của Thỏa thuận Paris vào năm 2030; trong khi ước tính sản lượng xi măng toàn cầu sẽ tăng lên hơn 5 tỷ tấn vào năm 2050.

The Guardian chỉ ra rằng cũng có những tác động môi trường ít được biết đến khác như: bê tông là một gã khổng lồ khát nước, chiếm gần 1/10 lượng nước sử dụng công nghiệp toàn cầu. Điều này gây khó khăn cho các nguồn cung cấp nước phục vụ nước uống, sinh hoạt và hoạt động nông nghiệp vì 75% lượng tiêu thụ này là ở các vùng hạn hán và thiếu nước; là vật liệu làm tăng hiệu ứng đảo nhiệt đô thị bằng cách hấp thụ nhiệt từ mặt trời, giữ khí từ khói xe và các thiết bị điều hòa không khí, từ đó làm giảm chất lượng cuộc sống và mất đa dạng sinh học của các không gian đô thị.

Tuy nhiên, không thể phủ nhận rằng bê tông có hại nhưng cũng đem lại vô số lợi ích cho xã hội với chi phí rẻ, dễ sử dụng, và là vật liệu cực kỳ bền. Rất hiếm khi tìm thấy một tòa nhà không sử dụng bất kỳ loại xi măng nào, cho cả kết cấu, lớp hoàn thiện hay móng của nó. Các công trình lớn như cầu, đường, đập thủy điện,… hay hầu hết các cơ sở hạ tầng của đô thị đều phụ thuộc vào bê tông. Vì vậy, sự phụ thuộc của nhân loại vào vật liệu này là rất lớn.

Nhưng khác với nhựa, việc thay đổi cách sử dụng bê tông và xi măng phức tạp hơn nhiều. Ví dụ, chúng ta có thể nói không với túi ni lông hoặc sản phẩm dùng một lần, nhưng khó mà từ bỏ việc sử dụng nước chỉ vì nó được vận chuyển thông qua đường ống bê tông.

Ngày nay, nhiều vật liệu sáng tạo ra đời cho thấy tiềm năng trong việc giảm lượng khí thải Carbon của ngành công nghiệp, nhưng việc tin rằng bê tông có thể thay thế trong tương lai là điều gần như không tưởng. 

Tuy nhiên, có một số giải pháp để làm cho việc sản xuất bê tông thân thiện với môi trường hơn và giảm việc sử dụng nó trong xây dựng.

6 giải pháp thay thế xi măng

1. AshCrete

Ashcrete với việc sử dụng tro bay (một sản phẩm phụ của quá trình đốt than) làm nguyên liệu chính để sản xuất bê tông. Khoảng 93% chất tạo thành được làm từ vật liệu tái chế, khi trộn với borat, tro đáy và hợp chất clo, nó có thể tạo ra một chất thay thế mạnh hơn, bền hơn và thân thiện với môi trường.

Ngoài ra, tro bay, thành phần chủ yếu, được sản xuất bởi các nhà máy điện. Với sự gia tăng tiêu thụ than, lượng phế phẩm này sẽ dư thừa.

So với bê tông truyền thống, Ashcrete có khả năng chống axit, lửa, chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và mức ăn mòn cao. Là sản phẩm phụ của quá trình đốt than, xi măng được tái chế từ tro bay cũng rẻ hơn nhiều so với xi măng thường. Nhưng cũng vì lý do này, việc sản xuất Ashcrete ở quy mô lớn có thể không đem lại hiệu quả về mặt kinh tế, vì việc sử dụng than sẽ giảm trong tương lai, do đó hạn chế nguồn cung cấp tro bay.

2. HempCrete

Hempcrete là một loại bê tông tổng hợp sinh học, trong đó những mảnh gỗ nhỏ từ thân cây gai dầu được trộn với vôi hoặc xi măng bùn để tạo ra một vật liệu xây dựng có độ bền cao, thân thiện với môi trường.

Nó có thể được đúc tại chỗ hoặc đúc sẵn thành các cấu kiện xây dựng như khối hoặc tấm và nhẹ hơn 8 lần so với bê tông. Tuy nhiên, bê tông gai dầu không phù hợp là kết cấu móng do cường độ nén thấp của nó. Trong hầu hết các trường hợp, nó không phải là vật liệu chịu lực, mặc dù nó có thể được tích hợp trong các hệ thống xây dựng tòa nhà truyền thống.

Hempcrete cho phép hơi ẩm bay hơi (không có nấm mốc), không thoát khí và tránh bị mối mọt. Các đặc tính không độc hại và nhẹ của bê tông gai dầu cũng đảm bảo nó dễ dàng di chuyển xung quanh nơi làm việc. Hempcrete không co lại, duy trì nhiệt độ ổn định và cũng có thể tăng độ bền theo thời gian.

