Vật liệu sinh học giúp ngành xây dựng bền vững hơn

Việc nâng cao kiến thức về kỹ thuật vi sinh và sinh học tổng hợp đang cho phép các vật liệu sinh học tham gia vào thị trường vật liệu xây dựng như bê tông tự phục hồi, vật liệu cách nhiệt bằng sợi nấm, tấm ván làm từ chất thải thực phẩm.

Các vật liệu sinh học mới được tạo ra bằng cách sử dụng chất thải và vi sinh để giải quyết vấn đề về chất thải và ô nhiễm. Mặc dù đã có sự quan tâm đến việc phát triển các vật liệu này nhưng ngành xây dựng vẫn còn thận trọng và việc chấp nhận từ người tiêu dùng còn chậm.

Tuy nhiên, nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng về tính bền vững đã làm tăng sự quan tâm đến những đổi mới này, dẫn đến một môi trường cạnh tranh hơn cho vật liệu xây dựng.

Bê tông tự phục hồi

Bê tông là một trong những vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi được hình thành bằng cách kết hợp cốt liệu (đá vôi và cát) với vật liệu liên kết như xi măng.

Vật liệu bê tông khá bền nhưng theo thời gian có thể bị nứt, các thanh cốt thép có thể bị ăn mòn trong điều kiện ẩm ướt và có thể bị hư hại do nhiệt độ khắc nghiệt, hóa chất và thời tiết.

Để chống lại tác động tiêu cực này, một số công ty đang khai thác các vi khuẩn không gây hại và ưa nhiệt như vi khuẩn Sporosarcina pasteurii, Bacillus pseudofirmus (vi khuẩn có trong các hồ gần núi lửa, chịu được nhiệt độ trên 200 ℃) để tạo ra bê tông tự phục hồi một cách hiệu quả.

Nhà vi sinh vật học Hendrik Jonkers của Đại học Delft đã quyết định thử nghiệm thêm những vi khuẩn này vào hỗn hợp bê tông tiêu chuẩn để làm cho nó bền vững hơn.

Năm 2015, tại Hà Lan, Đcông ty Green Basilisk được thành lập và sản phẩm này ra được đưa ra thị trường với tên gọi là Basilisk.

Basilisk là một chất bổ sung có chứa bào tử vi khuẩn cho bê tông bình thường. Khi chúng tiếp xúc với nước, vi khuẩn bắt đầu phát triển và tạo ra đá vôi, giúp ổn định cấu trúc, chống nứt và chống thấm nước.

“Chúng tôi chỉ cần thêm 5 kg Basilisk vào hỗn hợp bê tông để có thể tiết kiệm tới 30 kg nhiên liệu cho mỗi mét khối”, Marc Brants, Giám đốc tiếp thị của Green Basilisk cho biết.

Gạch bê tông có lượng khí thải carbon thấp của Biomason

Một công ty khác về phát triển bê tông sinh học có trụ sở tại Mỹ là Biomason đã sử dụng vi sinh tương tự như Green Basilisk nhưng với một quy trình khác.

Công ty này trộn một dung dịch có chứa urê, clorua canxi và vi khuẩn với tổng hợp chất thải để tạo thành các viên gạch đúc. Sau đó chúng được xử lý ở nhiệt độ môi trường nhằm loại bỏ nhu cầu về nhiệt độ cao và nhiên liệu hóa thạch trong quá trình sản xuất.

“Tôi thành lập công ty sau khi hình thành ý tưởng viên gạch bê tông lấy cảm hứng từ cách các rạn san hô và xi măng tự nhiên được hình thành”, Ginger Krieg Dosier, người sáng lập kiêm CEO của Biomason nói.

Wil Srubar, Phó giáo sư chuyên về kiến ​​trúc và vật liệu mới tại Đại học Colorado Boulder kiêm giám đốc vật liệu của Công ty xây dựng Katerra có trụ sở tại Mỹ, cùng với nhóm nghiên cứu của mình đang cải thiện tính bền vững và độ bền của bê tông bằng cách sử dụng vi sinh.

Để đạt được điều này, họ nhúng vi khuẩn lam Synechococcus quang hợp (một sinh vật đơn bào được tìm thấy rộng rãi trong môi trường biển) vào khuôn bằng hydrogel và giàn giáo bằng cát để hấp thụ CO2 và ánh sáng để lấp đầy khuôn có cấu trúc giống như bê tông.

Khi gạch khô đi, vi khuẩn chuyển sang chế độ ứ đọng nhưng có thể hoạt động trở lại khi tiếp xúc với hơi ấm và độ ẩm. Về mặt lý thuyết, có thể cắt đôi một viên gạch và nhúng mỗi nửa vào dung dịch vật liệu sinh học thô để tạo thành hai viên gạch mới.

