Lần đầu tiên trên thế giới tạo ra xi măng làm từ tảo thân thiện môi trường

Lần đầu tiên trên thế giới, các nhà nghiên cứu Mỹ tạo ra xi măng sinh học dựa trên vi tảo giúp giảm phát thải carbon.

Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Colorado Boulder, Đại học North Carolina Wilmington và Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Mỹ đã phát triển một phương pháp trung hòa carbon độc đáo bằng cách sử dụng xi măng có thể sản xuất từ đá vôi sinh học. Vật liệu mới này hứa hẹn có thể giảm thiểu đáng kể tình trạng ô nhiễm môi trường do các hoạt động xây dựng trên toàn cầu gây ra.

Theo một báo cáo của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA), xi măng đứng thứ ba trong số 10 nguồn gây ô nhiễm công nghiệp lớn nhất. Mỗi năm có khoảng 2 tỷ tấn CO₂ thải vào môi trường do quá trình sản xuất và sử dụng xi măng. Dù là ở đâu, thật khó để hình dung các hoạt động xây dựng sẽ như thế nào nếu không có bê tông và xi măng, đặc biệt là xi măng Portland.

Trong khi nêu bật ý nghĩa của bê tông, trưởng nhóm nghiên cứu Wil Srubar, Giáo sư tại Đại học Colorado Boulder, lưu ý rằng quá trình sản xuất thương mại xi măng Portland liên quan đến việc đốt một lượng lớn đá vôi dẫn đến phát thải CO₂, chất ô nhiễm và khí độc, ảnh hưởng nặng nề tới chất lượng không khí của khu vực xung quanh.

Wil Srubar cầm một khối bê tông mẫu được phát triển dựa trên vi tảo. (Ảnh: Glenn Asakawa)

Giải pháp cho vấn đề này nảy ra trong đầu Srubar vào năm 2017 trong một chuyến đi đến Thái Lan, nơi ông thấy các cấu trúc canxi carbonate (CaCO₃) được xây dựng tự nhiên xung quanh các rạn san hô. Đá vôi cũng được tạo ra từ canxi carbonate. Nhìn vào các mỏ CaCO₃, Srubar nghĩ rằng đá vôi cũng có thể được nuôi cấy tự nhiên thay vì khai thác từ mỏ đá. Ông tự hỏi mình: "Nếu thiên nhiên có thể nuôi trồng đá vôi, tại sao chúng ta lại không thể?".

Khi trở về Mỹ, Srubar cùng các cộng sự quyết định nuôi cấy một nhóm vi tảo có tên là Coccolithophore. Các thành viên của nhóm tảo này có khả năng tạo ra đá vôi sinh học bằng cách hình thành các mỏ canxi carbonate trong quá trình quang hợp. Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng, không giống như đá vôi tự nhiên phải mất hàng triệu năm để hình thành bên dưới mặt đất, phiên bản sinh học của Coccolithophore có thể được tạo ra trong thời gian thực.

Hơn nữa, tảo Coccolithophore tạo ra canxi carbonate nhanh hơn so với các rạn san hô mà Giáo sư Srubar đã quan sát ở Thái Lan. Nguyên liệu thô cần thiết để hình thành đá vôi sinh học trong nước biển chỉ bao gồm carbon dioxide hòa tan và ánh sáng mặt trời. Ngoài ra, vì vi tảo có thể tồn tại ở cả nước mặn và nước ngọt, chúng có thể được sử dụng để sản xuất đá vôi ở hầu hết mọi nơi.

Điều đáng ngạc nhiên là sản xuất xi măng từ đá vôi sinh học không chỉ trung hòa cacbon mà còn loại bỏ carbon do vi tảo hấp thụ CO₂ từ môi trường và lưu trữ dưới dạng canxi carbonate. Do đó, bê tông được hình thành từ xi măng này có thể mở ra một kỷ nguyên xây dựng bền vững mới trên toàn thế giới.

Với nghiên cứu đột phá này, Srubar đã được trao giải thưởng CAREER của Tổ chức Khoa học Quốc gia và gần đây, nhóm của ông đã nhận được khoản tài trợ trị giá 3,2 triệu USD từ Bộ Năng lượng Mỹ. Họ cũng đã hợp tác với nhiều công ty tư nhân để mở rộng quy mô các hoạt động nghiên cứu và sản xuất liên quan đến đá vôi sinh học.