Triển vọng vật liệu xây dựng nguồn gốc sinh học tại Việt Nam

Vật liệu xây dựng (VLXD) nguồn gốc từ sinh học giúp giảm thiểu lượng khí thải carbon, không gây độc tố với môi trường. Ở Việt Nam, nguồn nguyên liệu dồi dào, tự phân hủy khi kết thúc vòng đời, có thể tái sử dụng phục vụ kinh tế tuần hoàn… góp phần phát triển ngành Xây dựng xanh và bền vững hơn.

Vật liệu của thế kỷ XXI

Ngành Xây dựng ngoài việc tạo ra nhiều phát thải carbon, còn làm gia tăng mức tiêu thụ các nguyên vật liệu trong tự nhiên. Theo nghiên cứu của Bimhow, ngành Xây dựng là nguyên nhân gây ra khoảng 23% ô nhiễm không khí, 50% biến đổi khí hậu, 40% ô nhiễm nước uống và 50% chất thải chôn lấp.

Trong nghiên cứu của Hội đồng Công trình Xanh Hoa Kỳ (USGBC) cũng cho thấy, ngành Xây dựng chiếm 40% mức sử dụng năng lượng trên toàn thế giới, với ước tính đến năm 2030, lượng khí thải từ các tòa nhà thương mại sẽ tăng 1,8%.

Do đó, nhu cầu tạo ra các vật liệu có khả năng giảm thiểu lượng lớn khí thải carbon, tái sử dụng các tài nguyên trên cơ sở sinh học đang được các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu phát triển và đã sử dụng phổ biến tại nhiều quốc gia trên thế giới.

Vật liệu sinh học giúp giải quyết vấn đề về ô nhiễm môi trường như: Có khả năng tái tạo cuộc sống xanh, hấp thụ carbon hiệu quả, giảm thiểu lượng khí thải carbon ra bên ngoài, giảm phát thải khí nhà kính trong quá trình sản xuất và sử dụng… chúng có thể tự phân hủy khi kết thúc vòng đời, thậm chí khi thải bỏ còn có tác dụng cung cấp dưỡng chất cho đất.

Vật liệu sinh học có nguồn gốc từ các vi sinh vật, động vật, thực vật, có thể sử dụng làm vật liệu cho ngành Xây dựng hoặc kết hợp với loại vật liệu khác để nâng cao tính tuần hoàn cho công trình, góp phần xây dựng một nền kinh tế tuần hoàn.

Một số loại vật liệu sinh học đang được nghiên cứu và sử dụng trong ngành Xây dựng trên thế giới như các VLXD nguồn gốc sinh học từ nấm, gỗ, tre, cây gai dầu, tảo, đất cát, cỏ… ngoài ra còn dùng các loại phụ phẩm từ nông nghiệp như tro, trấu, rơm, rạ, lõi ngô, xơ mướp…

Loại VLXD nguồn gốc sinh học giao thoa giữa thiết kế, khoa học vật liệu, hóa học và kỹ thuật sinh học, VLXD sống (LBM) chứa vi sinh vật và thể hiện tính chất sinh học.

Các chuyên gia đánh giá VLXD nguồn gốc sinh học là vật liệu của thế kỷ XXI. Sử dụng vật liệu sinh học là xu hướng tất yếu của con người hiện nay và trong tương lai.

Hành trình khử carbon cho ngành Xây dựng

Theo PGS.TS Tống Tôn Kiên - Viện Nghiên cứu và Ứng dụng vật liệu xây dựng nhiệt đới (Trường Đại học Xây dựng Hà Nội), phát triển VLXD nguồn gốc sinh học là xu hướng chung của thế giới hiện nay và Việt Nam không ngoại lệ. Loại vật liệu này có 3 ưu điểm nổi trội:

Thứ nhất, giảm phát thải khí carbon và bảo tồn được nguồn tài nguyên thiên nhiên trong quá trình sản xuất vật liệu và thi công xây dựng.

Thứ hai, nguồn trữ lượng nguyên liệu của loại vật liệu này rất dồi dào nếu liên tục được bổ sung, bởi thực vật chỉ cần trồng mới và có kiểm soát.

Thứ ba, khi VLXD có nguồn gốc sinh học kết thúc vòng đời có thể tái chế, tái phục hồi và tiếp tục phục vụ mô hình kinh tế tuần hoàn. Nếu không thể tái phục hồi thì loại vật liệu này vẫn còn tác dụng khi đưa vào môi trường tự nhiên, bổ sung dưỡng chất cho đất. Điều này cũng phù hợp với định hướng của Chính phủ về kinh tế tuần hoàn phát triển vật liệu xanh của Việt Nam.

