Theo số liệu thống kê, tốc độ đô thị hóa cao ở các thành phố lớn, dẫn đến nhu cầu xây mới nhà cửa, cầu đường và phá dỡ, cải tạo các công trình đã xuống cấp, khiến Hà Nội mỗi ngày phải tìm cách xử lý hơn 2.500 tấn chất thải rắn xây dựng, trong khi con số ở TP.HCM là hơn 1.500 tấn. Bên cạnh đó, chất thải xây dựng còn bị đổ trộm ở khắp nơi rất khó kiểm soát.

Trước thực tế vật liệu xây dựng khi bỏ đi, công trình sau khi bị phá hủy tạo thành phế thải xây dựng gây ô nhiễm môi trường, cản trở sự phát triển của đô thị, các nhà nghiên cứu từ Đại học Xây dựng (Hà Nội) và Viện Nghiên cứu Ứng dụng Công nghệ Xây dựng IAB Weimar (Đức) tìm cách tạo một loại vật liệu xây dựng mới giúp thi công gọn nhẹ và có thể tái chế được.

Tận dụng được hơn 70% phế thải

Việc đưa chất thải bỏ đi thành công đoạn đầu trong một quy trình mới là xu hướng tất yếu của tương lai, tạo thành vòng tuần hoàn kinh tế khép kín, giúp giảm chất thải ra môi trường và tiết kiệm được nguồn nguyên vật liệu đầu vào. Thực tế cho thấy, chất thải rắn không thể tiêu hủy hết mà chỉ đối phó tạm bằng cách chôn lấp, về lâu dài việc xử lý còn tốn kém hơn việc sản xuất mới.

PGS.TS Nguyễn Hùng Phong, trường Đại học Xây dựng (trái) và các đồng nghiệp tại Viện nghiên cứu IAB Weimar đang chế tạo hạt cốt liệu tại phòng thí nghiệm. Ảnh: Nhóm nghiên cứu.

Để làm được điều này, các chuyên gia đề xuất phương pháp nghiền nhỏ phế thải xây dựng rồi tạo thành vật liệu xây dựng mới với các tính năng cải tiến. Nghiên cứu hợp tác được thực hiện trong khuôn khổ chương trình Nghị định thư do Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam tài trợ từ năm 2016, hiện đã được đưa vào triển khai trong thực tế.

Nhóm nghiên cứu Đại học Xây dựng và Viện IAB Weimar ban đầu đưa ra ý tưởng dùng máy nghiền tại chỗ các khối bê tông, biến chúng thành các hạt nhỏ 3×4 cm và cát mịn mà không cần tập kết ra bãi phế liệu. Sản phẩm đầu ra có khả năng tận dụng được từ 70% phế thải xây dựng vào các việc như cấp phối san lấp nền đường, sản xuất gạch lát vỉa hè, đê chắn sóng hay chế tạo bê tông tươi.

Tuy vậy, ý tưởng được phát triển xa hơn, nhóm quyết định nghiền phế thải xây dựng ở mức độ cao hơn để biến chúng thành những hạt cốt liệu nung rỗng có khối lượng nhẹ. Ở cấp độ này, nhóm nghiên cứu dễ dàng tinh chỉnh và đưa vào nhiều tính năng nổi trội, giúp tạo ra sản phẩm mới hiệu quả hơn.

Sau quá trình cải thiện sản phẩm, nhóm cho ra đời bê tông rất nhẹ có khả năng cách âm cách nhiệt. Cụ thể, khối lượng nhỏ hơn từ 30% đến 60% so với gạch xây thông thường, giúp giảm chi phí đáng kể trong các công trình xây dựng do giảm được tải trọng tác dụng, qua đó giảm kích thước các kết cấu chịu lực và móng công trình.

Tái chế 2 tấn phế thải mỗi giờ

Nhóm nghiên cứu đã thu thập các loại vật liệu thô, phân loại và nghiền hỗn hợp đến độ mịn nhỏ hơn 100 µm, cấp phối theo tỷ lệ nhất định, vê viên tạo hạt nhỏ dưới 10 mm, sau đó sấy khô và nung đến nhiệt độ khoảng 1200°C trong thời gian lý tưởng từ 6 phút đến 9 phút. Kết quả tạo ra các hạt cốt liệu nhẹ có khối lượng thể tích nhỏ hơn 800 kg/m³.

Các hạt cốt liệu nhẹ không có khả năng chịu lực quá cao. Bù lại, chúng có thể dùng trong nhiều ứng dụng khác nhau như làm đất trồng cây để giữ ẩm cùng các chất dinh dưỡng trong các lỗ rỗng của chúng, làm vật liệu cách âm cách nhiệt như gạch chống nóng, tấm vách ngăn và làm vật liệu chịu lực như tấm sàn bê tông nhẹ.

Xếp khối mẫu bê tông làm từ hạt cốt liệu nung nhẹ. Ảnh: Nhóm nghiên cứu.

Ngoài ra, các hạt này có thể làm vật liệu lọc trong ngành công nghiệp. Từ những hạt vật liệu này, nhóm đã chế tạo ra 2 loại thành phẩm gồm một dạng bê tông cách nhiệt có khối lượng thể tích từ 600 đến 900 kg/m3 và một dạng bê tông nhẹ chịu lực có cường độ chịu nén từ 20 đến 25 Mpa.

Để khắc phục các vấn đề còn tồn đọng như chưa làm chủ được lò tạo, chi phí nung nhiệt quá lớn hay quá trình sản xuất vẫn tạo khí gây ô nhiễm, nhóm nghiên cứu đã tận dụng khí gas từ chất thải hữu cơ làm năng lượng đốt lò nhằm giảm thiểu tác động, hoặc tạo ra một quá trình sản xuất liên tục để giảm hao phí năng lượng và chi phí vận hành.

Khi đưa vào thực tiễn, nhóm nghiên cứu cùng các đối tác chế tạo máy ở Đức đã thiết kế dây chuyền thử nghiệm công nghệ sản xuất hạt cốt liệu nhẹ với công suất 2 tấn phế thải đầu vào một giờ, chi phí ước tính khoảng 3 triệu euro. Công suất này tương đối nhỏ so với quy mô sản xuất đại trà nói chung, nhưng vẫn có khả năng đáp ứng nhu cầu hạt cốt liệu trong nước hoặc xuất khẩu.

Tháng 5/2020, UBND TP Hà Nội đã đồng ý chủ trương đề án thí điểm “Trạm trung chuyển tạm thời và hệ thống tái chế chất thải rắn xây dựng bằng phương pháp nghiền” tại nút giao Pháp Vân - Cầu Giẽ. Với xu hướng kinh tế tuần hoàn thì những biện pháp tái chế là một trong những chìa khóa không chỉ giúp xử lý các vấn đề hiện tại mà còn đem lại lợi ích phát triển bền vững cho tương lai.

Theo khampha