Trong asphalt truyền thống, bitum – một dạng dầu thô nặng có nguồn gốc từ dầu mỏ – đóng vai trò là chất kết dính, giữ các cốt liệu như đá và cát liên kết với nhau, đồng thời cho phép mặt đường co giãn dưới tải trọng giao thông. Tuy nhiên, khi nhiệt độ xuống thấp, bitum trở nên giòn và dễ nứt vỡ, dẫn tới hình thành các vết nứt và ổ gà trên mặt đường.

Xuất phát từ hạn chế kỹ thuật này cùng với vấn đề phát thải carbon của bitum, nhóm nghiên cứu do Phó Giáo sư Elham Fini dẫn dắt tại Đại học Bang Arizona đã phối hợp phát triển một giải pháp thay thế dựa trên dầu chiết xuất từ tảo. Các nghiên cứu trước đó cho thấy dầu tảo có thể được xử lý để tạo ra một loại vật liệu tương tự bitum nhưng vẫn giữ được độ linh hoạt ở nhiệt độ thấp.

Trong nghiên cứu mới, nhóm khoa học đã tiến hành đánh giá dầu từ bốn loài tảo khác nhau. Kết quả cho thấy dầu chiết xuất từ một loài vi tảo nước ngọt màu xanh có tên Haematococcus pluvialis thể hiện khả năng chống biến dạng vĩnh viễn dưới tải trọng mô phỏng giao thông tốt nhất, đồng thời có độ bền cao trước các hư hại do độ ẩm gây ra.

Khi đưa chất kết dính từ tảo này vào các mẫu asphalt và tiến hành thử nghiệm trong điều kiện mô phỏng giao thông kết hợp với chu kỳ đóng băng, các mẫu asphalt sinh học cho thấy khả năng phục hồi biến dạng cao hơn tới 70% so với asphalt sử dụng bitum truyền thống. Điều này cho thấy tiềm năng rõ rệt trong việc kéo dài tuổi thọ mặt đường và giảm nhu cầu bảo trì.

Do chi phí sản xuất chất kết dính từ tảo có thể cao hơn bitum, nhóm nghiên cứu cho rằng vật liệu sinh học này nhiều khả năng sẽ được sử dụng để thay thế một phần bitum trong hỗn hợp asphalt, thay vì thay thế hoàn toàn. Tuy vậy, ngay cả việc pha trộn ở tỷ lệ thấp cũng mang lại lợi ích môi trường đáng kể.

Theo các mô hình tính toán, cứ mỗi 1% chất kết dính sinh học từ tảo được bổ sung vào hỗn hợp asphalt thì lượng phát thải carbon ròng có thể giảm khoảng 4,5%. Về lý thuyết, nếu tỷ lệ chất kết dính sinh học đạt khoảng 22%, hỗn hợp asphalt có thể tiến gần trạng thái trung hòa carbon.

Nhóm nghiên cứu nhận định rằng các hợp chất có nguồn gốc từ tảo không chỉ cải thiện khả năng chống ẩm, độ linh hoạt và tính tự phục hồi của asphalt, mà còn góp phần giảm chi phí bảo trì dài hạn. Những đặc tính này đặc biệt phù hợp với các hệ thống giao thông chịu tác động mạnh của biến đổi khí hậu.

Tổng thể, nghiên cứu là kết quả của hợp tác nghiên cứu giữa trường đại học và viện nghiên cứu quốc gia, kết hợp chuyên môn về vật liệu, kỹ thuật giao thông và khoa học môi trường. Sự hợp tác này được kỳ vọng sẽ tạo nền tảng cho các giải pháp mặt đường bền vững hơn, góp phần xây dựng hệ thống hạ tầng giao thông thân thiện với môi trường trong tương lai.