Ảnh minh họa: AI

Xỉ thép là sản phẩm phụ phát sinh trong quá trình sản xuất thép từ quặng sắt hoặc thép phế liệu. Vật liệu này chứa silicon dioxide và nhiều oxit kim loại, có độ bền cao và cấu trúc góc cạnh, phù hợp để sử dụng trong xây dựng đường.

Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Communications Earth & Environment, các nhà khoa học đã phân tích và đánh giá khả năng sử dụng xỉ thép để tạo ra hỗn hợp nhựa đường epoxy xỉ thép (SEAM). Đây là vật liệu được thiết kế với khả năng chịu mài mòn và biến dạng tốt hơn so với mặt đường nhựa truyền thống.

Nhóm nghiên cứu xây dựng mô hình với ba loại SEAM chứa 20%, 35% và 50% epoxy. Mặt đường truyền thống và loại SEAM chứa 20% epoxy được giả định có tuổi thọ khoảng 6 năm. Trong khi đó, tuổi thọ của loại chứa 35% epoxy có thể đạt khoảng 15 năm và loại 50% epoxy khoảng 20 năm.

Theo mô hình nghiên cứu, mặt đường SEAM có chi phí xây dựng và lượng phát thải ban đầu cao hơn. Vật liệu này cũng tạo ra nhiều bụi mịn hơn trong giai đoạn đầu. Tuy nhiên, nhờ độ bền cao, SEAM ít phải sửa chữa và thay mới hơn, từ đó giảm các tác động phát sinh trong suốt vòng đời công trình.

Tình trạng mặt đường xuống cấp không chỉ làm tăng nhu cầu sửa chữa mà còn khiến phương tiện tiêu tốn nhiều nhiên liệu hơn khi lưu thông. Vì vậy, một mặt đường bền hơn có thể giúp giảm tiêu thụ xăng, dầu diesel, hao mòn phương tiện và lượng khí thải từ giao thông.

Trong các kịch bản mô phỏng, khoảng 95% lượng khí thải và 60% chi phí trong toàn bộ vòng đời đường đến từ giai đoạn sử dụng. Do đó, lợi thế về tuổi thọ của SEAM có thể bù đắp phần phát thải và chi phí cao hơn trong quá trình xây dựng.

Nhóm nghiên cứu xác định loại SEAM chứa khoảng 35% epoxy là phương án cân bằng nhất. Việc tăng tỷ lệ epoxy giúp kéo dài tuổi thọ mặt đường, nhưng khi vượt khoảng 35%, lợi ích môi trường tăng thêm không còn đáng kể trong khi chi phí tiếp tục tăng.

Các nhà khoa học sau đó mở rộng mô hình trên quy mô mạng lưới đường đô thị của Trung Quốc. Họ xem xét các kịch bản thay thế 25%, 50%, 75% và 100% mặt đường nhựa hiện có bằng SEAM.

Trong kịch bản thay thế toàn bộ, mô hình ước tính có thể giảm khoảng 1,74 tỷ tấn khí thải CO2 tương đương và 1,23 tỷ kg bụi mịn PM2.5 trong thời gian đánh giá.

PM2.5 là các hạt bụi có đường kính rất nhỏ, có thể đi sâu vào hệ hô hấp và liên quan đến nhiều bệnh lý nghiêm trọng. Dựa trên mô hình về mối liên hệ giữa phơi nhiễm PM2.5 và nguy cơ tử vong, các nhà nghiên cứu ước tính việc giảm ô nhiễm có thể giúp tránh nhiều ca tử vong sớm, tùy theo mức độ thay thế mặt đường.

Về kinh tế, việc sử dụng SEAM trên quy mô lớn có thể mang lại khoản tiết kiệm ước tính từ 3,48 đến 15,01 nghìn tỷ nhân dân tệ, tương đương khoảng 519 tỷ đến 2,24 nghìn tỷ USD.

Các nhà khoa học cho rằng mô hình này có thể được áp dụng tại những quốc gia đang đô thị hóa nhanh và có ngành công nghiệp thép lớn, như Ấn Độ và một số nước Đông Nam Á, châu Phi. Những nơi này vừa tạo ra lượng xỉ thép đáng kể, vừa có nhu cầu phát triển hạ tầng giao thông ngày càng cao.

Tuy nhiên, việc triển khai SEAM trên diện rộng vẫn còn một số hạn chế. Xỉ thép không được sản xuất đồng đều ở mọi khu vực, vì vậy việc vận chuyển giữa các tỉnh có thể làm tăng lượng phát thải. Bên cạnh đó, một trong những nhược điểm lớn nhất là loại mặt đường mới này đòi hỏi khoảng 7 ngày bảo dưỡng trước khi có thể cho xe cộ lưu thông.

Dù còn nhiều thách thức, việc tận dụng một phụ phẩm của ngành thép đã cho thấy khả năng giải quyết đồng thời các vấn đề chất thải công nghiệp, giảm tác động môi trường và kéo dài tuổi thọ hạ tầng giao thông.