Vật liệu sinh học tiên tiến, thân thiện với môi trường đang được ngành xây dựng toàn cầu chú trọng nghiên cứu – ứng dụng.
Bài viết liên quan
▶ Kỹ thuật Vật liệu – đòn bẩy của tiến bộ khoa học, công nghệ
▶ Kỹ thuật Vật liệu – ngành học đón đầu xu thế
▶ Nữ giảng viên Bách khoa tạo cú hit sciencebiz với vật liệu tự lành
BƯỚC CHUYỂN TẤT YẾU QUA VẬT LIỆU SINH HỌC
Gỗ là một trong những loại vật liệu sinh học[1] lâu đời và phổ biến nhất. Tuy nhiên, phải mất từ vài năm tới vài chục năm mới có thể tái tạo và thu hoạch lượng gỗ đã khai thác ban đầu.
Mặt khác, hơn hai năm qua, tình trạng thiếu gỗ do sự gia tăng nhu cầu tiêu thụ của con người và ảnh hưởng khách quan từ đại dịch COVID-19 đã dẫn đến hiện tượng gián đoạn chuỗi cung ứng. Đây chính là nguyên nhân thúc đẩy giới kiến trúc sư chủ động tìm kiếm giải pháp thay thế. Song song đó, chính phủ Pháp và Hà Lan cũng đưa ra nhiều quy định mới, buộc ngành xây dựng chuyển sang vật liệu sinh học.
Darshil Shah (nhà nghiên cứu vật liệu của ĐH Cambridge, Anh) cho biết, một cánh đồng gai dầu có thể hấp thụ lượng carbon gấp đôi một cánh rừng với diện tích tương đương.
“Có nhiều công ty khởi nghiệp và những khoản tài trợ dành cho các loại vật liệu có nguồn gốc từ thực vật. […] Động lực lớn nhất của sự chuyển hướng này là tập trung vào sự khử carbon. Trọng tâm đã chuyển từ việc thiết kế các tòa nhà tiết kiệm năng lượng sang xem xét những vấn đề về carbon” – Jan Wurm (Trưởng nhóm nghiên cứu và đổi mới châu Âu, Tập đoàn Kiến trúc & Kỹ thuật Arup) nhận định.
GỌI TÊN VẬT LIỆU SINH HỌC TIÊN TIẾN TRONG NGÀNH XÂY DỰNG
Các chuyên gia ước tính, ngành xây dựng tạo ra khoảng 40% tổng lượng phát thải khí nhà kính, qua đó gián tiếp dẫn tới biến đổi khí hậu. Gần đây, khi ngày càng nhận thức rõ trách nhiệm của mình, đội ngũ chuyên gia trong lĩnh vực này đã tăng cường nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng các loại vật liệu sinh học ưu việt.
Vật liệu từ sợi nấm
Vật liệu từ sợi nấm, rễ nấm có kết cấu chắc chắn, với tính chất cách điện, cách nhiệt tốt hơn sợi thủy tinh, bền chắc hơn bê tông và có khả năng tự phân hủy trong môi trường.
Critical Concrete – một tổ chức nghiên cứu vật liệu xây dựng tại Bồ Đào Nha, vừa sản xuất thành công tấm cách nhiệt từ sợi nấm được nuôi cấy trong môi trường mùn cưa, dăm gỗ, lúa mì.
Hãng kiến trúc The Living đã xây dựng tòa tháp Hy-Fi bằng vật liệu từ sợi nấm ở sân trong trụ sở Viện nghệ thuật New York, Hoa Kỳ (MoMA PS1). Kiến trúc trụ tròn độc đáo cùng vật liệu xây dựng bền vững đã giúp công trình giành giải thưởng cao nhất ở hạng mục Chương trình Kiến trúc sư trẻ của năm 2014.
Gần đây, công ty thiết kế sinh học Ý Mogu đã hợp tác với Jan Wurm để chế tác tấm cách âm sợi nấm mới. Trong đó, sợi nấm ăn mùn cưa và hấp thụ carbon suốt quá trình sinh trưởng. Chưa hết, Mogu còn sản xuất tấm tiêu âm sợi nấm và một số sản phẩm lát sàn từ chất thải nông nghiệp.
Vật liệu từ đất
Đất nện, gạch không nung, hỗn hợp đất sét trộn với vôi/ cùi bắp… là các loại vật liệu từ đất từng được dùng trong ngành xây dựng truyền thống. Nhằm tăng cường mức độ bền chắc và khả năng chịu lực, nâng cao đặc tính cách nhiệt cũng như giảm thiểu chi phí, giới chuyên gia đã bổ sung rơm, cỏ hoặc một số loại sợi cắt nhỏ khác.
