Thế giới tìm nguồn thay thế cát ra sao?

Tuần qua, lại thêm một buổi làm việc giữa Chính phủ và lãnh đạo các bộ ngành với UBND các tỉnh, thành phố phía Nam được tổ chức tại tỉnh Bến Tre nhằm tìm cách tháo gỡ tình trạng thiếu cát cho các dự án cao tốc đang thi công ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. Vấn đề thiếu cát ngày càng không dễ giải quyết đối với Việt Nam, vậy trên thế giới thì sao?

Nguồn cát truyền thống ở ĐBSCL khai thác từ sông Tiền, sông Hậu giờ đang thiếu hụt vì nguy cơ gây sạt lở gia tăng. Ảnh: H.P

Chương trình Môi trường Liên hiệp quốc (UNEP) khuyến nghị chính phủ các nước cùng phối hợp xây dựng một bộ quy tắc chung về quản lý khai thác cát tự nhiên. Bộ quy tắc này sẽ giúp kiểm soát tốt hơn việc khai thác nguồn tài nguyên sắp cạn kiệt này, cũng như đối phó hiệu quả hơn với nạn khai thác trộm cát trên toàn thế giới.

Theo UNEP, nếu không có sự phối hợp chặt chẽ giữa các quốc gia để tăng cường kiểm soát việc khai thác và tiêu thụ cát, ban hành những biện pháp khuyến khích việc tái chế phế liệu xây dựng và nghiên cứu vật liệu thay thế, e rằng vấn nạn khan hiếm cát sẽ ngày càng trầm trọng trong tương lai.

Nhu cầu cát tăng vọt trên toàn cầu

Cát xếp hàng thứ hai, chỉ sau nước trong nhóm các tài nguyên thiên nhiên con người tiêu thụ nhiều nhất, là vật liệu con người khai thác nhiều nhất, hơn cả dầu mỏ.

Khan hiếm cát xây dựng cũng là nguyên nhân làm giá nhà cửa ở các nước ngày càng tăng trong hai thập niên qua, vì giá cát thế giới đã tăng gấp 6 lần. Theo Statista, giá cát ở Mỹ năm 2022 bình quân là 11 đô la/tấn. Giá cát ở các nước năm 2023 từ 10-50 đô la/tấn, giá cát dùng cho xây dựng ở Ấn Độ là 7 đô la/tấn.

Trong hai thập niên qua, với sự tăng trưởng của kinh tế toàn cầu, đô thị hóa, tăng dân số và biến đổi khí hậu làm nhu cầu tiêu thụ cát hàng năm của thế giới cũng tăng theo, lên đến 50 tỉ tấn, tăng gấp 3 lần so với các thập niên cuối thế kỷ 20.

Các nước khu vực châu Á – Thái Bình Dương là nơi có hoạt động khai thác cát mạnh mẽ nhất, kế đến là châu Âu và Bắc Mỹ. Khai thác cát là một trong những ngành công nghiệp có giá trị thương mại cao nhất thế giới với 151 tỉ đô la Mỹ năm 2022 và sẽ tăng lên 326 tỉ đô la vào 2030.

Trong các quốc gia tiêu thụ nhiều cát nhất thế giới thì Trung Quốc dẫn đầu do nhu cầu đô thị hóa và kinh doanh địa ốc. Chỉ từ năm 2011-2013, Trung Quốc đã tiêu thụ một lượng bê tông xây dựng lớn hơn toàn bộ khối lượng bê tông nước Mỹ tiêu thụ trong cả thế kỷ 20.

Không chỉ Trung Quốc là nước tiêu thụ nhiều cát, Singapore và Các tiểu Vương quốc Ảrập Thống nhất (UAE) cũng đã ngốn một khối lượng cát khổng lồ cho các dự án xây dựng của họ.

UAE đã dùng đến 185 triệu ki lô mét khối cát để xây dựng các đảo nhân tạo phục vụ du lịch. Nguồn cát ở vùng đáy biển ngoài khơi UAE hầu như đã bị khai thác cạn kiệt, đến mức họ phải nhập khẩu cát từ nước Úc xa xôi để phục vụ cho nhu cầu xây dựng đảo nhân tạo.

Trong giai đoạn 1985-2015, con người dùng cát để bồi đắp tạo nên những vùng đất nhân tạo có diện tích lên đến 13.500 ki lô mét vuông, bằng diện tích của đảo quốc Puerto Rico.

Rất ít loại cát dùng được trong xây dựng

Nhưng, không phải là bất kỳ loại cát nào cũng dùng được vào xây dựng. Nguồn cát sa mạc tuy rất lớn nhưng không thể dùng vào xây dựng (trộn vữa xây, đổ bê tông) do kết cấu hạt quá nhỏ và mịn, trơn nhẵn, độ cứng thấp và sức liên kết với xi măng rất kém. Chúng cũng không thể dùng để san lấp nên coi như vô dụng.

Còn cát biển cũng chỉ dùng vào việc san lấp vì hạt mịn và tròn, sức chịu lực thấp, lại chứa nhiều muối chloride và tạp chất hữu cơ. Muối sẽ ăn mòn các cốt thép và làm biến đổi thành phần hóa học của bê tông, còn các tạp chất hữu cơ sẽ làm các thành phần vật liệu không liên kết được với nhau.

Những yếu tố trên sẽ làm suy yếu kết cấu của kiến trúc. Nếu dùng vào xây dựng thì phải rây lọc để tuyển chọn những hạt có kích cỡ đạt yêu cầu, xử lý khử mặn và loại bỏ tạp chất, phải tốn rất nhiều chi phí và thời gian làm giá thành xây dựng tăng cao nên cũng không đáp ứng nhu cầu.

