Khi cây vầu có thể trở thành vật liệu kết cấu

Vật liệu này có tên tiếng Anh là bamboo scrimber, hiểu đơn giản là tre được tái cấu trúc ở mật độ cao, ép chặt đến mức gần như không còn khoảng rỗng bên trong. Cây vầu Cao Bằng có làm được như vậy không?

Một số loại bamboo scrimber đã đạt cường độ nén dọc thớ (khả năng chịu lực ép theo chiều sợi tre) khoảng 90 - 104 MPa - đơn vị đo áp lực vật liệu chịu được trên một đơn vị diện tích, dùng phổ biến trong ngành xây dựng. Bê tông thông dụng trong xây dựng dân dụng thường chỉ đạt khoảng 30 - 50 MPa.

Một nghiên cứu ghi nhận bamboo scrimber đạt cường độ nén 91,5 MPa, cường độ kéo (khả năng chịu lực kéo giãn) 158,61 MPa. Một nghiên cứu khác đo được cường độ nén 104,07 MPa, trong khi mẫu bê tông đối chứng trong cùng nghiên cứu chỉ đạt 35,47 MPa.

Theo đúng chiều sợi, loại tre ép đặc này chịu nén mạnh hơn nhiều loại bê tông thông thường vẫn dùng phổ biến.

Nhưng không nên vội kết luận tre "tốt hơn bê tông". Đây là hai vật liệu khác nhau về bản chất. Bê tông chịu lửa tốt hơn, dễ đúc thành nhiều hình dạng và đã có hệ thống tiêu chuẩn xây dựng hoàn chỉnh từ hàng chục năm nay. Tre tái cấu trúc chịu lực rất tốt theo chiều sợi nhưng yếu hơn theo một số chiều khác. Cái đáng nói là một nguyên liệu nông - lâm nghiệp tưởng như bình thường, qua công nghệ, lại trở thành vật liệu kỹ thuật có khả năng chịu lực ở mức đáng kinh ngạc.

Chủ tịch UBND tỉnh Lê Hải Hòa kiểm tra thực địa tình hình triển khai Dự án Nhà máy sản xuất phôi tre ép công nghiệp và các sản phẩm từ tre.

QUY TRÌNH KHÔNG QUÁ PHỨC TẠP

Thân tre được chẻ thành những dải nhỏ. Máy cán làm thân tre tơi ra thành các bó sợi dài nhưng không nghiền thành bột - đó là phần cốt lõi của cả công nghệ này.

Có thể hình dung thân vầu như một bó hàng nghìn sợi nhỏ chạy dọc từ gốc lên ngọn. Từng sợi riêng lẻ vốn nhỏ, nhưng khi được giữ nguyên chiều, sắp xếp lại và liên kết chặt với nhau, chúng tạo thành một khối vật liệu rất khỏe.

Quy trình có thể tóm tắt: cây tre, vầu được chẻ nhỏ, cán thành bó sợi, sấy và xử lý nhiệt, tẩm chất kết dính, xếp các bó sợi cùng chiều, ép rất chặt để tạo thành thanh hoặc tấm vật liệu mới.

Một số công nghệ có bước gọi là carbon hóa - thực chất là xử lý bằng nhiệt hoặc hơi nước ở nhiệt độ cao nhằm giảm đường, tinh bột và độ hút ẩm trong sợi tre, đồng thời tăng độ ổn định, độ bền của vật liệu. Không phải đốt cây vầu thành than rồi ép than lại, như tên gọi dễ khiến người ta hiểu nhầm.

Sau bước này, các bó sợi được tẩm nhựa liên kết và ép dưới áp suất lớn. Khối vật liệu tạo thành có thể đạt mật độ khoảng 1.000 - 1.300 kg/m³, trong khi bê tông thông thường nặng khoảng 2.400 kg/m³. Vật liệu tre tái cấu trúc nhẹ chỉ bằng khoảng một nửa bê tông, trong khi cường độ nén theo chiều sợi của loại tốt lại vượt bê tông thông dụng. Chính sự kết hợp nhẹ mà khỏe này làm nên giá trị của công nghệ.

KHÔNG CÒN CHỈ ĐỂ LÀM SÀN

Ban đầu, bamboo scrimber chủ yếu dùng làm sàn, cầu thang, bàn ghế, cửa, vật liệu ngoài trời, mặt cầu và trang trí kiến trúc. Nhưng Trung Quốc đang đưa vật liệu này sang một hướng khác: dầm, cột và các cấu kiện chịu lực chính của công trình.

Tại Đại học Lâm nghiệp Nam Kinh (Nanjing Forestry University) đã có một cây cầu bằng vật liệu tre kỹ thuật dài khoảng 12 m, trong đó bamboo scrimber được dùng cho hệ mặt cầu.

