Công nghệ bê tông âm carbon: Tương lai vật liệu xây dựng thân thiện môi trường

1.Câu chuyện từ Nhật Bản: Shimizu Corporation và bê tông âm carbon

1.1. Giới thiệu về Shimizu Corporation

Shimizu Corporation (清水建設株式会社) là một trong những tập đoàn xây dựng lớn và lâu đời nhất tại Nhật Bản, được thành lập từ năm 1804 bởi Kisuke Shimizu I. Khởi đầu chỉ là một xưởng mộc, đến nay Shimizu đã phát triển thành tập đoàn toàn cầu với hơn 11.000 nhân viên tại Nhật và khoảng 21.000 người trên toàn thế giới. Công ty có trụ sở tại Kyobashi, Tokyo và hoạt động trong nhiều lĩnh vực như xây dựng công nghiệp và dân dụng, phát triển bất động sản, thiết kế, kỹ thuật hạ tầng và dịch vụ bảo trì công trình. Đặc biệt, Shimizu nổi tiếng với định hướng phát triển bền vững, thông qua chiến lược “SHIMZ Beyond Zero 2050” nhằm đạt mục tiêu trung hòa carbon, thúc đẩy tái chế vật liệu và ứng dụng các công nghệ xây dựng thân thiện môi trường.

1.2. Cách họ phát triển công nghệ mới

Trong hành trình nghiên cứu vật liệu xây dựng bền vững, Shimizu đặc biệt chú trọng đến việc giảm phát thải từ xi măng – nguồn đóng góp CO₂ lớn nhất trong bê tông truyền thống. Thay vì tiếp tục dựa vào xi măng hydrat hóa, công ty đã phát triển công nghệ bê tông âm carbon bằng cách tận dụng than sinh học (biochar) được sản xuất qua quá trình cacbon hóa sinh khối. Loại than sinh học này được chế biến thành dạng bột hoặc hạt và bổ sung trực tiếp vào hỗn hợp bê tông như một phụ gia đặc biệt.

Nguyên liệu chính để tạo ra than sinh học là mùn cưa, vốn là sản phẩm phụ từ quá trình chế biến gỗ. Thông thường, carbon trong mùn cưa sẽ bị giải phóng dưới dạng CO₂ khi phân hủy tự nhiên hoặc bị đốt cháy. Tuy nhiên, khi được cacbon hóa, phần lớn carbon trong mùn cưa được chuyển đổi thành dạng carbon ổn định, khó bị phân hủy và gần như không thể phát thải trở lại thành CO₂ trừ khi bị đốt ở nhiệt độ cao. Nhờ quy trình này, tỷ lệ khối lượng carbon cố định trong than sinh học sau sấy khô có thể đạt tới khoảng 90%, mang lại khả năng lưu giữ lâu dài một lượng lớn carbon trong vật liệu.

Trong các thử nghiệm, Shimizu kết hợp hai dạng than sinh học: bột mịn với kích thước hạt dưới 1 mm và hạt thô với kích thước từ 2–5 mm. Loại bột mịn được dùng thay thế một phần cốt liệu mịn trong bê tông, còn dạng hạt được phối trộn để tối ưu tính chất cơ học, vừa đảm bảo khả năng cố định carbon vừa duy trì độ bền kết cấu của vật liệu.

1.3. Dự án thử nghiệm tại Fukuoka

Công nghệ bê tông âm carbon SUSMICS-C của Shimizu, phát triển dựa trên việc sử dụng than sinh học (biochar) để cố định carbon trong khối bê tông, đã không chỉ dừng lại ở giai đoạn nghiên cứu mà còn được đưa vào ứng dụng thực tế tại Nhật Bản. Theo thông tin từ Shimizu, loại bê tông thân thiện môi trường này lần đầu tiên được sử dụng trong một dự án thi công thực tế vào ngày 21 tháng 2 năm 2023. Trong quá trình triển khai, biochar được bổ sung dưới hai dạng: hạt có kích thước khoảng 2–5 mm và bột mịn nhỏ hơn 1 mm, vừa thay thế một phần cốt liệu mịn vừa góp phần tăng khả năng cố định carbon. Việc áp dụng SUSMICS-C trong công trình thực tế đã đánh dấu bước tiến quan trọng, chứng minh khả năng thương mại hóa và tính khả thi của công nghệ bê tông âm carbon trong ngành xây dựng tại Nhật Bản.

