Bê tông hiện là vật liệu được sản xuất nhiều nhất trên thế giới, với hơn 25 tỷ tấn được sử dụng mỗi năm. Tuy nhiên, quá trình sản xuất bê tông tiêu thụ lượng lớn tài nguyên không tái tạo và đóng góp khoảng 8% tổng lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu. Do đó, việc tìm ra các giải pháp giúp giảm dấu chân môi trường của bê tông đang trở thành ưu tiên lớn của giới nghiên cứu và ngành xây dựng.

Song song với đó, nhu cầu lithium cho pin điện tử và xe điện không phát thải đang tăng nhanh, kéo theo hoạt động khai thác và tinh luyện lithium với quy mô lớn. Quá trình này tạo ra khối lượng lớn chất thải rắn, đặc biệt là phụ phẩm gọi là β-spodumene đã khử lithium (DβS). Trung bình, để sản xuất một tấn lithium hydroxide monohydrate có thể phát sinh từ 7 đến 10 tấn DβS, vốn trước đây chủ yếu bị xử lý như chất thải nguy hại và chôn lấp.

Thông qua hợp tác nghiên cứu với các đơn vị trong ngành khai khoáng, nhóm kỹ sư tại Đại học Flinders đã tiến hành phân tích đặc tính của DβS và phát hiện vật liệu này có tính chất pozzolan, tức có khả năng tham gia phản ứng hóa học giúp tăng cường độ bền và độ đặc chắc của bê tông. Khi được sử dụng làm chất kết dính, DβS giúp bê tông giảm độ thấm, tăng khả năng chống ăn mòn và cải thiện hiệu suất cơ học lâu dài.

Trong nghiên cứu, nhóm đã sử dụng DβS để thay thế một phần tro bay – một phụ phẩm từ quá trình đốt than – trong hỗn hợp geopolymer làm chất kết dính cho bê tông. Kết quả cho thấy khi thay thế 25% lượng tro bay bằng DβS với tỷ lệ dung dịch kiềm hoạt hóa tối ưu, cường độ bê tông tăng khoảng 34% so với hỗn hợp chỉ sử dụng tro bay. Khi tiếp tục điều chỉnh tỷ lệ dung dịch hoạt hóa, mức tăng cường độ có thể đạt tới 74%.

Các kết quả thử nghiệm nén sau 28 ngày dưỡng hộ cho thấy bê tông chứa DβS có cấu trúc bên trong đặc hơn và ổn định hơn, mang lại khả năng chịu lực và độ bền tương đương, thậm chí vượt trội so với bê tông geopolymer truyền thống. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của DβS trong việc thay thế một phần các vật liệu kết dính thông thường.

Nhóm nghiên cứu nhận định rằng việc tái sử dụng DβS trong xây dựng không chỉ giúp giảm lượng chất thải công nghiệp từ khai thác lithium mà còn hạn chế nguy cơ ô nhiễm đất và nước ngầm, đồng thời hỗ trợ mô hình kinh tế tuần hoàn giữa ngành khai khoáng và ngành xây dựng.

Tổng thể, nghiên cứu này là minh chứng rõ nét cho hiệu quả của hợp tác nghiên cứu giữa cơ sở đào tạo – nghiên cứu và ngành công nghiệp khai khoáng, khi Đại học Flinders kết hợp với các đơn vị khai thác lithium để biến chất thải thành tài nguyên có giá trị. Chính sự hợp tác liên khối này đã mở ra hướng đi bền vững cho cả hai lĩnh vực, góp phần giải quyết đồng thời bài toán vật liệu xây dựng và môi trường trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng toàn cầu.