Trong bối cảnh ngành xi măng được xem là một trong những nguồn phát thải carbon lớn nhất thế giới, các nhà khoa học Brazil đang phát triển nhiều loại vật liệu xây dựng mới từ chất thải công nghiệp và nông nghiệp nhằm giảm phát thải khí nhà kính, đồng thời thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn.
Nghiên cứu do các nhà khoa học thuộc Viện Liên bang Pará (IFPA) thực hiện đã tạo ra các loại xi măng và bê tông sử dụng chất thải từ ngành công nghiệp cellulose, hạt açaí và lốp xe cũ thay thế một phần nguyên liệu truyền thống mà vẫn đáp ứng các tiêu chuẩn xây dựng.
Theo Liên Hợp Quốc, ngành công nghiệp xi măng hiện chiếm khoảng 7% lượng phát thải CO₂ toàn cầu. Để sản xuất một tấn xi măng, toàn bộ chuỗi từ khai thác đá vôi, nung clinker đến vận chuyển thành phẩm có thể tạo ra gần một tấn CO₂, khiến việc giảm phát thải trong lĩnh vực này trở thành ưu tiên của nhiều quốc gia.
Một trong những nguyên nhân chính là clinker - thành phần cốt lõi của xi măng - phải được sản xuất bằng cách nung đá vôi ở nhiệt độ rất cao, tiêu tốn nhiều năng lượng và thải ra lượng lớn khí carbon.
Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu tại IFPA đã tìm cách thay thế một phần clinker bằng các vật liệu vốn bị coi là chất thải của ngành công nghiệp cellulose.
Dự án do Tiến sĩ Marco Oliveira, chuyên gia Kỹ thuật Xây dựng, chủ trì sử dụng hai loại phụ phẩm gồm tro bay sinh khối (BFA) và vật liệu đá vôi sinh khối (BLF) phát sinh trong quá trình sản xuất cellulose tại khu vực Amazon thuộc bang Maranhão.
Theo nhóm nghiên cứu, hai loại vật liệu này có thể thay thế tới 50% lượng clinker trong xi măng mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đối với nhiều công trình xây dựng dân dụng.
Trong quá trình nghiên cứu, hơn 30 công thức phối trộn đã được phát triển và thử nghiệm. Kết quả cho thấy loại xi măng mới có thể sử dụng để sản xuất vữa xây, keo dán và nhiều loại vật liệu xây dựng khác, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn của Hiệp hội Tiêu chuẩn Kỹ thuật Brazil (ABNT).
Ngoài việc giảm lượng clinker, vật liệu mới còn được đánh giá có khả năng hấp thụ và lưu giữ CO₂ tốt hơn, góp phần giảm tác động tới môi trường trong suốt vòng đời sản phẩm.
Theo ông Marco Oliveira, nhờ nguồn nguyên liệu dồi dào từ ngành công nghiệp cellulose của Brazil, giải pháp này có tiềm năng sản xuất ở quy mô thương mại với chi phí cạnh tranh so với xi măng truyền thống.
Bên cạnh xi măng, IFPA cũng phát triển một loại bê tông mới sử dụng cao su tái chế từ lốp xe cũ thay thế một phần cát tự nhiên.
Sau khi được thu gom, lốp xe được nghiền thành các hạt cao su với nhiều kích cỡ khác nhau trước khi phối trộn cùng nước, xi măng và các vật liệu xây dựng khác.
Theo nhà nghiên cứu Laércio Gouvêa Gomes, việc thay thế một phần cát bằng cao su tái chế không chỉ giúp giảm nhu cầu khai thác tài nguyên thiên nhiên mà còn góp phần xử lý lượng lớn lốp xe đã qua sử dụng - loại chất thải rất khó phân hủy trong môi trường.
Đáng chú ý, sự hiện diện của các hạt cao su còn giúp bê tông có độ đàn hồi tốt hơn, giảm lực tác động khi người đi bộ di chuyển trên bề mặt.
Hiện loại bê tông này đã được sử dụng để sản xuất các tấm lát vỉa hè dành cho người khiếm thị ngay trong khuôn viên IFPA và đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn về độ bền của Brazil.
Theo các chuyên gia, những nghiên cứu này phản ánh xu hướng ngày càng rõ nét của mô hình kinh tế tuần hoàn, trong đó chất thải từ một ngành sản xuất được tái sử dụng làm nguyên liệu cho ngành khác thay vì bị chôn lấp hoặc xử lý như rác thải.