Có loại cát silica thiên nhiên thì khá đắt tiền, đa số dùng trong một số lĩnh vực sản xuất nhất định: làm chất độn trong sơn, chất phủ và trong các ngành công nghiệp hóa chất khác. Nó cũng là nguyên liệu chính để đúc nhựa epoxy, vật liệu niêm phong điện tử, vật liệu đúc khuôn, chống cháy, gốm sứ và các ngành công nghiệp thủy tinh. Loại cát này chỉ dùng trong một số vật liệu xây dựng để tăng độ bền và ổn định kết cấu, không thể dùng để trộn vữa hay đổ bê tông như cát thường.

Loại cát duy nhất trong tự nhiên thích hợp cho xây dựng là cát kết. Đây là loại cát chỉ tìm thấy ở các mỏ cát thiên nhiên như cát núi (cát vàng) Biên Hòa, dưới đáy sông hồ như cát ở sông Tiền, sông Hậu vùng đồng bằng sông Cửu Long và ở một số bãi biển nhất định.

Các nghiên cứu của Tổ chức quốc tế Water Integrity Network cho thấy từ 2008 đến nay, 90% các bãi biển trên thế giới đã bị “thu hẹp” lại đến 40 mét do việc khai thác quá mức cát ở vùng đáy biển gần bờ. Khoảng 70% các bãi biển tuyệt đẹp ở nhiều quốc gia sẽ biến mất vào năm 2100 do sạt lở.

Dù rằng các nhà khoa học đã lên tiếng cảnh báo, nhưng tình trạng khai thác cát bừa bãi đã làm tuyệt chủng loài cá heo không vây rất quý hiếm sống ở vùng hồ Bá Dương, tỉnh Giang Tây, Trung Quốc. Loài cá sấu gharial sống ở vùng sông hồ Ấn Độ cũng đang có nguy cơ tuyệt chủng vì nạn khai thác cát bừa bãi.

Trên quy mô toàn cầu, các nhà nghiên cứu kinh tế dự báo đến năm 2050 sẽ có 68% dân số thế giới sống ở vùng đô thị. Điều này sẽ làm cho nhu cầu cát dùng cho xây dựng tăng lên 45% vào năm 2050, trong khi nguồn cung không theo kịp sẽ tạo nên sự thiếu hụt cát trầm trọng khắp toàn cầu.

Loại vật liệu nào có thể thay thế cát?

Trước mắt thì chưa có loại vật liệu nhân tạo nào có thể thay thế hoàn toàn cát trong xây dựng và công nghiệp. Các nhà khoa học Mỹ và các nước châu Âu đang nghiên cứu giải pháp kết hợp xi măng với các loại như vật liệu nhựa tổng hợp, vảy đồng và các kim loại màu (thải ra từ quá trình gia công chế biến kim loại), xỉ lò cao, để sản xuất bê tông. Kết quả bước đầu cho thấy bê tông loại này có chất lượng cao hơn so với bê tông dùng cát truyền thống.

Hàng năm, chỉ riêng vảy đồng, ngành công nghiệp thế giới đã thải bỏ 33 triệu tấn phế liệu này, nếu đưa vào sản xuất bê tông (với tỷ lệ 50% vảy + 50% cát) sẽ tiết kiệm đáng kể lượng cát sử dụng. Tuy còn một số vấn đề kỹ thuật phải giải quyết trước khi đưa ra áp dụng rộng rãi vào sản xuất, nhưng đây là những giải pháp có tính khả thi cao, hiệu quả kinh tế tốt và góp phần giải quyết vấn nạn khan hiếm cát trong tương lai.

Một giải pháp khác đang được nghiên cứu là dùng phế liệu thủy tinh (chai lọ, kính) nghiền mịn để dùng vào sản xuất công nghiệp, làm vật liệu bồi đắp các bãi biển bị sụt lở. Nếu thành công, giải pháp này sẽ giúp tiết kiệm hàng tỉ tấn cát tự nhiên.

Hiện nay, ngành vật liệu xây dựng thế giới đang tăng gia sản xuất cát nghiền công nghiệp – còn gọi là cát tổng hợp (synthetic sand) – được nghiền ra từ đá granite, đá basalt và từ phế liệu bê tông của các công trình xây dựng bị phá dỡ.

Xét về chất lượng, đây là loại cát tốt nhất để sản xuất bê tông với các ưu điểm: kích cỡ hạt đồng nhất, cường độ chịu lực và độ liên kết với xi măng rất cao, rất ít tạp chất và bụi nên không phải rây sàng trước khi dùng như cát tự nhiên. Nhược điểm của loại cát công nghiệp này là có giá thành cao hơn so với cát tự nhiên.

Các quốc gia châu Âu đang tích cực thúc đẩy việc tái chế phế liệu bê tông dùng vào xây dựng thay cho cát. Có đến 28% vật liệu xây dựng ở Anh hiện nay là làm từ phế liệu tái chế.

Singapore cũng đang nhờ Hà Lan hỗ trợ trong khâu xây dựng đê ngăn biển để mở rộng diện tích mà không cần dùng quá nhiều cát như hiện nay.

Chính phủ một số nước phát triển đã áp dụng các biện pháp nâng thuế suất cao hơn đối với khai thác cát tự nhiên, giới hạn sản lượng bê tông để hạn chế tiêu thụ nguồn tài nguyên này. Điều này cũng đồng thời kích thích ngành sản xuất cát công nghiệp vì giá cả sẽ không còn chênh lệch lớn với cát tự nhiên.

Theo Đồng Lộc – Báo Kinh tế Sài Gòn