Đây được xem là bước tiến đột phá trong xu hướng sản xuất vật liệu xây dựng bền vững, thân thiện với môi trường và có khả năng phản ứng tích cực với biến đổi khí hậu. Loại bê tông sinh học nói trên được chế tạo dựa trên cảm hứng từ kiến trúc vi mô phức tạp của tảo cát, sinh vật đơn bào có lớp vỏ làm từ silica. Những cấu trúc này sở hữu đặc tính nhẹ, độ xốp cao và diện tích bề mặt lớn, cho phép hấp thụ khí CO2 hiệu quả. Đặc biệt, nhóm nghiên cứu đã tận dụng đất diatomit (DE), tàn tích hóa thạch của tảo cát để bổ sung vào hỗn hợp bê tông nhằm tăng khả năng thu giữ carbon.
Điểm nổi bật là khi gia tăng độ xốp và diện tích bề mặt, độ bền của vật liệu không những không giảm mà còn tăng lên, được coi là một hiện tượng “ngược chiều” hiếm thấy trong vật liệu học. Nhóm nghiên cứu cũng chỉ ra rằng vật liệu trở nên chắc chắn hơn sau khi hấp thụ CO2 nhờ hình thành các tinh thể canxi cacbonat trong cấu trúc lưới vi mô.
Thay vì đổ bê tông theo khuôn dạng khối truyền thống, vật liệu mới được thiết kế theo cấu trúc TPMS (triply periodic minimal surfaces), một dạng hình học đặc trưng xuất hiện trong xương, vỏ sò và các hệ sinh học tự nhiên. Cấu trúc này được in bằng công nghệ robot 3D, giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực và khả năng khuếch tán CO2 vào bên trong vật liệu.
Về thành phần, hỗn hợp bao gồm xi măng Portland, cát mịn, khói silica và một chất siêu dẻo giúp hỗn hợp dễ chảy khi in, nhanh ổn định khi tạo hình mà vẫn đảm bảo cường độ sau khi đông cứng.
Kết quả cho thấy, với cùng thể tích, vật liệu mới sử dụng ít hơn 68% nguyên liệu, diện tích bề mặt lớn hơn 500%, cường độ nén đạt tới 90% bê tông truyền thống nhưng hấp thụ CO2 cao hơn 32% trên mỗi đơn vị xi măng. Xét tổng thể, khối bê tông cấu trúc TPMS có thể hấp thụ CO2 cao hơn 146% so với khối đặc thông thường.
Không dừng lại ở tính thẩm mỹ hay nhẹ vật liệu, nghiên cứu này mở ra một logic kết cấu hoàn toàn mới. Hiện nhóm nghiên cứu đang mở rộng ứng dụng vật liệu vào sàn nhà, mặt dựng và tấm kết cấu lớn. Vật liệu mới cũng được kỳ vọng trong tương lai có thể phát triển bê tông hoàn toàn không sử dụng xi măng hoặc khai thác chất thải làm thành phần phản ứng hấp thụ CO2.
GS Shu Yang – Trưởng nhóm nghiên cứu chia sẻ, đây là vật liệu có có thể phản ứng với môi trường, hấp thụ khí CO₂ và tự gia cường theo thời gian, như bước vào một thế giới mới với vô vàn khả năng chưa từng có.
Bằng việc kết hợp cấu trúc vi sinh trong tự nhiên với công nghệ in 3D tiên tiến, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng hoàn toàn có thể xây dựng theo cách nhẹ hơn và xanh hơn. Trong bối cảnh thế giới đang nỗ lực giảm phát thải carbon, vật liệu như thế này không chỉ là một sáng kiến khoa học, mà còn là lời giải thiết thực cho tương lai xây dựng bền vững của nhân loại.
Huỳnh Anh