Các nhà khoa học còn thử kết hợp tre tái cấu trúc, thép và bê tông trong cùng một cấu kiện. Thay vì tranh luận tre hay bê tông tốt hơn, họ lấy ưu điểm của cả ba vật liệu để tạo ra một dạng cấu kiện mới. Trong một chương trình nghiên cứu với 90 cột thử nghiệm và 18 cột đối chứng, một số cấu hình kết hợp bamboo scrimber với ống thép và bê tông đã làm khả năng chịu tải cuối cùng của cột tăng tới 43,9%.

Các nghiên cứu gần đây hơn còn kết hợp bamboo scrimber với UHPC - viết tắt của bê tông siêu tính năng (Ultra-High Performance Concrete), một loại bê tông đặc biệt có cường độ chịu lực cao gấp nhiều lần bê tông thường - nhằm tạo ra dầm vừa nhẹ vừa chịu lực cao. Bamboo scrimber đã đi xa hơn rất nhiều so với hình dung quen thuộc về một loại "ván tre ép".

Doanh nghiệp đầu tư Nhà máy sản xuất phôi tre ép công nghiệp và các sản phẩm từ tre tại xã Bạch Đằng giới thiệu với Chủ tịch UBND tỉnh và đoàn công tác về sản phẩm mẫu gỗ ép từ vầu.

VẦU CAO BẰNG NẰM Ở ĐÂU TRONG CÂU CHUYỆN?

Tre to, thẳng, đẹp không còn là điều kiện bắt buộc để làm công nghệ này. Viện Hàn lâm Lâm nghiệp Trung Quốc (Chinese Academy of Forestry) đã phát triển phương pháp giữ lại các bó sợi dài, nhờ đó tận dụng được cả tre đường kính nhỏ và nguyên liệu trước đây khó sử dụng. Một số công nghệ đã nâng tỷ lệ tận dụng nguyên liệu từ khoảng 50 - 60% lên trên 90%.

Vầu đắng - loài phổ biến nhất ở Cao Bằng - có một đặc điểm thực vật học khác hẳn luồng Thanh Hóa, rất đáng để nghiên cứu tiếp: vầu mọc đơn lẻ, thân thẳng, vách thân dày tới 1 cm, gần như đặc; trong khi luồng mọc thành bụi lớn, thân rỗng, vách mỏng hơn nhiều dù nổi tiếng về độ cứng. Vách thân dày hơn đồng nghĩa với lượng sợi khai thác được trên mỗi cây nhiều hơn. Chưa có nghiên cứu cơ lý nào so sánh trực tiếp cường độ nén, cường độ kéo giữa vầu Cao Bằng và luồng Thanh Hóa - đây vẫn chỉ là một giả thuyết, cần số liệu thực tế mới trả lời được.

Thay vì hỏi "vầu làm được đũa gì, bàn ghế gì, ván gì", có thể đặt một câu hỏi khác: sợi của cây vầu Cao Bằng thực sự khỏe đến đâu, và nếu tái cấu trúc bằng công nghệ hiện đại thì có thể tạo ra vật liệu gì?

CHƯA CẦN NHÀ MÁY LỚN, HÃY ÉP THỬ CÂY VẦU

Cao Bằng không nên bắt đầu bằng một dự án nhà máy quy mô lớn ngay. Việc đầu tiên đơn giản hơn nhiều: mang chính cây vầu Cao Bằng đi thử.

Lấy vầu ở một số vùng khác nhau trong tỉnh, phân loại theo giống, tuổi, đường kính. Sau đó thử chẻ, cán thành bó sợi, xử lý nhiệt, tẩm chất kết dính và ép thành những thanh vật liệu mẫu. Mang các thanh đó đến phòng thí nghiệm độc lập để kiểm định.

Cần trả lời được những câu hỏi cụ thể: chịu kéo được bao nhiêu, chịu nén được bao nhiêu, uốn đến mức nào thì gãy, ngâm nước có trương nở không, mối mọt thế nào, cháy ra sao, dùng ngoài trời được bao lâu, một tấn vầu tạo ra được bao nhiêu sản phẩm, và quan trọng nhất - một mét khối vật liệu làm ra hết bao nhiêu tiền.

Nếu cơ tính chưa đủ cao cho kết cấu chịu lực, vẫn có thể dùng làm sàn, bàn ghế, decking (ván lát sân ngoài trời), cửa, cảnh quan và vật liệu hoàn thiện cao cấp - vẫn là một bước tăng giá trị đáng kể so với bán nguyên liệu thô. Nếu vầu Cao Bằng sau ép đạt ổn định vùng 80 - 100 MPa về cường độ nén dọc thớ, khi đó mới nên tính đến bước tiếp theo: vật liệu vầu dùng cho kết cấu chịu lực. Khoa học phải trả lời câu hỏi này trước khi tính đến đầu tư lớn.

