‘Kích điện’ cát để ngăn xói mòn bờ biển

Biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng cao đang tàn phá nhiều khu vực duyên hải trên toàn cầu. Xói mòn trở thành mối đe dọa thường trực phá hoại bờ biển, làm hỏng cơ sở hạ tầng, gây thiệt hại hàng tỉ USD mỗi năm. Không ít nghiên cứu dự đoán gần 26% bãi biển trên thế giới có thể biến mất vào cuối thế kỷ này.

Để giải quyết vấn đề trên, Đại học Northwestern phát triển một giải pháp bền vững mới lấy cảm hứng từ quá trình tạo vỏ của loài trai sò. Họ tin tưởng đây sẽ là giải pháp gia cố bờ biển dài hạn, chi phí phải chăng và thân thiện với môi trường.

Cách thức hoạt động

Trai sò sử dụng khoáng chất hòa tan trong nước biển để tạo thành lớp vỏ cứng. Tương tự như vậy, nhóm nghiên cứu cũng muốn dùng số khoáng chất sẵn có này cho ra đời xi măng tự nhiên giữa cát biển với nhau, nhờ năng lượng điện kích hoạt quá trình chuyển đổi.

Nước biển vốn giàu ion cùng khoáng chất hòa tan, dòng điện vừa phải (khoảng 2 đến 3 volt) có thể gây ra phản ứng hóa học. Điện sẽ biến một số thành phần trong nước thành canxi cacbonat rắn, giống loại vật liệu tạo nên vỏ của động vật thân mềm. Với điện áp cao hơn 4 volt, chất tạo ra có thể là magie hydroxit và hydromagnesit phổ biến trong đá. Tất cả kết hợp giúp liên kết các hạt cát.

Như vậy cát không còn ở dạng hạt rời mà chuyển sang dạng rắn như đá không dịch chuyển, hình thành “bức tường” bảo vệ bờ biển lẫn hạ tầng duyên hải hàng chục năm.

Nhóm chứng minh được rằng giải pháp của họ hiệu quả với nhiều loại cát khác nhau, từ cát silic, cát vôi thông thường đến cát sắt. Giáo sư điện hóa Alessandro Rotta Loria (Đại học Northwestern) đảm bảo cách thức kích điện không gây hại cho sinh vật biển vì điện áp thấp đến mức chẳng cảm nhận được.

“Chỉ cần điều chỉnh điện áp là ta có thể giảm thiểu tác động đến môi trường. Đáng chú ý hơn, giải pháp dùng cùng một quá trình khoáng hóa với hoạt động nuôi san hô nhân tạo ở nhiều vùng biển trên thế giới vài chục năm qua”, theo ông Loria. Đặc biệt quá trình này có thể đảo ngược.

Cách tiếp cận sáng tạo của Đại học Northwestern cung cấp lựa chọn bền vững và tiết kiệm chi phí hơn loạt giải pháp truyền thống như xây tường chắn biển hay bơm xi măng xuống đất. Ước tính chi phí kích điện 1 mét khối đất chỉ khoảng 3 - 6 USD.

Nhóm đang phát triển vài công nghệ cho phép triển khai giải pháp kích điện trên quy mô lớn, chẳng hạn dùng vải địa kỹ thuật dẫn điện. Sắp tới họ cũng cần làm rõ một số vấn đề khoa học cơ bản liên quan đến giải pháp.