Từ năm 2017, các nhà khoa học Việt Nam đã bắt đầu có những nghiên cứu, phát triển vật liệu aerogel để làm chất hấp phụ và một số ứng dụng trong lĩnh vực siêu tụ điện. Đến năm 2018, hướng nghiên cứu được mở rộng, tập trung vào việc chế tạo aerogel thành vật liệu siêu nhẹ, có khả năng cách âm và cách nhiệt, ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng và công nghiệp.
Aerogel
Trên Cơ sở dữ liệu quốc gia về nhiệm vụ KH&CN, có khá nhiều đề tài nghiên cứu liên quan đến aerogel của các nhà khoa học trong nước. Tuy nhiên, số nghiên cứu, ứng dụng aerogel phục vụ lĩnh vực xây dựng lại khá khiêm tốn, chỉ với hai đề tài, đó là nhiệm vụ KH&CN cấp Tỉnh/Thành phố: “Phát triển công nghệ sản xuất vật liệu aerogel composite từ tro bay định hướng ứng dụng làm vật liệu siêu nhẹ cách âm cách nhiệt” và nhiệm vụ KH&CN cấp quốc gia: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu aerogel tính năng cao từ nanocellulose của xơ dừa và lá dứa nhằm ứng dụng trong thực tiễn”. Cả hai nhiệm vụ KH&CN này đều do Trường Đại học Bách Khoa (Đại học Quốc gia TP.HCM) chủ trì thực hiện.
Tại Cơ sở dữ liệu WIPO Publish của Cục Sở hữu trí tuệ, có 7 sáng chế/GPHI của các chủ đơn trong nước đề cập đến chế tạo vật liệu aerogel ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng được đăng ký bảo hộ, công bố từ năm 2021 đến nay (Bảng 1).
Bảng 1. Sáng chế/GPHI về aerogel đăng ký bảo hộ tại Việt Nam
(Nguồn: CSDL WIPO Publish - Cục Sở hữu trí tuệ)
Có thể thấy, số lượng đăng ký sáng chế/GPHI của các chủ đầu tư trong nước liên quan đến vật liệu aerogel phục vụ lĩnh vực xây dựng còn khá hạn chế, tập trung tại TP.HCM (57,4% từ Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP.HCM và Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM; 42,6% còn lại thuộc về Công ty TNHH Capiworld, cũng đóng trên địa bàn Thành phố).
Dù nghiên cứu về vật liệu aerogel tại Việt Nam vẫn đang ở giai đoạn phát triển ban đầu với số lượng công trình cấp tỉnh trở lên được công bố còn khá khiêm tốn, nhưng các nhà khoa học trong nước đã có nhiều nỗ lực trong tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có để tiết giảm chi phí, nâng cao khả năng ứng dụng aerogel vào thực tiễn, hướng tới mục tiêu phát triển bền vững trong lĩnh vực xây dựng. Một số nghiên cứu điển hình có thể kể đến như sau:
Sản xuất aerogel từ tro bay
Sau 2 năm thực hiện đề tài “Phát triển công nghệ sản xuất vật liệu aerogel composite từ tro bay định hướng ứng dụng làm vật liệu siêu nhẹ, cách âm, cách nhiệt”, các nhà khoa học tại Trường Đại học Bách khoa TP.HCM (Đại học Quốc gia TP.HCM) đã chế tạo và sản xuất thử nghiệm thành công vật liệu aerogel và aerogel composite từ tro bay. Nghiên cứu được Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm thu cuối năm 2021 và giới thiệu đến rộng rãi công chúng tại Hội thảo “Xu hướng công nghệ phát triển vật liệu xây dựng hướng tới giảm thiểu phát thải carbon” do Trung tâm Thông tin và Thống kê KH&CN (CESTI) tổ chức ngày 14/11/2024.
