Triển vọng đột phá trong tái chế rác nhựa

Các nhà hóa học tại Trường Đại học Northwestern (Mỹ) đã phát triển một quy trình mang tính đột phá, có thể đơn giản hóa một trong những thách thức môi trường khó khăn nhất trên thế giới là tái chế nhựa. Trong nghiên cứu mới đây, họ giới thiệu một quy trình tái chế nâng cấp nhựa có thể giúp giảm đáng kể, thậm chí loại bỏ hoàn toàn, công đoạn phân loại rác nhựa hỗn hợp trước khi tái chế vốn rất phức tạp.

Quy trình này sử dụng một chất xúc tác gốc niken giá rẻ mới, có khả năng phân hủy polyolefin - loại nhựa dùng một lần, chiếm gần 2/3 tổng lượng nhựa tiêu thụ toàn cầu. Ông Yosi Kratish, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết: "Gần như mọi thứ trong tủ lạnh của bạn đều được làm từ polyolefin, từ chai gia vị, bình sữa đến màng bọc thực phẩm, túi rác, dao nĩa; hoặc chai đựng mỹ phẩm, khẩu trang y tế… Những loại nhựa này có vòng đời rất ngắn, chủ yếu dùng một lần. Nếu không có cách tái chế hiệu quả, chúng sẽ tồn tại hàng thập kỷ ở các bãi rác trước khi phân hủy thành vi nhựa độc hại".

Hiện tại, việc tái chế polyolefin cực kỳ kém hiệu quả. Tái chế cơ học đòi hỏi phải phân loại cẩn thận, nghiền nát nhựa thành mảnh, sau đó nung chảy và tái chế hạ cấp thành hạt nhựa kém chất lượng. Vì mỗi loại nhựa có tính chất và điểm nóng chảy khác nhau nên nếu không phân loại kỹ, chỉ cần một lượng nhỏ nhựa khác loại, cặn thức ăn hoặc tạp chất cũng có thể làm hỏng cả mẻ và những mẻ hỏng này sẽ bị thải thẳng ra bãi rác.

Trong khi đó, các phương pháp khác tuy có thể phân hủy polyolefin thành hỗn hợp khí và chất lỏng hữu ích nhưng lại cần đốt nóng nhựa ở nhiệt độ cực cao (400-700 độ C), vừa tốn kém vừa tiêu tốn năng lượng khổng lồ. Đó là lý do tại sao tỉ lệ tái chế polyolefin trên toàn cầu vẫn dưới 10%, theo báo cáo năm 2023 trên tạp chí Nature, trong khi ước tính hơn 220 triệu tấn polyolefin được sản xuất mỗi năm.

Theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Chemistry, công nghệ mà các nhà hóa học của Trường Đại học Northwestern phát triển hoạt động như một dao mổ phân tử, nhắm chọn lọc vào các liên kết trong polyolefin phân nhánh trong khi vẫn giữ nguyên cấu trúc. Khi chất xúc tác gốc niken kể trên phân hủy polyolefin, những loại nhựa rắn ít giá trị sẽ biến thành dầu lỏng và sáp, có thể tái chế thành các sản phẩm có giá trị cao hơn, bao gồm chất bôi trơn, nhiên liệu và nến.

Không chỉ có thể tái sử dụng nhiều lần, chất xúc tác mới này còn phân hủy được cả nhựa bị nhiễm PVC (polyvinyl chloride) - một loại polymer độc hại vốn khiến nhựa "không thể tái chế". Tạp chất PVC thường giải phóng khí hydroclorua có độ ăn mòn cao, làm hỏng xúc tác và khiến quá trình tái chế thất bại. Nhưng với chất nêu trên, PVC thậm chí còn tăng tốc hoạt tính của xúc tác.

"Trước giờ, thêm PVC vào hỗn hợp tái chế luôn là điều cấm kỵ nhưng hóa ra nó lại khiến quy trình của chúng tôi tốt hơn" - ông Kratish nhấn mạnh. Theo ông, so với các chất xúc tác niken khác, quy trình này hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn 100°C, áp suất khí hydro chỉ bằng một nửa, lượng chất xúc tác dùng ít hơn 10 lần song hiệu suất cao gấp 10 lần.

Với những ưu điểm kể trên, tác giả chính của nghiên cứu - ông Tobin Marks - tin rằng đột phá này có thể thay đổi hoàn toàn kinh tế tái chế. Nghiên cứu của Đại học Northwestern được hỗ trợ bởi Bộ Năng lượng Mỹ.