Theo The Brighter Side of News, phát minh bê tông tự vá thuộc về nhóm nghiên cứu tại Đại học Nebraska-Lincoln (Mỹ) và đang được đánh giá rất cao về khả năng ứng dụng thực tiễn, không chỉ trong ngành xây dựng.

Vì sao vết nứt bê tông là vấn đề nghiêm trọng?

Bê tông là vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Tuy nhiên, nó dễ xuất hiện các vết nứt nhỏ do tác động của nhiệt, co ngót hoặc tải trọng lớn. 

Những vết nứt này có thể cho phép nước, không khí và hóa chất xâm nhập, gây ăn mòn cốt thép và làm suy yếu cấu trúc, thậm chí dẫn đến sập đổ nếu không được phát hiện và xử lý kịp thời.

Tại Mỹ, việc phát hiện và sửa chữa các vết nứt bê tông tiêu tốn hàng chục tỉ USD mỗi năm. Đây là quá trình khó khăn, đòi hỏi phải tìm chính xác vị trí hư hỏng và thực hiện các biện pháp sửa chữa tốn kém.

Dưới sự dẫn dắt của tiến sĩ Congrui Grace Jin, nhóm nghiên cứu đã tìm cảm hứng từ địa y, một sinh vật sống cộng sinh giữa nấm và tảo/cyanobacteria có khả năng tồn tại trong môi trường khắc nghiệt. 

Họ đã tái tạo mô hình cộng sinh này trong phòng thí nghiệm bằng cách kết hợp nấm sợi (Trichoderma reesei) và vi khuẩn lam (Anabaena inaequalis hoặc Nostoc punctiforme) để tạo ra một hệ thống vi sinh vật có thể sinh tồn chỉ nhờ không khí, nước và ánh sáng.

Điểm đặc biệt của hệ thống này là khả năng tự động sản sinh khoáng chất canxi carbonat, chất giúp bịt kín các vết nứt trong bê tông mà không cần bổ sung chất dinh dưỡng từ bên ngoài như các phương pháp trước đây.

Trong hệ vi sinh vật này, vi khuẩn lam sử dụng ánh sáng để quang hợp, hấp thụ khí carbonic và nitơ từ không khí để tạo ra dưỡng chất. Nấm sợi sử dụng nguồn dưỡng chất này để sinh trưởng và tạo ra tinh thể canxi carbonat lấp đầy các vết nứt.

Thí nghiệm cho thấy hệ vi sinh vật cộng sinh này phát triển tốt trong môi trường nghèo dinh dưỡng, độ ẩm thấp và pH cao như trong bê tông, điều mà nhiều vi khuẩn khác không làm được. Các thử nghiệm cũng xác nhận tốc độ chữa lành vết nứt nhanh hơn tới 80% so với phương pháp dùng vi khuẩn thông thường.

Đặc biệt, phương pháp này còn an toàn với môi trường vì không tạo ra khí độc như một số kỹ thuật dùng ure.

Ứng dụng thực tế và triển vọng tương lai

Nếu được áp dụng rộng rãi, bê tông tự vá có thể giúp giảm đáng kể chi phí bảo trì công trình, kéo dài tuổi thọ cầu đường, tòa nhà và thậm chí các công trình vũ trụ trên Mặt trăng hoặc sao Hỏa, nơi việc sửa chữa là gần như bất khả thi.

Hiện nhóm nghiên cứu cũng đang hợp tác với các nhà xã hội học để tìm hiểu cảm nhận của công chúng về việc sống trong những ngôi nhà có vi sinh vật "ẩn náu" trong tường. Các yếu tố pháp lý và đạo đức cũng đang được xem xét để bảo đảm an toàn và chấp nhận xã hội.

Không chỉ dừng lại ở mô hình lý thuyết, nhóm các nhà khoa học đã tạo ra các mẫu bê tông chứa vi sinh vật, nuôi cấy trong điều kiện mô phỏng thực tế như nhiệt độ ấm, độ ẩm trung bình và chu kỳ chiếu sáng như ngoài công trường. Kết quả cho thấy hệ vi sinh này có thể phát triển và hoạt động hiệu quả mà không cần chỉnh sửa gene, chỉ dựa vào không khí và ánh sáng.

Nếu được thương mại hóa, công nghệ này có thể thay đổi ngành xây dựng toàn cầu, giúp thành phố bền vững hơn, phát thải thấp hơn và an toàn hơn cho mọi người.

Nhật Bản xây nhà bê tông hút CO₂ đầu tiên trên thế giới

Điều khiến ngôi nhà này trở nên đặc biệt là những bức tường bê tông có khả năng giảm khí thải carbon và làm sạch không khí.