Trong thế giới hiện đại, hầu như bất kỳ công trình xây dựng nào – từ những ngôi nhà ở nông thôn đến các tòa nhà chọc trời tại thành phố – đều không thể thiếu bê tông. Với tính chất bền vững, chịu lực tốt, dễ chế tạo và giá thành hợp lý, bê tông được xem là nền tảng của hạ tầng nhân loại.

Tuy nhiên, đi cùng với sự phổ biến đó là một nghịch lý: bê tông cũng chính là “thủ phạm thầm lặng” góp phần đáng kể vào biến đổi khí hậu. Nguyên nhân đến từ xi măng – thành phần chính trong bê tông. Theo ước tính, xi măng hiện chiếm tới 10% tổng lượng khí thải CO2 toàn cầu. Con số này đủ để đặt ngành xây dựng vào nhóm những nguồn phát thải khí nhà kính lớn nhất, ngang ngửa với ngành hàng không hay vận tải biển.

Sản xuất một ki-lô-gam xi măng thải ra gần 1 kg khí CO2. Lượng phát thải này bắt nguồn từ hai quá trình:

Đốt nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, khí) để nung nóng nguyên liệu đến hàng nghìn độ C.

Phản ứng hóa học khi nung vôi, giải phóng CO2 từ đá vôi.

Trong bối cảnh nhân loại đang nỗ lực để giảm phát thải, tìm kiếm nguồn năng lượng tái tạo và vật liệu xây dựng bền vững, xi măng trở thành một “nút thắt khó gỡ”. Vậy liệu có cách nào vừa duy trì được vai trò của bê tông trong xây dựng, vừa giảm thiểu dấu chân carbon?

Câu trả lời bất ngờ lại đến từ rong biển – một sinh vật tưởng chừng chỉ gắn liền với biển cả và ngành thực phẩm.

Rong biển – từ đại dương đến công trường xây dựng

Rong biển là loài sinh vật quang hợp, đóng vai trò như “lá phổi xanh” dưới biển. Trong quá trình sinh trưởng, rong biển hấp thụ CO2 từ không khí và nước, rồi lưu trữ carbon trong mô của mình. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng, rong biển còn có khả năng hấp thụ carbon nhanh hơn nhiều loại cây trên cạn.

Đặc điểm này khiến rong biển trở thành “bể chứa carbon tự nhiên” – một tài nguyên tiềm năng trong chiến lược chống biến đổi khí hậu.

Khai thác ý tưởng đó, nhóm nghiên cứu tại Đại học Washington phối hợp với Microsoft đã tiến hành một thử nghiệm táo bạo: trộn bột rong biển khô vào xi măng để tạo ra một loại bê tông thải ít carbon hơn.

Kết quả thật đáng kinh ngạc: loại xi măng trộn rong biển này có thể giúp giảm 21% nguy cơ nóng lên toàn cầu, đồng thời vẫn đảm bảo độ bền của bê tông – yếu tố quan trọng bậc nhất đối với vật liệu xây dựng.

Vai trò của trí tuệ nhân tạo và học máy

Một thách thức lớn trong nghiên cứu bê tông là thời gian. Để đánh giá được chất lượng một công thức bê tông, các nhà khoa học cần ít nhất một tháng – khoảng thời gian bê tông đông cứng hoàn toàn – trước khi có thể kiểm nghiệm độ bền. Điều này đồng nghĩa với việc nếu phải thử nghiệm hàng trăm công thức khác nhau, quá trình nghiên cứu có thể kéo dài nhiều năm.

PGS. Eleftheria Roumeli, tác giả chính của nghiên cứu, ước tính rằng nếu đi theo cách truyền thống, việc tìm ra công thức tối ưu phải mất tới 5 năm thử nghiệm liên tục.

Để rút ngắn thời gian, nhóm đã áp dụng mô hình học máy (machine learning). Họ bắt đầu bằng cách huấn luyện mô hình với 24 công thức xi măng ban đầu. Sau đó, mô hình này dự đoán những công thức hứa hẹn nhất để thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.

Quy trình được lặp đi lặp lại:

Mô hình đề xuất công thức.

Các nhà khoa học chế tạo và kiểm tra độ bền.

Kết quả được đưa ngược lại vào mô hình.

