Các nhà khoa học tại Đại học Pennsylvania đã phát triển một loại bê tông in 3D mang tính cách mạng, kết hợp vật liệu có nguồn gốc từ tảo vi mô hóa thạch với cấu trúc hình học phức tạp để tăng cường khả năng hấp thụ carbon dioxide (CO₂) và cải thiện hiệu suất kết cấu.
Phát minh này hứa hẹn một giải pháp bền vững cho ngành xây dựng, vốn đang đối mặt với những thách thức về môi trường do lượng khí thải CO₂ đáng kể. Loại bê tông mới này, sử dụng đất tảo cát (diatomaceous earth - DE), có khả năng hấp thụ CO₂ cao hơn tới 142% so với các hỗn hợp tiêu chuẩn. Đất tảo cát, với cấu trúc vi mô xốp như bọt biển, hoạt động như một miếng bọt biển CO₂, bẫy khí thải trong quá trình đóng rắn và tăng cường độ bền của vật liệu.
Một yếu tố quan trọng khác trong sự đổi mới này là việc tích hợp các cấu trúc bề mặt tối thiểu tuần hoàn ba chiều (TPMS). Lấy cảm hứng từ các hình dạng tự nhiên như xương và san hô, TPMS tối đa hóa diện tích bề mặt bên trong và độ cứng trong khi giảm thiểu lượng vật liệu cần thiết. Các thử nghiệm cho thấy các bộ phận bê tông in 3D sử dụng ít hơn 68% vật liệu so với các khối bê tông truyền thống, đồng thời tăng tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lên hơn 500%. Khối TPMS này vẫn giữ được 90% cường độ nén của phiên bản đặc và đạt hiệu quả hấp thụ CO₂ cao hơn 32% trên mỗi đơn vị xi măng.
Sự phát triển này không chỉ giải quyết vấn đề phát thải carbon trong sản xuất bê tông, vốn chiếm khoảng 8-9% lượng khí thải CO₂ toàn cầu, mà còn mang lại những lợi ích đáng kể về hiệu quả vật liệu. Việc giảm thiểu sử dụng vật liệu có thể dẫn đến các công trình nhẹ hơn, tiết kiệm chi phí và giảm thiểu tác động môi trường tổng thể. Nhóm nghiên cứu hiện đang tập trung vào việc mở rộng quy mô công nghệ này để ứng dụng cho các bộ phận kết cấu có kích thước đầy đủ, chẳng hạn như sàn, mặt tiền và các tấm chịu lực.
Ngoài ra, họ còn khám phá các ứng dụng tiềm năng trong cơ sở hạ tầng biển, như tạo rạn san hô nhân tạo. Tính chất xốp và tương thích sinh thái của bê tông DE-TPMS làm cho nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho các sinh vật biển, đồng thời tiếp tục hấp thụ CO₂ từ môi trường nước xung quanh. Sự đổi mới từ Đại học Pennsylvania này đại diện cho một bước tiến quan trọng trong việc phát triển các vật liệu xây dựng bền vững, có khả năng thu giữ carbon, phù hợp với nhu cầu cấp thiết của thế giới trong việc giảm thiểu biến đổi khí hậu và xây dựng một tương lai xanh hơn.