Trong tương lai, xu hướng các loại VLXD đều phải thân thiện với môi trường, có nguồn nguyên liệu tái tạo bổ sung, đáp ứng được yêu cầu về tính cơ học của công trình, không gây độc tố với môi trường, bền vững theo thời gian, nếu hết tuổi thọ có thể tái sử dụng… Tất cả những đặc điểm này VLXD nguồn gốc sinh học hoàn toàn có thể đáp ứng được.

Thế giới đã nhận thức được tầm quan trọng của VLXD nguồn gốc từ sinh học và nhiều quốc gia đang xúc tiến việc ban hành các chính sách liên quan đến việc sử dụng vật liệu này trong công trình xây dựng.

Ví dụ chính phủ Hà Lan đã đặt ra mục tiêu là làm cho ngành Xây dựng hoàn toàn tuần hoàn vào năm 2050.

Cũng tại đất nước Hà Lan, nhà vi sinh vật học Hendrik Jonkers thuộc Trường Đại học Công nghệ Delft đã phát minh ra bê tông vi khuẩn có thể tự hàn kín các vết nứt, lỗ rỗng mỗi khi chúng xuất hiện. Loại vi khuẩn làm ra đá vôi được Jonkers lựa chọn tên Bacillus pseudofirmus hoặc Sporosarcina pasteurii, chúng chịu được nóng và lạnh, có thể sống tới 200 năm mà không cần ô-xi và thức ăn.

Khi gặp nước, chúng sẽ tỉnh dậy và hoạt động, sử dụng sữa calcium làm nguồn thức ăn, và tiết ra chất đá vôi, là chất sẽ tự lấp kín vết nứt.

Hendrik Jonkers gọi loại vật liệu hàn vết nứt này là bê tông vi sinh (bioconcrete). Để giữ cho vi khuẩn này ngủ đông tới lúc cần đến chúng, Jonkers đưa vi khuẩn vào chứa trong các bao nang nhỏ, loại có thể phân hủy sinh học, bên trong chứa chất dinh dưỡng cho vi khuẩn.

Trộn dung dịch chứa các bao nang đó vào hỗn hợp xi măng đổ bê tông, khi kết cấu bê tông xuất hiện vết nứt, nước mưa chảy vào vết nứt làm cho bao nang phân hủy, vi khuẩn gặp nước và không khí sẽ tỉnh dậy, bắt đầu quá trình sản xuất ra đá vôi và lấp kín vết nứt trong thời gian không quá 3 tuần.

Ngoài ra, cũng có thể bơm dung dịch chứa loại vi khuẩn này vào vết nứt trên kết cấu bê tông sẵn có để chúng tự gắn kín vết nứt.

Tại Pháp, chính phủ đã công bố kế hoạch cho một luật bền vững sẽ đảm bảo tất cả các tòa nhà công cộng mới được xây dựng từ ít nhất 50% gỗ hoặc các vật liệu tự nhiên khác. Biện pháp này sẽ được thực hiện trong năm 2024 và ảnh hưởng đến tất cả các tòa nhà công cộng do nước Pháp tài trợ.

Pháp cũng đã có tác giả nghiên cứu sử dụng nấm để hình thành các loại đá tự nhiên, giống như sản xuất đá san hô nhân tạo, nhưng có nguồn gốc từ thực vật, tốc độ nhanh hơn và chi phí sản xuất về năng lượng cũng như quá trình phát thải carbon thấp hơn.

Tại Việt Nam, mặc dù chưa có văn bản cụ thể quy định về việc sản xuất và sử dụng VLXD có nguồn gốc sinh học, nhưng tại Quyết định số 1266/QĐ-TTg ngày 18/8/2020, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt “Chiến lược phát triển VLXD Việt Nam thời kỳ 2021 - 2030, định hướng đến năm 2050”, trong đó có định hướng khuyến khích phát triển các loại sản phẩm VLXD tận dụng tối đa nguồn tài nguyên thiên nhiên như phế thải và các sản phẩm vật liệu có tính bền vững, thân thiện môi trường.

Bên cạnh đó, Chiến lược cũng định hướng việc phát triển ngành công nghiệp sản xuất VLXD đạt trình độ tiên tiến, hiện đại; sản phẩm có chất lượng đạt tiêu chuẩn quốc tế, sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả, có năng lực cạnh tranh cao trên thị trường quốc tế, đáp ứng nhu cầu của thị trường trong nước.

Đặc biệt, thực hiện cam kết của Việt Nam tại Hội nghị các bên tham gia Công ước khung của Liên Hợp quốc lần thứ 26 (COP26) và khẳng định của Thủ tướng Chính phủ Phạm Minh Chính tại Hội nghị COP28 về đạt mức phát thải ròng bằng "0” vào năm 2050, việc phát triển sản xuất VXLD luôn phải thực hiện sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả, từng bước thay thế nguyên vật liệu gây phát thải khí nhà kính; giảm, thay thế sử dụng nhiên liệu hóa thạch sớm nhất có thể.