Song song đó, các nhà khoa học ở ĐH Texas A&M đề xuất sử dụng đất trồng trong xây dựng, thay thế bê tông (vật liệu rất khó loại bỏ khi hết tuổi thọ). Theo nhóm nghiên cứu, nếu được xử lý đúng cách, những loại đất trồng với hàm lượng sét cao này có thể mang tính chất tương tự bê tông. Họ dự tính sản xuất chúng bằng máy in 3D công suất lớn, từ nguồn đất trồng địa phương.
Gạch, bê tông tự phục hồi
Bê tông hình thành khi phối trộn cốt liệu (cát, đá vôi) với chất kết dính thủy lực (xi măng). Kết cấu của loại vật liệu này tương đối bền vững, tuy nhiên, thường nứt vỡ theo thời gian. Các đoạn cốt thép dễ bị hư hỏng, ăn mòn trong thời tiết khắc nghiệt, điều kiện ẩm ướt hay hóa chất độc hại.
Trước bài toán ấy, Hendrik Jonkers (nhà vi sinh vật học của ĐH Delft, Hà Lan) đã thử nghiệm Sporosarcina pasteurii, Bacillus pseudofirmus – những loài vi khuẩn ưa nhiệt, sinh sống trong các hồ nước gần núi lửa, có khả năng chịu được nhiệt độ lên tới 2000C, nhằm tạo ra bê tông tự phục hồi.
Gần đây, công ty công nghệ sinh học Green Basilisk (Hà Lan) đã tung ra thị trường chất bổ sung chứa bào tử vi khuẩn cho bê tông truyền thống mang tên Basilisk. Khi tiếp xúc với nước, vi khuẩn trong Basilisk sẽ phát triển và sinh ra đá vôi, nhờ đó bê tông có khả năng chống nước, chống nứt và đạt cấu trúc ổn định.
Công ty khởi nghiệp Biomason (Hoa Kỳ) vừa sản xuất loại gạch đúc sinh học mới bằng cách kết hợp chất thải tổng hợp với một dung dịch chứa vi khuẩn, ure, canxi clorua.
Trong khi đó, Wil Srubar (Phó Giáo sư Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Môi trường & Kiến trúc của ĐH Colorado Boulder, Hoa Kỳ) có thể chế tạo những viên gạch sống, biến CO2 thành CaCO3 (thành phần chính của xi măng) nhờ khuẩn lam Synechococcus (một loại sinh vật đơn bào phổ biến ở biển). Vật liệu này bền chắc hơn hẳn so với các loại gạch truyền thống và có thể tự tái tạo.
Ngoài ra, tại nước Anh, công ty Biohm đang nghiên cứu nhiều vật liệu sinhh học mới, có nguồn gốc từ chất thải thực phẩm, chẳng hạn vỏ cacao, vỏ cà phê, vỏ cam quýt. Công ty kiến trúc Practice Architecture tạo nên tiếng vang sau khi hoàn thành Flat House (một ngôi nhà tọa lạc ở hạt Cambridgeshire, được làm hoàn toàn bằng cây gai dầu trong nông trại của chủ nhân).
Hãng vật liệu thân thiện với môi trường Made of Air (Đức) đã tiến hành ốp tường một đại lý xe hơi nhờ vật liệu sinh học kết hợp chất thải nông trại. Còn phòng nghiên cứu Atelier Luma (Pháp) lại chế tác các sản phẩm nội thất từ muối, tảo, hoa hướng dương cho tòa The Tower thuộc Trung tâm Nghệ thuật Luma Arles.
Có thể nhận thấy, thử nghiệm vật liệu sinh học đang trở thành xu hướng chủ đạo giữa dòng chảy liên tục đổi mới của ngành xây dựng toàn cầu. Cùng tiếp tục theo dõi và đón chờ những thay đổi kỳ diệu trong diện mạo của lĩnh vực này ở tương lai nhé!
[1] Vật liệu sinh học có nguồn gốc từ thực vật (tre, nứa, cây gai dầu…) hoặc vi sinh vật (tảo, nấm, vi khuẩn…), với khả năng hấp thụ carbon hiệu quả. Chi phí sản xuất các loại vật liệu này khá phải chăng. Sau khi kết thúc vòng đời của mình, chúng sẽ được trả về với thiên nhiên để cung cấp dưỡng chất cho lòng đất.
Bài: XUÂN MAI – Hình: internet
| Để tìm hiểu những công nghệ tiên tiến và nghiên cứu – chế tạo các loại vật liệu ưu việt, thí sinh có thể đăng ký xét tuyển chương trình Chất lượng cao ngành Kỹ thuật Vật liệu (mã trường: QSB, mã ngành: 215) của Trường ĐH Bách khoa.
Thế mạnh của chương trình là:
|
HCMUT
Vì sao chọn OISP 10
