Khám phá công nghệ ‘biến’ đất trồng thành vật liệu xây dựng

Bê tông là một trong những thành phần cơ bản nhất được sử dụng để xây dựng các công trình. Tuy nhiên quy trình sản xuất vật liệu này lại có độ phát thải CO2 rất cao, thậm chí chiếm đến 8% lượng khí thải CO2 toàn cầu. Hơn nữa, bê tông khi hết hạn sử dụng sẽ rất khó xử lý, gây ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường. Xuất phát từ những nguyên nhân trên, các nhà khoa học tại Đại học Texas A & M đã phát triển giải pháp sử dụng đất trồng để tạo ra vật liệu xây dựng thay thế cho bê tông.

Các nhà khoa học cho biết, nhiều loại đất thông thường, đặc biệt là những loại đất có hàm lượng sét cao có thể được xử lý để tạo ra một vật liệu có ứng dụng tương tự như bê tông, được đổ dưới dạng chất lỏng bán cứng. Các vật liệu như vậy có thể được sản xuất tại chỗ bằng cách sử dụng đất địa phương với máy in 3D công suất lớn.

Theo đó, họ đề xuất ý tưởng về một bộ công cụ có thể được sử dụng để sản xuất vật liệu thay thế bê tông sử dụng đất địa phương. Một bộ công cụ như vậy có thể phân tích nguồn cung cấp đất địa phương và sau đó tạo ra một công thức cho vật liệu có thể được đổ như bê tông và làm cứng tại chỗ. Nếu được hiện thực hóa, bộ công cụ này sẽ là phương tiện giúp phân tích nguồn đất trồng tại địa phương và tạo ra công thức sản xuất vật liệu xây dựng mới, thân thiện với môi trường.

Để thể hiện ý tưởng của mình, nhóm các nhà khoa học đã thu thập đất từ ​​sân sau của nhà một thành viên trong nhóm. Sau đó, họ sử dụng công thức để tạo ra hỗn hợp vật liệu sử dụng mẫu đất, natri silicat và chất xúc tác kiềm. Tiếp theo, hỗn hợp này sẽ được dùng để xây một bức tường nhỏ trong phòng thí nghiệm.

Hình A- Minh họa quá trình tạo loại vật liệu xây dựng thay thế bê tông mà nhóm nghiên cứu đang hướng đến. Qua quá trình này, đất muskeg (một loại đất axit phổ biến ở Bắc Cực) sẽ được chuyển hóa thành các hỗn hợp silicat chịu lực. Hình B- Phân tích kích thước hạt của loại đất sét Burlewash. Hình C, D, E- Thể hiện các thông số của đất, trong đó có các chỉ số quang phổ chuyển đổi hồng ngoại Fourier (FTIR), phản xạ giảm toàn phần (ATR) và biểu đồ electron. Hình F,G, H, I, J- Bản đồ thể hiện các nguyên tố bằng phép phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X, lần lượt là: Oxy, Natri, Nhôm, Silicon, Kali. Hình K– Thử nghiệm cường độ nén. Hình L- Các đường cong lưu biến thể hiện độ chảy đo được trong công thức đất sét. Hình M– Sử dụng máy in 3D để tạo ra hỗn hợp đất sét như hình. (Nguồn: Frontiers in Materials (2020)).

Ngoài ra, các nhà khoa học cũng cho hay, vật liệu này phù hợp nhất cho các phần phi cấu trúc của tòa nhà, như mặt tiền, nhưng họ hi vọng sẽ sớm sản xuất vật liệu phù hợp cho việc sử dụng chung.