Điều này cho thấy, Việt Nam cũng đang tích cực, chủ động trong việc triển khai nghiên cứu và ứng dụng các VLXD bền vững, giảm phát thải carbon, thân thiện với môi trường nhằm hiện thực hóa các cam kết quốc tế.

Ví dụ, có thể dùng phế phụ phẩm trong sản xuất lương thực như rơm, rạ, tro trấu, lõi ngô… để sản xuất các loại VLXD nguồn gốc sinh học. Hay nói cách khác, gắn sản xuất VLXD nguồn gốc sinh học với nông nghiệp. Chẳng hạn, thu gom các loại rơm, rạ, bã mía,... để sản xuất các loại vê tông cốt sợi; các nhà sản xuất lúa gạo, sẽ tận dụng trấu để làm nguyên liệu sấy cho nhà máy. Sau đó, tận dụng tro từ quá trình đốt trấu đưa vào sản xuất bê tông, thực hiện nền kinh tế tuần hoàn từ đây. Nếu thực hiện được điều này sẽ giúp sử dụng tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, nâng cao tỷ lệ sử dụng nguyên liệu, nhiên liệu tái chế từ phế thải công - nông nghiệp, góp phần phát triển ngành Xây dựng theo hướng xanh và bền vững.

Đề xuất sử dụng một số loại vật liệu phù hợp với Việt Nam

Hiện nay, rất cần thiết để có được các công trình hoàn toàn không tạo ra khí thải độc hại trong toàn bộ vòng đời của chúng. Như vậy, các nhà thiết kế, chủ đầu tư… cần chọn các loại vật liệu giảm lượng phát thải carbon, bao gồm tất cả lượng khí thải được tạo ra bởi quá trình sản xuất vật liệu cũng như quá trình xây dựng.

ThS.KTS Nguyễn Ngọc Uyên - Viện Khoa học công nghệ xây dựng (IBST), đã đề xuất sử dụng một số VLXD nguồn gốc sinh học tương đối phù hợp với Việt Nam hiện nay và trong tương lai gần như sau:

Về kết cấu, có thể sử dụng vật liệu gỗ ép cho phần cột, dầm. Sử dụng gỗ ván ép nhiều lớp (Cross laminated timber gọi tắt là: CLT) và gỗ Glulam (Glued Laminated Timber: nhiều lớp gỗ cấu trúc với nhau bằng chất kết dính) cho sàn nhà, mái. Gỗ CLT và Glulam có thể được sản xuất phát triển từ các loại gỗ trồng tăng trưởng nhanh (gỗ thông, pine & spruce), keo, tràm (acacia) hay chabol. Với điều kiện tự nhiên và nguồn cung keo, tràm khá dồi dào, việc phát triển Glulam, CLT chính là một cơ hội để nâng cao giá trị cho gỗ rừng, thay thế dần các sản phẩm giá trị thấp như dăm gỗ tại Việt Nam.

Với những công trình dưới 3 tầng, có thể sử dụng tre truyền thống hoặc tre ép công nghiệp cho kết cấu và kiến trúc công trình, nâng cao bản sắc kiến trúc Việt Nam.

Về vật liệu hoàn thiện trong và ngoài công trình, có thể sử dụng các vật liệu như: sàn tre gỗ ép, ngoài nhà có thể dùng tấm xi măng Cemboard cao cấp đảm bảo chống thấm, chống cháy với thành phần là xi măng kết hợp dăm gỗ tinh chế và các phụ gia, các vật liệu trang trí nội thất trong và ngoài nhà có thể là gỗ công nghiệp hoặc nguồn gốc từ gỗ hợp pháp… Ngoài ra, có thể sử dụng tre làm giàn giáo hay sợi nấm sử dụng làm bao bì các VLXD…

Có thể thấy, ưu điểm của VLXD nguồn gốc sinh học là rất lớn, nhất là việc góp phần giảm phát thải carbon và bảo tồn được nguồn tài nguyên thiên nhiên trong quá trình sản xuất vật liệu và thi công và vận hành công trình xây dựng. Các nguyên liệu có thể tái tạo và tái chế là những điều kiện tiên quyết cho một nền kinh tế tuần hoàn.

Sử dụng VLXD có nguồn gốc sinh học là xu hướng tất yếu của con người hiện nay và trong tương lai. Hy vọng, trong thời gian tới các cơ quan chức năng sớm ban hành các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật, quy định về tỷ lệ áp dụng loại vật liệu này trong công trình xây dựng, góp phần đưa ngành Xây dựng Việt Nam bắt kịp sự phát triển của ngành Xây dựng trên thế giới.