Bê tông GGBS và hiệu ứng Albedo giảm nóng lên toàn cầu

Albedo của một bề mặt là số đo độ phản chiếu của bề mặt đó. Các bề mặt màu đen hấp thụ nhiệt nhiều hơn và phản xạ ánh sáng ít hơn so với các bề mặt màu sáng. Các mặt đen có Albedo thấp hơn các mặt sáng. Năng lượng mặt trời phản chiếu ngược lại ra ngoài không gian và không góp phần làm nóng trái đất.

Xỉ hạt đáy lò cao (GGBS) là sản phẩm phụ của sản xuất gang xám (pig -iron) được tái chế. Sấy khô và nghiền thành bột mịn, GGBS là một chất kết dính thuỷ lực được sử dụng để thay cho xi măng pooc lăng thường trong bê tông. Nó thường thay thế tới 30 - 70% xi măng trên cơ sở khối lượng bằng nhau. GGBS ở dạng bột nghiền có màu trắng. Nó nhạt hơn màu bê tông và làm tăng lượng bức xạ mặt trời phản xạ từ các bề mặt bê tông. Bởi vậy, các vật liệu lát mặt đường và mái làm bằng bê tông GGBS có thể được tận dụng để chống nóng lên của trái đất.

Việc giảm nóng lên của trái đất đạt được do sử dụng các bề mặt sáng hơn được thể hiện thông qua sự giảm bớt lượng CO₂ tương đương. Lượng CO₂ giảm đi dễ dàng định lượng được và có thể đưa vào trong thiết kế xây dựng nhằm giảm thiểu sự tác động của môi trường xây dựng tới nóng lên của trái đất.

Albedo được định nghĩa như một tỷ số phản xạ khuyếch tán đối với bức xạ điện từ chiếu tới. Giá trị Albedo của bề mặt dao động từ 1, ở nơi mà 100% bức xạ tới được phản chiếu, giảm xuống tới 0, nơi mà bức xạ không được phản chiếu và tất cả bức xạ được hấp thụ như nhiệt. Khi bức xạ mặt trời được bề mặt hấp thụ, nó làm tăng nhiệt độ của vật liệu và tái phát ra như bức xạ hồng ngoại(nhiệt). 

Màu của bề mặt càng sáng thì tỷ số Albedo của nó càng cao. Albedo của tuyết mới rơi xấp xỉ bằng 0,9, trong khi đó Albedo của đất đen hay asphalt nằm trong khoảng 0,05 - 0,2.

Albedo của bê tông xi măng pooc lăng thường dao động trong khoảng 0,2 - 0,4. Tuy nhiên, do có màu sáng hơn so với xi măng pooc lăng thường, mà GGBS làm tăng Albedo của bê tông tới giá trị trong khoảng 0,4 - 0,7. Bê tông GGBS có thể phản chiếu bức xạ mặt trời lớn hơn gấp 7 lần so với asphalt mới.

Giá trị Albedo của bề mặt bê tông tốt nhất thu được khi sử dụng tới 70% GGBS.

Các vật liệu màu sáng hơn phản chiếu bức xạ mặt trời nhiều hơn, dẫn tới phát ra lượng nhiệt ít hơn, nghĩa là làm nóng trái đất ít hơn.

Giảm nóng trái đất có thể biểu diễn bằng sự giảm phát thải CO₂ tương đương. Khi Albedo bề mặt tăng lên 0,01, thì lượng CO₂ được giảm bằng 2,55 kg/m² bề mặt. Lượng CO₂ tương đương giảm được so với giá trị bức xạ năng lượng mặt trời chiếu xuống trái đất trung bình bằng 172 W/m².

Lợi ích của hiệu ứng Albedo dễ dàng tích hợp trong thiết kế bền vững, và những hiệu ứng đó đóng vai trò đáng kể trong việc giảm chỉ số cacbon của xây dựng.Hiệu ứng Albedo có thể được tận dụng trong quá trình thiết kế nhằm biến công trình đó trở thành hiệu ứng cacbon âm trong một khoảng thời gian tương đối ngắn. Thiết kế đó góp phần làm giảm bớt nóng trái đất từ năm này qua năm khác, và có hiệu quả tích cực giảm nóng lên của trái đất.

Diện tích mặt đường và mái nhà chiếm tỷ lệ phần trăm cao của diện tích bề mặt đô thị. Đối với 3 thành phố ở Mỹ diện tích này chiếm tới 31% - 41% tổng diện tích thành phố. Có sự chênh lệch đáng kể Albedo của các vật liệu làm đường và mái nhà nói chung, nên việc lựa chọn vật liệu có ảnh hưởng lớn tới sự phát nhiệt và làm nóng khu vực. Bằng việc tiến hành lựa chọn , các kỹ sư, kiến trúc sư và các nhà quy hoạch có thể đạt được giảm đáng kể sự nóng lên của khu vực, và tính được sự giảm đó ra lượng CO₂ tương đương giảm được hàng năm và cho nhiều năm.

Bằng việc sử dụng bê tông GGBS thay cho asphalt trên các bề mặt xây dựng điển hình, thì lượng CO₂ tương đương giảm có thể đạt tới các giá trị trong Bảng 1.

 

* So với bức xạ mặt trời trung bình của trái đất bằng 172 W/m².

Như vậy là việc đưa Albedo vào thiết kế sẽ có ảnh hưởng đáng kể tới sự biến đổi khí hậu của bất kỳ bề mặt nào hoặc của một công trình xây dựng:

- Khi tăng chỉ số Albedo của mái nhà có thể giảm được nhiều hơn phát thải CO₂ hàng năm của mỗi hộ gia đình.