Bằng phương pháp sol-gel giúp chuyển hóa các hạt keo trong hệ sol thành hệ gel, kết hợp sử dụng công nghệ sấy thăng hoa và dung môi xanh, cùng chất kết dính thân thiện với môi trường, các nhà khoa học trong nước đã tạo ra được vật liệu cách nhiệt và cách âm với chi phí sản xuất tro bay aerogel composite (FA aerogel composite) rất thấp, chỉ khoảng 59.000 đồng/m2.
Sơ đồ công nghệ tổng hợp aerogel từ tro bay. (Nguồn: dost.hochiminhcity)
Vật liệu aerogel composite cách nhiệt từ tro bay. (Nguồn: thongke.cesti.gov.vn)
Sản xuất aerogel tính năng cao từ lốp xe thải
Để tận dụng hiệu quả nguồn lốp xe sau khi sử dụng, một loại phế thải khó phân hủy, nhóm Kỹ thuật Quá trình bền vững của Trường Đại học Bách Khoa (Đại học Quốc gia TP.HCM) đã hợp tác với GS. Dương Minh Hải (Đại học Quốc gia Singapore, nguyên là giảng viên của Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP.HCM) để phát triển công nghệ chuyển hóa lốp xe thải thành vật liệu aerogel tính năng cao, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.
Quy trình bao gồm việc nghiền lốp xe thải để thu hồi sợi cao su, sau đó đồng hóa với chất kết dính và tiến hành sấy thăng hoa để tạo ra khối vật liệu aerogel. Nhờ cấu trúc có độ bền và độ dẻo cơ học cao của lốp xe, aerogel tổng hợp từ lốp xe thải có đặc tính linh hoạt, dễ dàng uốn cong và phù hợp cho nhiều ứng dụng. Đặc biệt, aerogel từ lốp xe thải nổi bật với khả năng cách âm vượt trội, tốt hơn vật liệu cách âm thương mại, với hệ số chống ồn lên tới 56%, mở ra tiềm năng ứng dụng lớn trong các ngành xây dựng và công nghệ hiện đại.
Quy trình tạo ra aerogel từ lốp xe thải
Quy trình tạo aerogel từ lốp xe thải không chỉ tận dụng hiệu quả nguồn phế liệu khó phân hủy mà còn góp phần giảm thiểu tác động xấu đến môi trường. Sản phẩm aerogel thu được có thể ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như cách nhiệt, cách âm và lọc không khí.
Sản xuất aerogel từ lá dứa
Ngoài tro trấu và lốp xe, lá dứa cũng là một loại phế phẩm được khai thác để chế tạo vật liệu aerogel. Nhóm nghiên cứu của PGS. Lê Kim Phụng tại Trường Đại học Bách Khoa (Đại học Quốc gia TP.HCM) đã tiến hành nghiên cứu sử dụng lá dứa để sản xuất aerogel. Các nhà nghiên cứu đã tổng hợp cellulose aerogel composite từ sợi lá dứa kết hợp bông cotton thải qua ba giai đoạn chính: phối trộn sợi lá dứa và bông cotton thải, phân tán hỗn hợp sợi lá dứa và sợi cotton với dung dịch rượu polyvinyl; cấp đông và sấy thăng hoa (thay vì sấy ở áp suất khí quyển như các nghiên cứu khác), giúp hạn chế chi phí và rút ngắn thời gian, đồng thời không cần sử dụng dung môi hữu cơ, mà chỉ cần dùng nước. Quy trình này đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp Bằng độc quyền GPHI số 3651, công bố ngày 7/8/2024.
Quy trình tạo ra aerogel từ lá dứa
Sản phẩm aerogel tái tạo từ lá dứa không chỉ sở hữu những đặc tính ưu việt như siêu nhẹ, cách nhiệt, cách âm và lọc không khí, mang lại tiềm năng ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực xây dựng và đời sống, mà còn là một giải pháp thân thiện với môi trường qua việc tận dụng các nguồn chất thải nông nghiệp và góp phần giảm lãng phí tài nguyên, mở ra hướng đi mới trong sản xuất vật liệu bền vững.