TỪ BÁN CÂY SANG BÁN VẬT LIỆU VÀ BÀI TOÁN THU HÚT NHÀ MÁY

Nếu chặt vầu rồi bán cây, Cao Bằng bán nguyên liệu. Nếu làm đũa, nan, đồ thủ công, Cao Bằng bán sản phẩm sơ chế. Nếu làm sàn, đồ nội thất cao cấp, giá trị tăng thêm một bước. Nhưng nếu từ những bó sợi trong cây vầu có thể tạo ra vật liệu có cơ tính được đo đếm, kiểm định và tiêu chuẩn hóa, Cao Bằng sẽ bán vật liệu kỹ thuật - một chuỗi giá trị hoàn toàn khác.

Thanh Hóa là bài học đáng tham khảo. Từ chỗ luồng chỉ để chống xói mòn, tỉnh này đã thu hút được nhà máy Bamboo King Vina đặt tại Lang Chánh, quy mô 180.000 m² nhà xưởng, xử lý được 500 m³ tre mỗi ngày, sản phẩm đạt tiêu chuẩn xuất khẩu sang Mỹ và châu Âu. Cũng chính vì có nhà máy về tận vùng nguyên liệu, hàng nghìn hộ trồng luồng ở Bá Thước, Lang Chánh, Quan Sơn mới có đầu ra ổn định, thu nhập từ rừng luồng được nâng lên theo từng năm.

Có vùng nguyên liệu tốt mà không có nhà máy chế biến sâu thì giá trị vẫn nằm nguyên ở dạng cây thô, người trồng vầu vẫn bán giá rẻ cho thương lái. Muốn nguồn vầu trở thành sinh kế thực sự cho người dân, tỉnh cần chủ động mời gọi doanh nghiệp chế biến tre công nghệ cao về đầu tư, đi kèm chính sách đất đai, hạ tầng cụm công nghiệp và cơ chế liên kết bao tiêu nguyên liệu cho các hộ trồng vầu, để phần giá trị tăng thêm chảy ngược về đến người dân vùng nguyên liệu, không dừng lại ở nhà máy.

Nhiều địa phương trong tỉnh vẫn duy trì các diện tích trồng vầu, tre.

Năm 2020, lần đầu tiên tại Việt Nam, Viện Nghiên cứu Công nghiệp rừng phối hợp cùng Đại học Lâm nghiệp và Công ty BWG Mai Châu chế tạo thành công vật liệu tre ép khối trong nước, mở ra lựa chọn thay thế cho hàng nhập khẩu vốn trước đó chủ yếu đến từ Trung Quốc - quốc gia hiện chiếm khoảng 59% thị phần tre của khu vực châu Á - Thái Bình Dương và giữ vị trí dẫn đầu thế giới về sản xuất, chế biến, xuất khẩu các sản phẩm từ tre. Khoảng cách công nghệ hoàn toàn có thể rút ngắn, và một khi sản phẩm trong nước đạt chuẩn kiểm định quốc tế, hoàn toàn có cơ sở để cạnh tranh trực tiếp với hàng Trung Quốc trên chính các thị trường khó tính như Mỹ, châu Âu - như cách Bamboo King Vina đã làm được từ nguyên liệu luồng Thanh Hóa.

Vì vậy, chưa cần nói đến một nhà máy quy mô lớn ngay từ đầu. Có thể bắt đầu bằng một việc cụ thể: chọn vài chục cây vầu Cao Bằng, đưa sang một đơn vị đang làm chủ công nghệ bamboo scrimber, ép thành những thanh vật liệu đầu tiên rồi mang đi kiểm định. Song song đó, tỉnh nên chủ động tiếp cận, mời các doanh nghiệp chế biến tre đã có kinh nghiệm - kể cả những đơn vị đang làm luồng ở Thanh Hóa - đến khảo sát vùng nguyên liệu vầu, để nếu kết quả kiểm định khả quan, nhà đầu tư đã có sẵn thông tin và niềm tin để quyết định sớm.

Nếu không đạt yêu cầu kỹ thuật, có thể dừng lại hoặc chuyển hướng ngay, không tốn kém gì nhiều. Nhưng nếu một cây vầu giá trị thấp có thể biến thành vật liệu nhẹ khoảng một nửa bê tông, với cường độ nén theo chiều sợi tiến tới 80  - 100 MPa, thì bài toán của Cao Bằng sẽ thay đổi hẳn. Khi đó, câu hỏi không còn là làm thế nào để bán được nhiều cây vầu hơn, mà là làm thế nào để từ cây vầu hình thành một ngành vật liệu mới có giá trị cao hơn nhiều lần - và quan trọng không kém, làm thế nào để giá trị đó đến được tận tay người dân đang giữ rừng vầu, chứ không dừng lại ở khâu trung gian.

Lê Hải Hòa, Ủy viên dự khuyết Trung ương Đảng, Phó Bí thư Tỉnh ủy, Chủ tịch UBND tỉnh