- Đối với một thành phố cỡ trung bình như Philadelphia(với 35% của 370 km² diện tích mặt đường), thì việc sử dụng bê tông GGBS thay cho asphalt sẽ giảm được lượng CO₂ tương đương bằng 17,5 triệu tấn/năm(tpa).

- Với sự tăng chỉ số Albedo của mái nhà trên toàn thế giới lên 0,25 và của mặt đường lên 0,15 thì lượng CO₂ phát thải tương đương giảm đi được 44 tỷ tấn. Tiết kiệm chi phí tiềm ẩn kèm theo sự biến đổi này trên cơ sở chi phí ảnh hưởng tới biến đổi khí hậu bằng 25 USD/tấn CO₂, sẽ bằng 1100 tỷ USD mỗi năm(p.a).

Việc sử dụng bê tông GGBS làm mặt đường thay cho asphalt có hiệu quả bổ sung do giảm được hiệu ứng hòn đảo nhiệt. Hòn đảo nhiệt là một khu đô thị ấm hơn so với các khu vực nông thôn. Nhiệt độ trung bình của một thành phố có 1 triệu dân có thể ấm hơn 1 - 3^oC so với vùng ngoại ô của nó, với sự chênh lệch tới 12^oC vào ban đêm. Hiệu ứng nhiệt đó khiến cho nhu cầu lớn hơn về điều hoà không khí, làm tăng tiêu thụ năng lượng vào mùa hè và kèm theo tăng phát thải khí nhà kính và bụi, cùng với nó là những ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ.

Tuy nhiên, bằng việc tăng Albedo của các bề mặt trong các thành phố, thì hiệu ứng hòn đảo nhiệt sẽ giảm đi, và dẫn đến tiết kiệm được chi phí đáng kể và có lợi cho sức khoẻ. Bằng việc tăng Albedo của 1250 km² mặt đường lên 0,25, thì thành phố Los Angeles có thể tiết kiệm được năng lượng làm mát tới 15 triệu USD mỗi năm(p.a), và giảm được các chi phí liên quan tới sương khói lên tới 76 triệu USD mỗi năm(p.a). Thay đổi mặt đường asphalt sang mặt đường bê tông GGBS có thể tiết kiệm được gấp đôi con số tiết kiệm trên.

Sử dụng mặt đường màu sáng hơn sẽ làm tăng khả năng nhìn vào ban đêm và giảm nhu cầu chiếu sáng, tiết kiệm được cả tiền bạc lẫn năng lượng. Sự chênh lệch độ phản quang giữa mặt đường asphalt và mặt đường bê tông vào ban đêm được minh hoạ bằng hình ảnh rất rõ ràng.

Nói chung, để đạt được khả năng nhìn như nhau, thì mặt đường bê tông cần chiếu sáng ít hơn khoảng 30% so với mặt đường asphalt. Điều đó tiết kiệm được cả năng lượng lẫn chi phí cho các thiết bị chiếu sáng, cũng như tăng thêm độ an toàn của đường.

Ứng dụng hiệu ứng Albedo trong thiết kế có thể tạo ra một công trình trở thành trung hoà cacbon nghĩa là CO₂ được hấp thụ trong một khoảng thời gian tương đối ngắn:

- Một ngôi nhà điển hình có chỉ số hấp thụ cacbon bằng 30 tấn CO₂(giảm xuống từ 40 tấn do sử dụng bê tông xi măng GGBS).

- Tăng chỉ số Albedo của 50 m² diện tích mặt đường ô tô và đi bộ lên 0,5, tiết kiệm được 3,8 tấn/năm CO₂ tương đương.

- Tăng chỉ số Albedo của 55 m² diện tích mái nhà lên 0,1, tiết kiẹm được 0,9 tấn/năm CO₂ tương đương.

- Tổng lượng CO₂ tương đương tiết kiệm được bằng 4,7 tấn/năm.

- Sau 6,4 năm lượng CO₂ hấp thụ được bù đắp, và ngôi nhà trở thành hiệu ứng trung hoà cacbon. Sau đó là hiệu ứng cacbon âm.

Trong việc phủ hỗn hợp 90 ha diện tích, có 20% diện tích bề mặt đường và mái lợp, việc sử dụng 70% GGBS thay cho xi măng pooc lăng thường trong bê tông, sẽ tăng chỉ số Albedo lên 0,3, dẫn tới giảm được lượng CO₂ tương đương bằng 10.000 tấn/năm. Sau 60 năm sử dụng lượng CO₂ tương đương giảm được bằng 600.000 tấn/năm. Lượng CO₂ hấp thụ của mô hình như vậy được tính bằng 190.000 tấn, tức là ngôi nhà sẽ trở thành trung hoà cacbon trong vòng 20 năm.

Do có màu sáng hơn và phản xạ lớn hơn so với asphalt, mà bê tông GGBS phản xạ ánh nắng mặt trời lớn hơn gấp 7 lần vào không gian. Hiệu ứng này có thể giảm được phát thải CO₂ rất đáng kể lên tới hàng tỷ tấn mỗi năm. Ngoài ra, giảm được nhu cầu chiếu sáng nhân tạo lên tới 30%, dẫn đến giảm được nhiều hơn phát thải CO₂ và tiết kiệm năng lượng hơn.

Hiện nay, các chuyên gia xây dựng có thể ứng dụng hiệu ứng Albedo vào thiết kế nhằm giảm nóng lên của khu vực và toàn cầu bằng cách đưa vào qui phạm những vật liệu xây dựng có màu sáng hơn để làm đường và làm mái nhà. Hiện nay, những công trình có thể thiết kế để đạt được chỉ số cacbon trung hoà hoặc âm bằng việc sử dụng bê tông GGBS màu sáng để rải các bề mặt thay cho asphalt./.


Dịch từ World Cement