Phát minh từ sinh vật siêu nhỏ giúp nhựa đường bền hơn 70%, chống nứt và tự ‘chữa lành’

Những vết nứt trên mặt đường, hiện tượng đội băng hay ổ gà không chỉ gây khó chịu cho người đi bộ và tài xế. Chúng còn là mối nguy thường trực đe dọa sự an toàn, đồng thời tạo áp lực lớn lên ngân sách của chính quyền địa phương, đặc biệt tại các khu vực có khí hậu lạnh, nơi nhiệt độ liên tục dao động quanh ngưỡng đóng băng.

Giờ đây, các nhà khoa học cho rằng lời giải cho những con đường bền bỉ hơn, tuổi thọ dài hơn có thể đến từ một nguồn không ai ngờ tới: tảo.

Vật liệu “sống” đang thay đổi cách con người xây đường trong kỷ nguyên khí hậu cực đoan

Một nghiên cứu mới cho thấy dầu chiết xuất từ vi tảo có thể thay thế một phần chất kết dính có nguồn gốc dầu mỏ trong nhựa đường, giúp mặt đường linh hoạt hơn, bền hơn và thân thiện với môi trường hơn.

Giải pháp này nhắm trực tiếp vào điểm yếu lớn nhất của nhựa đường truyền thống.

Thông thường, mặt đường nhựa sử dụng bitumen, một vật liệu có nguồn gốc từ dầu thô, để liên kết cát và đá. Bitumen cho phép mặt đường giãn nở khi nóng và co lại khi lạnh, nhưng khi nhiệt độ xuống quá thấp, nó trở nên giòn, dễ nứt vỡ. Các vết nứt này nhanh chóng lan rộng dưới tác động của xe cộ và độ ẩm, tạo điều kiện hình thành ổ gà.

Để khắc phục vấn đề đó, nhóm nghiên cứu do Elham Fini dẫn đầu đã phát triển một loại chất kết dính mới có tính đàn hồi cao và bền vững, được tạo ra từ dầu tảo.

Các nghiên cứu trước đây của nhóm cho thấy dầu có nguồn gốc từ tảo có thể hoạt động tương tự bitumen nhưng lại thể hiện tốt hơn trong điều kiện nhiệt độ thấp.

“Các hợp chất từ tảo có thể cải thiện khả năng chống ẩm, độ linh hoạt và khả năng tự phục hồi của nhựa đường, từ đó kéo dài tuổi thọ mặt đường và giảm chi phí bảo trì”, Elham Fini cho biết. “Về lâu dài, nhựa đường từ tảo có thể giúp tạo ra những tuyến đường bền vững hơn, có khả năng thích ứng tốt hơn với môi trường”.

Dựa trên nền tảng đó, nhóm nghiên cứu đã sử dụng mô hình máy tính để phân tích dầu từ 4 loại tảo khác nhau, nhằm xác định loại có thể hòa trộn hiệu quả với các thành phần rắn của nhựa đường và vẫn duy trì tính năng trong điều kiện đóng băng.

Một loài nổi bật lên rõ rệt. Dầu chiết xuất từ vi tảo nước ngọt Haematococcus pluvialis cho thấy khả năng chống biến dạng vĩnh viễn tốt nhất dưới áp lực mô phỏng từ giao thông. Loại dầu này cũng giúp bảo vệ mặt đường tốt hơn trước hư hại do độ ẩm, một trong những nguyên nhân chính dẫn tới sự hình thành ổ gà.

Trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, các mẫu nhựa đường có bổ sung dầu tảo được đưa qua nhiều chu kỳ chịu tải trọng giao thông và đóng băng tan băng liên tiếp, nhằm mô phỏng điều kiện thực tế tại các vùng khí hậu lạnh.

Kết quả thu được rất ấn tượng. Mặt đường sử dụng chất kết dính từ tảo cho thấy khả năng phục hồi biến dạng cao hơn tới 70% so với nhựa đường dùng chất kết dính truyền thống từ dầu thô.

Không chỉ bền hơn, tác động môi trường của công nghệ này cũng rất đáng kể. Nhóm nghiên cứu ước tính rằng chỉ cần thay thế 1% chất kết dính có nguồn gốc từ dầu mỏ bằng vật liệu từ tảo, lượng phát thải carbon ròng của nhựa đường có thể giảm khoảng 4,5%. Nếu tỷ lệ thay thế đạt khoảng 22%, mặt đường nhựa về lý thuyết có thể trở nên trung hòa carbon.

Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ này có tiềm năng mang lại các tuyến đường hiệu suất cao mà không làm tăng chi phí đáng kể, đồng thời giúp cắt giảm lượng phát thải từ một trong những vật liệu xây dựng được sử dụng nhiều nhất trên thế giới.

Theo IE