Sơn cách nhiệt từ silica aerogel
Phân viện Vật liệu Xây dựng miền Nam đã phát triển thành công quy trình tổng hợp vật liệu silica aerogel từ thủy tinh lỏng để sản xuất sơn cách nhiệt, giúp ngăn cản luồng nhiệt xâm nhập từ bên ngoài, giữ ổn định nhiệt độ bên trong các công trình xây dựng. Sơn từ aerogel silica phù hợp với mọi điều kiện khí hậu, đặc biệt là thời tiết khắc nghiệt, giúp giảm nhiệt độ bên trong tòa nhà so với môi trường bên ngoài ít nhất 3°C. Sản phẩm rất an toàn, thân thiện với môi trường và không gây hại cho sức khỏe con người, đáp ứng xu hướng xanh hóa trong xây dựng hiện đại. Công trình nghiên cứu này của Phân viện Vật liệu Xây dựng miền Nam là một dấu mốc quan trọng, đặt nền tảng cho việc phát triển nghiên cứu và ứng dụng sơn aerogel trong nước.
Sơn cách nhiệt do Phân viện Vật liệu xây dựng miền Nam sản xuất. (Nguồn: khoahocphattrien.vn)
Các nghiên cứu về aerogel phục vụ lĩnh vực xây dựng tại Việt Nam hiện vẫn trong giai đoạn đầu, nhưng những thành tựu gần đây đã khẳng định tiềm năng to lớn của loại vật liệu này. Đáng chú ý, việc các nhà khoa học dần làm chủ công nghệ tổng hợp aerogel từ các loại phế phẩm sản xuất (như tro bay, lốp xe thải, lá dứa,…) không chỉ mở ra hướng đi bền vững trong ngành xây dựng, mà còn hứa hẹn sẽ có thêm nhiều nghiên cứu, ứng dụng aerogel hiệu quả hơn, phục vụ đa dạng các lĩnh vực của nền kinh tế.
Vân Anh
----------------------------------------
Tài liệu tham khảo:
[1] Sản xuất vật liệu cách âm - cách nhiệt "siêu nhẹ" từ phế thải tro bay. https://dost.hochiminhcity.gov.vn/hoat-dong-so-khcn/san-xuat-vat-lieu-cach-am-cach-nhiet-sieu-nhe-tu-phe-thai-tro-bay
[2] Báo cáo tổng quan: Vật liệu xây dựng hướng tới giảm thiểu phát thải carbon. https://thongke.cesti.gov.vn/images/BCPTXHCN/2024_Ky02/2024-BCTC-Cong-nghe-VLXD-giam-phat-thai-carbon.pdf
[3] Ứng dụng của aerogel trong sản xuất vật liệu cách nhiệt. https://cesti.gov.vn/bai-viet/CTDS1/ung-dung-cua-aerogel-trong-san-xuat-vat-lieu-cach-nhiet-
[4] Nghiên cứu thành công sơn cách nhiệt từ silica aerogel. https://khoahocphattrien.vn/thoi-su-trong-nuoc/nghien-cuu-thanh-cong-son-cach-nhiet-tu-silica-aerogel/20180712093049506p882c918.htm
[5] Thông tin về kết quả thực hiện nhiệm vụ KH&CN cấp quốc gia: Nghiên cứu chế tạo vật liệu aerogel tính năng cao từ nanocellulose của xơ dừa và lá dứa nhằm ứng dụng trong thực tiễn; Mã số: ĐTĐL.CN-117/21. https://most.gov.vn/vn/tin-tuc/24983/thong-tin-ve-ket-qua-thuc-hien-nhiem-vu-khcn-cap-quoc-gia--nghien-cuu-che-tao-vat-lieu-aerogel-tinh-nang-cao-tu-nanocellulose-cua-.aspx.