Vật liệu làm từ gai dầu này chứa các túi khí giữa các hạt của nó,vì vậy có đặc tính cách nhiệt cách âm tuyệt vời, lý tưởng cho việc xây dựng các không gian chống ồn. Điều đáng buồn là mặc dù có tiềm năng làm vật liệu xây dựng từ cây gai dầu, loại cây này vẫn bị cấm ở nhiều quốc gia.

3. Sợi nấm

Nấm có ưu điểm là nguyên liệu có thể phát triển trong các điều kiện nhiệt độ và độ ẩm khác nhau. Sợi nấm, rễ nấm là thành phần chính cấu tạo nên các vật liệu có tính chắc bền hơn cả bê tông, có khả năng cách nhiệt, điện hơn cả sợi thủy tinh. Nghiên cứu về vấn đề này còn cần một quá trình dài, nhưng đã có những ví dụ hứa hẹn về việc sử dụng sợi nấm cho các công trình. 

Công ty Mogu (Ý) đã phát triển một dòng sản phẩm dựa trên sợi nấm bao gồm các tấm cách âm, sàn và tấm panel. Vật liệu sinh học này có độ xốp cao, mang lại hiệu suất âm thanh tuyệt vời với bề mặt hấp thụ âm thanh và có lợi cho chất lượng không khí bằng cách hấp thụ chất độc.

4. Ferrock

Do nhầm lẫn được phát hiện bởi nhà nghiên cứu David Stone, Ferrock được tạo ra từ bột thép – thứ thường bị loại bỏ trong các quy trình công nghiệp – và silica từ thủy tinh mài. Vật liệu cứng lại khi tiếp xúc với nồng độ carbon dioxide cao, được hấp thụ và giữ lại, khiến hợp chất trở nên âm tính với carbon. 

Kết quả là vật liệu cứng hơn xi măng poóc lăng (portland) gấp 5 lần. Tuy nhiên, thách thức đối với vật liệu này là làm cho nó dễ tiếp cận hơn ở quy mô lớn hơn, vì nó bao gồm các sản phẩm phụ thuộc vào phế thải công nghiệp và có thể có số lượng sản xuất hạn chế.

5. Graphene Crete

Graphene là một vật liệu nano có cấu trúc của carbon, có định dạng là một lớp của các liên kết hai chiều hình lục giác mà mỗi đỉnh của lục giác là một nguyên tử carbon. Đây cũng là tinh thể mỏng nhất được biết đến. 

Các nhà khoa học Mỹ đang phát triển một kỹ thuật mới chỉ trong 1/100 giây đã có thể biến rác thải sinh học, rác thải nhựa, than đá… thành vật liệu graphene với mục đích thay thế các vật liệu xây dựng gây tác động tiêu cực đến môi trường.

Vật liệu này rất nhẹ, là chất dẫn điện, cứng và không thấm nước, và có thể được sử dụng như một chất phụ gia cho bê tông, tăng sức đề kháng và độ bền của nó, vì nó cho phép xây dựng các cấu trúc mỏng hơn, nó có thể làm giảm đáng kể lượng khí thải carbon của một tòa nhà. 

Hiện tại, việc tiếp cận với graphene là một vấn đề nan giải và cũng giống như nhiều giải pháp thay thế khác, việc sử dụng và sản xuất nó vẫn chưa phổ biến và đang trong giai đoạn phát triển ban đầu.

6. Finite

Một nhóm các nhà khoa học Anh đã phát triển vật liệu có khả năng phân huỷ sinh học gọi là Finite, được liên kết từ các hạt sa mạc mịn lại với nhau để tạo ra một vật liệu giống như bê tông và có thể dễ dàng nấu chảy, tái sử dụng hoặc hỗ trợ phân hủy sinh học thân thiện và an toàn. 

Giống như bê tông, Finite có thể được đúc thành bất kỳ hình dạng hoặc kích thước nào, được phủ bột màu tự nhiên và không cần nung như đất sét, điều này nghĩa là vật liệu này tiêu thụ ít năng lượng hơn. 

Tuy nhiên, một điểm tiêu cực cần xem xét là chúng ta đã sử dụng một lượng cát khổng lồ trên khắp thế giới, cát đang dần cạn kiệt và tình trạng khan hiếm cát có thể trở thành cuộc khủng hoảng bền vững tiếp theo. Do đó, tiềm năng của vật liệu này giảm đáng kể vì vật liệu hữu hạn.

Có thể thấy, hầu hết các nguyên vật liệu khả thi trong việc thay thế xi măng vẫn trong giai đoạn nghiên cứu, phát triển và còn tiềm ẩn nhiều khó khăn, thách thức. Do đó, việc đầu tư vào đổi mới và nghiên cứu là điều rất cần thiết vì để tạo ra một sản phẩm phổ biến và sử dụng rộng rãi như bê tông không phải là một nhiệm vụ dễ dàng./.