2. Nguyên lý và quy trình sản xuất bê tông âm carbon

2.1. Nguyên liệu sử dụng

Trong công nghệ SUSMICS-C, Shimizu sử dụng than sinh học (biochar) như thành phần chủ lực để cố định carbon trong bê tông. Than sinh học được chế biến dưới hai dạng, mỗi dạng đóng vai trò khác nhau trong hỗn hợp bê tông: dạng bột mịn (fine powder) với kích thước hạt nhỏ hơn khoảng 1 mm, và dạng hạt thô (coarse particles) với kích thước từ khoảng 2 đến 5 mm. Than sinh học dạng bột mịn được dùng để thay thế một phần cốt liệu mịn truyền thống, giúp tăng diện tích tiếp xúc với phần biochar ở trong khối bê tông, còn dạng hạt thô giúp duy trì cấu trúc, hỗ trợ độ bền cơ học và khối liên kết. Ngoài biochar, hỗn hợp còn bao gồm xi măng cao lò (blast furnace cement loại B) như chất kết dính chính, và các phụ gia khác để điều chỉnh tính lưu hóa, độ dẻo, tính chống thấm và tính ổn định của hỗn hợp bê tông. Nhờ việc sử dụng biochar với hàm lượng thích hợp và phối trộn đúng tỷ lệ, bê tông SUSMICS-C đạt được khả năng cố định carbon ổn định, đồng thời vẫn đảm bảo tiêu chuẩn về độ bền và khả năng chịu lực cơ học.

2.2. Các bước xử lý

Quy trình sản xuất bê tông âm carbon với công nghệ SUSMICS-C được triển khai qua một chuỗi các bước xử lý khoa học nhằm đảm bảo khả năng cố định CO₂ và tính bền vững của vật liệu. Trước hết, nguyên liệu sinh khối như mùn cưa và phụ phẩm gỗ được cacbon hóa trong điều kiện thiếu oxy để tạo thành than sinh học. Quá trình này giúp chuyển đổi carbon hữu cơ trong sinh khối thành carbon ổn định, khó bị phân hủy hoặc giải phóng trở lại thành CO₂. Sau đó, biochar được chế biến thành hai dạng: bột mịn (kích thước hạt dưới 1 mm) và hạt thô (2–5 mm), nhằm tối ưu cả khả năng cố định carbon và tính chất cơ học của bê tông. Các thành phần này tiếp tục được phối trộn với xi măng cao lò, cốt liệu và phụ gia chuyên dụng, tạo nên hỗn hợp bê tông có độ dẻo và tính thi công phù hợp. Trong suốt quá trình phối trộn, Shimizu còn áp dụng các điều kiện kiểm soát nghiêm ngặt để đảm bảo sự phân bố đồng đều của biochar trong khối bê tông, từ đó vừa duy trì cường độ chịu nén cần thiết vừa phát huy hiệu quả hấp thụ và lưu giữ carbon lâu dà

3. Nguồn

[1] Shimizu Corporation, “Company Outline,” Shimizu Corporation. [Online]. Available: https://www.shimz.co.jp/company/about/outline/. [Accessed: Sept. 20, 2025].

[2] Shimizu Corporation, “技術・ソリューション SUSMICS-C バイオ炭コンクリート,” Shimizu Corporation. [Online]. Available: https://www.shimz.co.jp/solution/tech383/. [Accessed: Sept. 20, 2025].

[3] Shimizu Corporation, “News Release: Development of Carbon Negative Resin Concrete,” Shimizu Corporation, Jun. 21, 2023. [Online]. Available: https://www.shimz.co.jp/company/about/news-release/2023/2022061.html. [Accessed: Sept. 20, 2025].

[4] Shimizu Corporation, “News Release: Shimizu Develops Biochar Concrete,” Shimizu Corporation, 2022. [Online]. Available: https://www.shimz.co.jp/company/about/news-release/2022/2022017.html. [Accessed: Sept. 20, 2025].

[5] Shimizu Corporation, “News Release: Verification of Carbon Negative Concrete in Actual Construction,” Shimizu Corporation, 2024. [Online]. Available: https://www.shimz.co.jp/company/about/news-release/2024/2024044.html. [Accessed: Sept. 20, 2025].

[6] World Construction Today, “Shimizu Corporation develops carbon-negative resin concrete applied for the first time in Fukuoka City Road Project,” World Construction Today. [Online]. Available: https://www.worldconstructiontoday.com/news/shimizu-corporation-develops-carbon-negative-resin-concrete-applied-for-the-first-time-in-fukuoka-city-road-project/. [Accessed: Sept. 20, 2025].

• Share
• Facebook
• twitter
• linkedin
• pinterest