Chấm dứt phát thải CO2 từ xi măng nhờ vi tảo

Theo một báo cáo của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA), xi măng đứng thứ 3 trong số 10 nguồn gây ô nhiễm công nghiệp lớn nhất.

Trước tình hình này, nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Colorado Boulder của Mỹ kết hợp với đồng nghiệp của họ tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo quốc gia (NREL) và Đại học Bắc Carolina Wilmington (UNCW) tuyên bố có thể chấm dứt hoàn toàn sự phát thải carbon do xi măng tạo ra bằng cách tạo ra xi măng sinh học dựa trên vi tảo.

Theo đó, họ đã phát triển ra một phương pháp trung hòa carbon độc đáo giúp tạo ra xi măng portland (vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trên toàn thế giới) từ đá vôi sinh học.

Vật liệu mới này có thể giảm thiểu đáng kể tình trạng ô nhiễm môi trường do các hoạt động xây dựng toàn cầu gây ra. Bên cạnh đó, việc chuyển sang sản xuất xi măng không chứa carbon dioxide sẽ giúp ngăn chặn sự nóng lên của khí hậu vốn đã dẫn đến tình trạng hạn hán và cháy rừng ngày càng tồi tệ hơn.

Xi măng từ đá vôi sinh học

Điều thú vị là bê tông chủ yếu được làm từ xi măng portland, nước, sỏi và người ta coi nó là vật liệu được tiêu thụ nhiều nhất toàn cầu sau nước. Dù là Bắc Mỹ, châu Âu hay châu Á, các hoạt động xây dựng đều cần đến bê tông, đặc biệt là xi măng portland.

Trong khi nhấn mạnh tầm quan trọng của bê tông, trưởng nhóm nghiên cứu, Giáo sư Wil Srubar của Đại học Colorado Boulder, cho biết, chúng ta tạo ra nhiều bê tông hơn bất kỳ vật liệu nào khác trên hành tinh và điều đó có nghĩa là nó chạm đến cuộc sống của mọi người.

Tuy nhiên, điều rất đáng tiếc là quá trình sản xuất thương mại xi măng portland lại liên quan đến việc đốt một lượng lớn đá vôi, dẫn đến phát thải CO2 lớn. Hơn nữa, chất lượng không khí của khu vực sản xuất xi măng cũng bị ảnh hưởng nặng nề do việc đốt đá vôi thải ra nhiều chất ô nhiễm và khí độc.

Giải pháp cho vấn đề trên đã xuất hiện trong đầu Giáo sư Wil Srubar vào năm 2017 trong chuyến đi đến Thái Lan.

Giáo sư Srubar chú ý đến các cấu trúc canxi cacbonat được xây dựng xung quanh các rạn san hô trong chuyến đi của mình. Ông biết rằng đá vôi cũng được tạo ra từ canxi cacbonat.

Nhìn vào các mỏ canxi cacbonat, ông nghĩ rằng con người có thể tạo ra đá vôi một cách tự nhiên thay vì khai thác từ các mỏ đá. Ông tự hỏi, nếu thiên nhiên có thể tạo được đá vôi, tại sao con người lại không thể?

Trở về Mỹ, ông và các nhà nghiên cứu quyết định nuôi cấy vi tảo có tên coccolithophores. Các thành viên của loài tảo này có khả năng tạo ra đá vôi sinh học bằng cách tạo ra lượng canxi cacbonat trong quá trình quang hợp.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy, không giống như đá vôi trong tự nhiên vốn phải mất hàng triệu năm để hình thành bên dưới mặt đất, phiên bản sinh học đá vôi của vi tảo coccolithophores có thể được tạo ra rất nhanh chóng.

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 cả ở nước mặn và nước ngọt, chúng có thể được sử dụng để nuôi trồng đá vôi ở hầu hết mọi nơi trên thế giới.

Xi măng đứng thứ 3 trong số 10 nguồn gây ô nhiễm công nghiệp lớn nhất.

Tương lai của đá vôi phát triển từ tảo

Theo hình dung của các nhà nghiên cứu, các ao hồ sẽ mang lại hiệu quả kinh tế trong việc cung cấp xi măng sinh học. Giáo sư Srubar cho rằng, trong vòng hai năm, các nhà nghiên cứu sẽ bắt tay vào việc nuôi cấy quy mô lớn vi tảo này tại các cơ sở ở bang Arizona. Ông tin đây là “sự khởi đầu của các thành phố trong tương lai”.

Điều đáng ngạc nhiên là sản xuất xi măng từ đá vôi sinh học không chỉ trung hòa, mà còn loại bỏ carbon dioxide từ môi trường và lưu trữ nó dưới dạng canxi cacbonat. 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.

Theo Giáo sư Srubar, đối với ngành công nghiệp, bây giờ là lúc để giải quyết vấn đề tệ hại liên quan đến môi trường. Các nhà khoa học đã có một trong những giải pháp tốt nhất, nếu không phải là giải pháp tốt nhất, cho ngành công nghiệp xi măng và bê tông để giải quyết vấn đề carbon của họ.

Vì sáng kiến tuyệt vời của mình, Giáo sư Srubar đã được trao giải thưởng CAREER của Tổ chức Khoa học quốc gia vào năm 2020 và gần đây, nhóm của ông nhận được tài trợ 3,2 triệu USD từ Bộ Năng lượng Mỹ. Họ cũng đã hợp tác với các công ty tư nhân để mở rộng quy mô các hoạt động nghiên cứu và sản xuất liên quan đến đá vôi sinh học.

Giáo sư Srubar và các đồng nghiệp của ông tin rằng, vật liệu mang tính cách mạng của họ có tất cả tiềm năng để thay thế đá vôi khai thác trong tự nhiên và cứu hành tinh của chúng ta khỏi tất cả những thiệt hại về môi trường mà nó gây ra.