Sử dụng chất thải than để tạo ra lớp bê tông bền vững

Các nhà nghiên cứu của Đại học bang Washington đã tạo ra một giải pháp thay thế bền vững cho bê tông truyền thống bằng cách sử dụng tro bay than, một chất thải trong quá trình sản xuất điện từ than.

Sinh viên ngành kỹ thuật hóa học Ka Fung Wong đang nhìn vào nhật ký dữ liệu, được sử dụng để thu thập dữ liệu từ các cảm biến được chôn dưới lớp bê tông

Điều này giúp khắc phục hai vấn đề môi trường lớn cùng một lúc bằng cách sử dụng chất thải sản xuất than và giảm đáng kể tác động môi trường của việc sản xuất bê tông. Xianming Shi, phó giáo sư ngành Kỹ thuật Môi trường và Dân dụng của WSU, và sinh viên tốt nghiệp Gang Xu, đã phát triển cách tạo ra lớp bê tông bền vững, mạnh mẽ, sử dụng tro bụi làm chất kết dính và loại bỏ việc sử dụng xi măng.

Điều này giúp giảm nhu cầu năng lượng, khí thải nhà kính

Sản xuất bê tông truyền thống, được chế tạo bằng cách kết hợp xi măng với cát và sỏi, đóng góp từ năm đến tám phần trăm phát thải khí nhà kính trên toàn thế giới. Đó là bởi vì xi măng, thành phần chính trong bê tông, đòi hỏi nhiệt độ cao và một lượng lớn năng lượng để sản xuất. Tro bay, vật liệu còn lại sau khi bụi than bị đốt cháy, một vấn đề quản lý chất thải đáng kể mà khiến đau đầu. Hơn 50% tro bay tập kết tại bãi rác, nơi nó có thể dễ dàng thấm vào môi trường gần đó và phá hủy môi trường sống. Trong khi một số nhà nghiên cứu đã sử dụng tro bay trong bê tông, họ đã không thể loại bỏ các phương pháp tỏa nhiệt dữ dội mà theo truyền thống cần thiết để tạo ra một vật liệu mạnh mẽ. "Phương pháp sản xuất của chúng tôi không yêu cầu sưởi ấm hoặc sử dụng bất kỳ xi măng nào", ông Xu nói.

Kỹ thuật phân tử

Công trình này cũng rất quan trọng bởi vì các nhà nghiên cứu đang sử dụng vật liệu có kích thước nano để chế tạo bê tông ở cấp độ phân tử. "Để phát triển bền vững ngành công nghiệp xây dựng, chúng tôi cần sử dụng khả năng 'từ dưới lên' của vật liệu nano," ông Shi nói. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng graphene oxide, một vật liệu nano mới được phát hiện gần đây, để điều khiển phản ứng của tro bay với nước và biến tro bay hoạt hóa thành một vật liệu giống như xi măng mạnh. Oxit graphene sắp xếp lại các nguyên tử và phân tử trong dung dịch tro bay và các chất kích hoạt hóa học như silicat natri và oxit canxi. Quá trình này tạo ra một chuỗi phân tử calcium-aluminate-silicate-hydrate với các nguyên tử liên kết chặt chẽ tạo thành một mạng polymer vô cơ bền hơn xi măng (ngậm nước).

Hỗ trợ nước ngầm, giảm nhẹ lũ lụt

Nhóm nghiên cứu thiết kế bê tông tro bay để có thể thấm qua, có nghĩa là nước có thể đi qua nó để bổ sung nước ngầm và giảm thiểu việc ngập úng và lũ lụt. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh sức mạnh và hành vi của vật liệu trong các lô thử nghiệm trên khuôn viên WSU dưới nhiều điều kiện thử tải và nhiệt độ khác nhau. Họ vẫn đang tiến hành thử nghiệm xâm nhập và thu thập dữ liệu bằng cách sử dụng cảm biến bị chôn vùi dưới bê tông. Cuối cùng họ hy vọng thương mại hóa công nghệ được cấp bằng sáng chế. Nghiên cứu được tài trợ bởi các Trung tâm Giao thông Vận tải Đại học của Bộ Giao thông Vận tải Hoa Kỳ và Văn phòng Thương mại hóa WSU. Nguồn: Đại học bang Washington