“Vật liệu của chúng tôi có thể được sử dụng như một khối xây dựng cho nhiều ứng dụng, bao gồm vữa cô lập carbon, bê tông nhẹ trong các tòa nhà, bề mặt hoạt tính sinh học trong các nơi trú ẩn cứu trợ thảm họa hoặc đường đi”, Srubar cho biết.

Tấm cách nhiệt bằng sợi nấm

Một vật liệu xây dựng khác là sợi nấm - một phần của cấu trúc rễ của nấm. Đây là trọng tâm phát triển của Biohm, một công ty khởi nghiệp có trụ sở tại Anh chuyên phát triển các vật liệu bền vững và có thể phân hủy sinh học cho ngành xây dựng.

Sản phẩm chủ đạo của công ty là tấm cách nhiệt dựa trên sợi nấm, hiện đang được chứng nhận. Một ưu điểm chính của sợi nấm là được trồng trên các sản phẩm nông nghiệp phế thải có thể phân hủy sinh học và chứa kitin - chất chống cháy tự nhiên.

“Công nghệ của chúng tôi tập trung vào việc tận dụng các sản phẩm phế thải từ các ngành nông nghiệp hoặc ngành xây dựng, đồng thời cố gắng tái tạo những vật liệu này và biến chúng trở nên hữu ích”, Aaron Jones, Giám đốc phát triển của Biohm cho biết.

Tấm cách nhiệt sợi nấm của Biohm

Một công ty khác tạo ra vật liệu sinh học từ sợi nấm là Ecovative Design có trụ sở tại Mỹ, trước đó đã phát triển bọt cách nhiệt cho ngành công nghiệp xây dựng, nhưng đã rời khỏi lĩnh vực này vì những lý do không được tiết lộ.

Điều này có thể liên quan đến việc thiếu sự chấp nhận từ ngành công nghiệp mà Biohm cũng đang phải đối phó. “Trong quá trình xây dựng, vượt qua những thành kiến ​​và quan niệm đã tồn tại về tấm cách nhiệt có thể được xem là một thách thức. Mọi người đặt rất nhiều câu hỏi như nó sẽ phát triển trong các bức tường như thế nào", Jones nói.

Ngoài ra, Biohm cũng đang nghiên cứu và phát triển các sản phẩm mới, bao gồm sản xuất ván dăm hoặc ván sợi từ chất thải thực phẩm như vỏ cam quýt, vỏ cà phê, vỏ ca cao.

Tòa nhà sinh học của tương lai

Có một số thách thức cần phải vượt qua trước khi các công ty có thể bán vật liệu sinh học cho ngành xây dựng.

Thứ nhất là khi phát triển sản phẩm mới, các nhà nghiên cứu phải mất khá nhiều thời gian và nỗ lực để được cấp chứng nhận tuân thủ các quy định về an toàn, loại giấy được yêu cầu ở hầu hết các quốc gia.

Brants cho biết: “Phải mất khoảng 3-4 năm để các sản phẩm của chúng tôi được chứng nhận. Đối với các dự án lớn, các nhà thầu không muốn tham gia vào việc sử dụng vật liệu mới khi họ phải chịu trách nhiệm. Vì vậy đây là bước đầu tiên rất quan trọng. Bây giờ chúng tôi đã chứng nhận sản phẩm của mình và nhận thấy được sự tăng trưởng trong các phân khúc thị trường."

Thứ hai là mở rộng quy mô. Việc chế tạo các vật liệu mới ở quy mô nhỏ dễ dàng hơn nhiều nhưng để sản xuất ở một quy mô lớn hơn là một thách thức.

Thứ ba là việc khiến cho người tiêu dùng chấp nhận vật liệu sinh học mới.

Thứ tư là giá cả vì ngành xây dựng bị chi phí thúc đẩy mạnh mẽ. Nếu vật liệu mới đắt hơn so với vật liệu đã có sẵn thì khó có thể mua được.

Bất chấp những thách thức này, sự nóng lên toàn cầu và ô nhiễm đã khiến nhiều người nhận ra tầm quan trọng của việc làm cho các ngành công nghiệp xây dựng trở nên xanh và bền vững hơn.

“Có một nhận thức rằng nếu chúng ta không hướng tới một doanh nghiệp bền vững và một nền kinh tế tuần hoàn trong vòng 10 đến 20 năm tới, thì sẽ tạo ra nhiều chất thải hơn và các bãi rác sẽ được lấp đầy ngày càng nhanh hơn. Đây là một vấn đề. Các phương pháp và công nghệ như trên sẽ giải quyết được nó.” Jones nói.

Thảo Uyên (Labiotech)