Để tiếp tục mở rộng các đô thị mà không gây hại môi trường, các nhà khoa học thuộc Đại học Cambridge (Anh) đưa ra ý tưởng về những thành phố làm từ xương và vỏ trứng nhân tạo, thay thế cho bêtông và thép vốn đang “đóng góp” một lượng lớn khí thải carbon.
Đòi hỏi bức thiết của môi trường
Bêtông và thép - vật liệu chủ yếu để xây dựng các thành phố hiện nay - đều tiêu tốn rất nhiều năng lượng trong quá trình sản xuất do phải được xử lý ở nhiệt độ cực cao. Chúng chịu trách nhiệm về một lượng lớn khí thải carbon trên toàn thế giới.
“Tôi thường xuyên đi máy bay và từng cảm thấy tội lỗi vì ngành du lịch, hàng không phát thải carbon ra môi trường. Tuy nhiên, sự thật là lượng khí thải đó tuy lớn nhưng chẳng là gì so với việc sản xuất thép và bêtông. Hiện hầu hết các thành phố đều được xây dựng từ các vật liệu này. Điều chúng tôi đang cố gắng làm là tư duy lại cách chúng ta tiến hành mọi việc” - trưởng nhóm nghiên cứu Michelle Oyen cho biết.
Nhóm của bà nhận thấy, để thay đổi toàn diện thực trạng này trong ngành xây dựng, cần tìm ra loại vật liệu hoàn toàn mới không chỉ mạnh mẽ mà còn bền vững, thân thiện với môi trường. Để đạt mục tiêu, họ đã xác định hướng nghiên cứu tham khảo thiên nhiên.
Trong phòng thí nghiệm được tài trợ bởi quân đội Mỹ, bà Oyen xây dựng mẫu nhỏ của xương và vỏ trứng nhân tạo, những vật liệu bền vững có thể được sử dụng trong cấy ghép y tế và thậm chí trở thành vật liệu xây dựng phát thải carbon thấp.
Vật liệu mới lý tưởng
Xương và vỏ trứng nhân tạo là những vật liệu xây dựng lý tưởng với những đặc điểm ưu việt: Tỷ lệ protein và khoáng chất gần bằng nhau, đem lại độ cứng, sự dẻo dai và khả năng chịu lực. Mặc dù xương có thể bị phá vỡ nhưng chúng có thể tự chữa lành - một tính năng mà các kỹ sư sinh học đang cố gắng nghiên cứu để bắt chước.
Với vỏ trứng, tỷ lệ protein và khoáng chất lần lượt là 5% và 95%. Tuy lượng protein khá nhỏ, nhưng cũng đủ để mang lại độ cứng. Do quá trình sản xuất xương và vỏ trứng nhân tạo diễn ra ở nhiệt độ phòng nên những vật liệu mới này cần rất ít năng lượng.
Trong quá trình tạo ra xương và vỏ trứng nhân tạo, nhóm nghiên cứu kết hợp các thành phần khoáng chất với collagen - một loại protein chiếm tới 25% tổng lượng protein trong cơ thể người.
Theo bà Oyen, các vật liệu tổng hợp có thể kết hợp với nhau để tạo ra một cấu trúc mạng tinh thể mới với ưu điểm vượt trội. Cụ thể là, nếu xương nhân tạo kết hợp thành công với vỏ trứng sẽ tạo ra một loại cấu trúc tinh thể cứng rắn, mạnh mẽ hơn. Đây chính là điều nhóm muốn đi sâu tìm hiểu.
Một khía cạnh quan trọng khác là collagen. Các nhà khoa học cho biết collagen mà họ cần hiện phải lấy từ các nguồn tự nhiên, chẳng hạn như động vật. Họ muốn tìm hiểu liệu có thể tạo ra một loại collagen tổng hợp hoặc không có nguồn gốc động vật để thay thế.
Rào cản từ sự bảo thủ
Mặc dù ý tưởng và tiềm năng của dự án là rất hứa hẹn, song các nhà nghiên cứu cho biết sẽ còn phải mất thêm nhiều thời gian và công sức trước khi có thể cho ra đời những tòa nhà bằng xương và vỏ trứng nhân tạo. Ngoài việc cần nghiên cứu, tìm hiểu sâu thêm, các nhà khoa học còn phải đối mặt với rào cản từ sự bảo thủ khi muốn áp dụng loại vật liệu mới vào thực tế và rào cản này không đơn giản.
Bởi lẽ, ngay cả ý tưởng xây nhà bằng gỗ ép tấm lớn - cũng thân thiện với môi trường và có tính khả thi cao hơn - hiện cũng chưa được ủng hộ nhiều. Gỗ ép tấm lớn tuy là nguồn tài nguyên tái tạo, tiêu thụ ít năng lượng, thi công nhanh chóng (bằng cách lắp ghép) và rất dễ sửa chữa, tháo dỡ nhưng các công trình xây dựng từ vật liệu này vẫn rất ít, chưa thể phát triển tương xứng với tiềm năng. Nguyên nhân là ở thời điểm hiện tại, nói đến xây dựng thì tất cả đều nghĩ ngay đến bêtông và thép, e ngại tiếp cận cái mới, lo sợ về sự an toàn của công nghệ mới.
“Công nghiệp xây dựng là một trong những ngành bảo thủ nhất. Tất cả các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của chúng ta đều gắn liền với bêtông và thép. Xây dựng một toà nhà với loại vật liệu mới hoàn toàn đồng nghĩa với việc thay đổi cách nghĩ, cách làm của toàn bộ ngành công nghiệp này. Đó là điều rất khó khăn. Tuy nhiên, nếu thực sự muốn thay đổi, muốn giảm phát thải carbon, đó là việc chúng ta phải làm” - bà Michelle Oyen nói.
Theo bà Oyen, những suy nghĩ bảo thủ cần được dẹp bỏ để dọn đường cho những ý tưởng, phương thức xây dựng mới thân thiện môi trường: “Các đặc tính vật chất của xương và gỗ rất giống nhau. Chúng ta có thể dễ dàng xây nhà bằng bêtông và thép không có nghĩa là chúng ta nên tiếp tục làm như vậy. Nhưng có lẽ để thay đổi thói quen cần đòi hỏi một sự cố gắng lớn”.