Làm bê tông từ... phân người, độ bền uốn tăng tới 42%

Bê tông có thể chứa một thành phần khiến nhiều người bất ngờ: than sinh học được tạo ra từ bùn phân người, trong nỗ lực giảm tác động môi trường của ngành xây dựng. Ý tưởng này xuất hiện khi các nhà khoa học tìm cách thay thế một phần xi măng, vật liệu thiết yếu nhưng phát thải lượng khí CO2 đáng kể trong quá trình sản xuất. Theo thông tin Tuổi Trẻ dẫn từ ScienceAlert ngày 9-9, nhóm nghiên cứu do kỹ sư xây dựng Raghuvesh Tiwari thuộc Đại học Manipal Jaipur, Ấn Độ, dẫn đầu đã thử nghiệm hướng tiếp cận này. Nhóm nghiên cứu thu gom bùn phân tại một nhà máy xử lý chất thải ở Warangal, Ấn Độ, trước khi tiến hành các bước xử lý để biến chất thải thành vật liệu có thể sử dụng. Bùn được sấy khô, nung trong khoảng nhiệt 350 đến 450 độ C ở môi trường ít oxy, sau đó chuyển hóa thành than sinh học giàu carbon. Vật liệu tiếp tục được nghiền thành bột mịn, rồi lần lượt thay thế 5%, 10% và 15% lượng xi măng trong những mẫu bê tông thông thường. Kết quả sau 91 ngày đóng rắn cho thấy một lượng than sinh học tương đối nhỏ từ bùn phân người có thể cải thiện đáng kể một số đặc tính cơ học của bê tông. Với tỷ lệ thay thế 5%, cường độ chịu nén tăng trung bình 20%, trong khi cường độ chịu uốn tăng 36% so với bê tông thông thường. Khi tỷ lệ thay thế nâng lên 10%, cường độ chịu nén tăng 21%, còn khả năng chịu uốn ghi nhận mức tăng 42%, kết quả nổi bật nhất trong thí nghiệm. Không chỉ chịu lực tốt hơn, mẫu bê tông thay thế 5% xi măng còn hấp thụ ít nước hơn, có độ rỗng thấp hơn và giảm co ngót trong quá trình khô so với mẫu đối chứng. Những thay đổi này đặc biệt đáng chú ý vì nước, lỗ rỗng và hiện tượng co ngót thường ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền, độ ổn định của bê tông theo thời gian. Tuy nhiên, hiệu quả không tiếp tục tăng khi lượng than sinh học được bổ sung quá nhiều, bởi mẫu thay thế 15% bắt đầu xuất hiện nhiều lỗ rỗng, vết nứt và vùng liên kết kém. Các nhà nghiên cứu cho rằng cấu trúc của than sinh học từ phân người chứa nhiều lỗ nhỏ, giúp vật liệu giữ nước rồi giải phóng từ từ trong giai đoạn bê tông đóng rắn. Cơ chế này có thể hỗ trợ quá trình thủy hóa, qua đó giúp các thành phần trong bê tông liên kết hiệu quả hơn và hạn chế một số khuyết tật bên trong. Than sinh học cũng giàu silica, chất có thể tham gia những phản ứng tạo ra hợp chất giúp bê tông trở nên cứng chắc hơn. Bên cạnh đó, các hạt than sinh học sau khi nghiền mịn có thể lấp đầy khoảng trống giữa những thành phần của hỗn hợp, đồng thời cải thiện sự liên kết trong cấu trúc vật liệu. Nếu được chứng minh an toàn và phù hợp ở quy mô lớn, phương pháp này có thể tận dụng nguồn chất thải dồi dào, đồng thời giảm một phần nhu cầu sử dụng xi măng. Dẫu vậy, lợi ích môi trường vẫn chưa thể khẳng định đầy đủ, vì nghiên cứu hiện chưa đánh giá cụ thể mức giảm phát thải carbon của quy trình. Con đường đưa loại “bê tông từ phân người” vào các công trình thực tế còn dài, bởi vật liệu cần trải qua nhiều phép thử trong những điều kiện khắc nghiệt hơn. Nhóm nghiên cứu muốn đánh giá thêm khả năng chịu các chu kỳ đóng băng, tan băng, tác động của độ mặn và ảnh hưởng từ nhiệt độ cực đoan. Nguy cơ kim loại nặng tích tụ trong bùn thải, sau đó rò rỉ khỏi bê tông theo thời gian, cũng là vấn đề an toàn cần được làm rõ. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Scientific Reports, mở thêm một hướng suy nghĩ về việc biến chất thải thành nguồn nguyên liệu cho xây dựng bền vững. Dù những con số tăng 20%, 21%, 36% và 42% rất đáng chú ý, chúng mới phản ánh kết quả trong điều kiện thí nghiệm, chưa phải bằng chứng đủ để triển khai đại trà. Vì vậy, bước tiếp theo cần tập trung vào độ bền lâu dài, mức độ an toàn và hiệu quả môi trường trước khi những công trình tương lai có thể thực sự chứa vật liệu bắt nguồn từ bùn phân người.