Dự án do TH Köln và Đại học RWTH Aachen tham gia, dưới sự điều phối của Hiệp hội Quản lý Chất thải Bergisch, tập trung vào tro đáy từ lò đốt rác sinh hoạt - loại phụ phẩm mà Đức tạo ra khoảng 6 triệu tấn mỗi năm. Theo TH Köln, phần khoáng trong loại tro này có thể phản ứng hóa học với CO2 và giữ khí này lại lâu dài thông qua quá trình carbonat hóa.
Tro từ lò đốt rác sinh hoạt không phải vật liệu vô hại ngay từ đầu. Trong hỗn hợp tro sau đốt có thể tồn tại các thành phần ô nhiễm cần được tách lọc và xử lý trước khi tái sử dụng. Vì vậy, mục tiêu của nhóm nghiên cứu không phải đưa tro vào công trình ngay lập tức, mà là xây dựng một quy trình thực tế để biến phần tro đã qua sàng lọc, phân loại và làm sạch thành vật liệu đầu vào cho đường sá hoặc bê tông.
TH Köln cho biết một trạm thử nghiệm kỹ thuật đang được xây tại Trung tâm Quản lý Chất thải Leppe gần Lindlar để chạy thử nhiều phương án carbonat hóa với nguồn tro do đối tác công nghiệp cung cấp.
Về nguyên lý, carbonat hóa là phản ứng trong đó khoáng chất trong tro hấp thụ CO2 rồi biến nó thành dạng liên kết ổn định hơn. Nhóm nghiên cứu đang thử ít nhất hai hướng. Carbonat hóa ướt dưới nước giúp vật liệu hấp thụ được nhiều CO2 hơn, nhưng sau đó phải tốn năng lượng để sấy khô.
Ngược lại, carbonat hóa ẩm với lượng nước hạn chế tạo ra một lớp carbonat khá đặc ở bề mặt hạt tro, nhưng khí CO2 khó thấm sâu vào bên trong nên tổng lượng carbon giữ lại thấp hơn. Bài toán của dự án vì thế là tìm ra phương án vừa giữ được nhiều CO2, vừa phù hợp với sản xuất ngoài thực tế.
Nếu thành công, loại vật liệu này có thể thay cát hoặc sỏi trong nền đường, san lấp, công trình đất, thậm chí tiến xa hơn thành thành phần cho bê tông. Điểm hấp dẫn của hướng đi này là nó giúp giảm phụ thuộc vào vật liệu tự nhiên phải khai thác với chi phí năng lượng cao, trong khi ngành xây dựng lại là lĩnh vực tiêu thụ khối lượng cát, sỏi khổng lồ.
Theo TH Köln, nhóm nghiên cứu còn xem xét khả năng dùng tro đã carbonat hóa như chất kết dính hoặc thành phần cho bê tông, dù hướng này đòi hỏi kiểm soát nghiêm ngặt hơn về cỡ hạt, thành phần và độ đồng đều của vật liệu.
Các nghiên cứu gần đây về bê tông có dùng tro đáy lò đốt rác cho thấy dấu hiệu tích cực. Một nghiên cứu năm 2022 cho biết mẫu bê tông có bổ sung 6% tro đáy đạt cường độ nén 28 ngày khoảng 36,1 MPa, đồng thời có mật độ cao hơn và độ hút nước thấp hơn mẫu đối chứng. Các mẫu chứa 6%, 9% và 12% tro đáy cũng đạt cấp chống băng giá F100, có khả năng chịu chu kỳ đóng băng - tan băng ở mức khá tốt.
Nói đơn giản, nếu xử lý và phối trộn đúng cách, loại bê tông này không yếu, không “bở” như nhiều người tưởng khi nghe tới vật liệu làm từ tro rác.
Một nghiên cứu khác về tro đáy sau carbonat hóa còn cho thấy vật liệu trở nên đặc chắc hơn sau khi hấp thụ CO2. Bài báo năm 2024 ghi nhận cường độ nén không nở hông của vật liệu tăng từ 67 kPa lên 691 kPa khi thời gian carbonat hóa kéo dài tới 120 giờ.
Đồng thời, vi cấu trúc của tro trở nên chặt hơn và lượng rò rỉ của các kim loại như đồng, crôm, kẽm và chì giảm rõ rệt. Điều này rất quan trọng, vì với vật liệu xây dựng từ tro rác, độ bền không chỉ là chịu lực tốt mà còn phải ổn định, ít phát tán chất ô nhiễm hơn theo thời gian.
Theo IE