Nhờ vòng lặp giữa thực nghiệm – dữ liệu – mô hình, chỉ trong 28 ngày, nhóm đã tìm ra hỗn hợp xi măng có bổ sung rong biển tối ưu, vừa bền chắc, vừa giảm phát thải.

Đây là minh chứng rõ ràng cho sức mạnh của việc kết hợp vật liệu tự nhiên và công cụ dữ liệu hiện đại.

Ưu điểm của bột rong biển trong xi măng

Khi thay thế một phần xi măng bằng bột rong biển, ta nhận được nhiều lợi ích cùng lúc:

Giảm phát thải CO2: vì lượng xi măng sử dụng ít hơn, đồng thời rong biển đã hấp thụ carbon trong quá trình phát triển.

Tận dụng tài nguyên tái tạo: rong biển sinh trưởng nhanh, không cần phân bón hóa học, không chiếm đất nông nghiệp.

Giữ vững độ bền bê tông: thử nghiệm cho thấy bê tông trộn rong biển vẫn đạt yêu cầu chịu lực.

Mở đường cho “bê tông sinh thái”: loại bê tông này không chỉ bền mà còn góp phần tích cực vào mục tiêu giảm phát thải toàn cầu.

Triển vọng ứng dụng và thách thức

Kết quả nghiên cứu mới chỉ là bước khởi đầu. Trong tương lai, nhóm tác giả mong muốn:

Khảo sát sâu hơn về thành phần hóa học và cấu trúc vi mô của rong biển, để hiểu rõ cơ chế giúp xi măng cải thiện.

Mở rộng nghiên cứu sang các loại tảo khác nhau, hoặc thậm chí thử nghiệm với chất thải thực phẩm.

Ứng dụng rộng rãi ở nhiều khu vực trên thế giới, nơi rong biển dồi dào, để tạo ra nguồn vật liệu xây dựng “địa phương hóa” – giảm chi phí vận chuyển, tăng tính bền vững.

Tuy vậy, vẫn còn những thách thức cần vượt qua:

Quy mô sản xuất: liệu ngành xây dựng có thể thu gom và chế biến đủ lượng rong biển để đáp ứng nhu cầu khổng lồ?

Chi phí: quy trình sản xuất bột rong biển công nghiệp cần được tối ưu để cạnh tranh với xi măng truyền thống.

Độ tin cậy lâu dài: cần thêm nhiều thử nghiệm thực tế trên công trình để khẳng định tuổi thọ và khả năng chịu tác động môi trường.

Ý nghĩa đối với tương lai xây dựng xanh

PGS. Roumeli nhấn mạnh: “Bằng cách kết hợp các vật liệu tự nhiên như rong biển với các công cụ dữ liệu hiện đại, chúng tôi có thể nội địa hóa sản xuất, giảm phát thải và nhanh chóng hướng tới xây dựng hạ tầng xanh. Đây là bước tiến thú vị hướng tới thế hệ vật liệu xây dựng bền vững mới.”

Trong bối cảnh các quốc gia đang cam kết giảm phát thải, giải pháp xi măng trộn rong biển không chỉ có giá trị khoa học, mà còn mang ý nghĩa thực tiễn sâu sắc. Nếu được triển khai rộng rãi, mỗi tòa nhà, mỗi cây cầu trong tương lai sẽ không còn là gánh nặng cho khí hậu, mà trở thành một phần của hành tinh bền vững hơn.

Từ một nguyên liệu đơn giản dưới đại dương, rong biển đã mở ra triển vọng thay đổi cách nhân loại xây dựng hạ tầng. Kết hợp với trí tuệ nhân tạo, con đường phát triển vật liệu xanh đã rút ngắn từ nhiều năm xuống chỉ còn vài tuần.

Có thể nói, bê tông trộn rong biển là minh chứng cho xu hướng “công nghệ kết hợp thiên nhiên” – nơi con người tận dụng trí tuệ máy móc để khai thác sức mạnh của tự nhiên, nhằm giải quyết những vấn đề toàn cầu.

Trong tương lai, khi chúng ta đi qua một cây cầu hay bước vào một tòa nhà, có thể bên trong lớp bê tông ấy là những hạt rong biển – biểu tượng của sự sáng tạo, của khát vọng giảm phát thải và xây dựng một thế giới xanh hơn.

Nguồn: Tổng hợp