Rác thải nhựa đã có thể tái chế hoàn toàn thành nhựa chất lượng cao

Hệ thống công nghệ có thể quay vòng việc sử dụng nhựa, kết nối tất cả các vật liệu nền tảng carbon có nguồn gốc hóa thạch và sinh học.

Quy trình mới này có thể biến các nhà máy nhựa ngày nay thành các nhà máy tinh chế, tái chế vật liệu phế thải, trong khuôn khổ cơ sở hạ tầng hiện có của họ.

Thực tế là nhựa không bị phân hủy, từ đó mà tích tụ trong hệ sinh thái, trở thành một trong những vấn đề môi trường chính của chúng ta. Nhưng tại Chalmers, một nhóm nghiên cứu do Henrik Thunman, Giáo sư Công nghệ Năng lượng đứng đầu, coi khả năng phục hồi của nhựa là một tài sản. Thực tế là nó không làm giảm khả năng quay vòng sử dụng, tạo ra một giá trị thực sự cho nhựa đã sử dụng, và từ đó tạo một động lực kinh tế để thu thập nó.

“Chúng ta không nên quên rằng nhựa là một vật liệu tuyệt vời, nó mang lại cho chúng ta những sản phẩm mà chúng ta chỉ có thể mơ ước. Vấn đề là nhựa được sản xuất với chi phí thấp như vậy, cho nên nó rẻ hơn khi sản xuất mới từ dầu và khí hóa thạch so với tái sử dụng chất thải nhựa”, Giáo sư Henrik Thunman nói.

Giờ đây, qua việc thử nghiệm thu hồi hóa chất thông qua quá trình cracking nhựa bằng hơi nước, các nhà nghiên cứu đã phát triển một quy trình hiệu quả để biến nhựa đã qua sử dụng thành nhựa có chất lượng như ban đầu.

“Qua việc tìm ra nhiệt độ phù hợp – khoảng 850 ^oC – và tốc độ gia nhiệt, thời gian thực hiện phù hợp, chúng tôi đã có thể chứng minh phương pháp này khi mà chúng tôi tiến hành ở quy mô biến 200 kg rác thải nhựa mỗi giờ thành hỗn hợp khí hữu ích. Sau đó có thể được tái chế ở mức độ phân tử để thành vật liệu nhựa mới có chất lượng trinh tiết”, Henrik Thunman nói.

Chalmers Power Central, cơ sở nghiên cứu tiên tiến tập trung
vào thu hồi carbon và chuyển đổi sinh khối và chất thải.
Người đứng trên nóc nhà là Giáo sư Henrik Thunman.

Các thí nghiệm đã được tiến hành tại cơ sở Chalmers Power Central ở Gothenburg. Chalmers Power Central (CPC) là một cơ sở nghiên cứu tiên tiến tập trung vào thu hồi carbon và chuyển đổi sinh khối và chất thải. Nhà máy điện thu hút các nhà nghiên cứu và ngành công nghiệp từ khắp nơi trên thế giới, những người muốn đóng góp cho một tương lai bền vững.

Trong năm 2015, khoảng 350 triệu tấn chất thải nhựa đã được tạo ra trên toàn thế giới. Tổng cộng, 14% được thu thập để thu hồi vật liệu, trong đó có 8% được tái chế thành nhựa có chất lượng thấp hơn và 2% cho nhựa có chất lượng tương tự như ban đầu, còn khoảng 4% đã bị mất trong quá trình này.

Nhìn chung, khoảng 40% chất thải nhựa toàn cầu trong năm 2015 đã được xử lý sau khi thu gom, mà chủ yếu thông qua đốt để thu hồi năng lượng hoặc giảm thể tích lưu trữ. Việc này đã giải phóng carbon dioxide (CO ₂) vào khí quyển.

Phần còn lại, khoảng 60 % bị chôn lấp. Chỉ có khoảng 1 % bị bỏ mặc và bị rò rỉ vào môi trường tự nhiên. Mặc dù chỉ là một tỷ lệ nhỏ, nhưng là tiêu biểu cho một vấn đề môi trường quan trọng, vì lượng chất thải nhựa rất cao và do sự phân rã tự nhiên của nhựa rất chậm, nó tích lũy theo thời gian. Mô hình hiện tại để tái chế nhựa đang theo hướng gọi là “phân bậc chất thải”. Điều này có nghĩa là nhựa bị làm thoái hóa nhiều lần, xuống chất lượng thấp hơn và thấp hơn trước khi cuối cùng được đốt để phục hồi năng lượng và thải CO ₂ra khí quyển.

“Thay vì điều này, chúng tôi tập trung vào việc thu giữ các nguyên tử carbon từ nhựa và sử dụng chúng để tạo ra nhựa mới có chất lượng như ban đầu, có nghĩa là trở lại đỉnh của hệ thống phân bậc chất thải, tạo ra tính tuần hoàn thực sự”, Giáo sư Henrik Thunman nói.

Ngày nay, các loại nhựa hoàn toàn mới được tạo ra bằng cách phân mảnh thành phần dầu mỏ và gas bằng một thiết bị được gọi là “cracker” trong các nhà máy hóa dầu, từ đó các phân tử đơn giản được tạo ra. Chúng sau đó có thể được kết hợp trong nhiều cấu hình khác nhau, dẫn đến sự đa dạng lớn của nhựa mà chúng ta thấy.

Để làm được tương tự từ nhựa thu thập, các quy trình mới cần được phát triển. Những gì mà các nhà nghiên cứu của Chalmer trình bày là các khía cạnh kỹ thuật làm thế nào một quy trình như vậy có thể được thiết kế và tích hợp vào các nhà máy hóa dầu hiện có, theo hướng hiệu quả về chi phí. Cuối cùng, loại hình phát triển này có thể cho phép chuyển đổi cực kỳ quan trong của các nhà máy hóa dầu ngày nay thành các nhà máy lọc dầu tái chế trong tương lai. Hiện nay các nhà nghiên cứu đang tiếp tục công việc về quá trình này.

“Bây giờ chúng tôi tiếp tục từ các thử nghiệm ban đầu, nhằm chứng minh tính khả thi của quy trình, để tập trung vào phát triển sự hiểu biết chi tiết hơn. Kiến thức này là cần thiết để mở rộng quy trình từ xử lý vài tấn nhựa mỗi ngày lên hàng trăm tấn. Khi đó nó trở nên hấp dẫn về mặt thương mại”, Henrik Thunman nói.

Quá trình này được áp dụng cho tất cả các loại nhựa phát sinh từ hệ thống rác thải của chúng ta, bao gồm cả những loại đã được lưu trữ trong bãi rác hoặc trên biển.

Điều làm cho nó khả thi khi sử dụng nhựa được thu thập và phân loại trong các nhà máy hóa dầu quy mô lớn là một khối lượng vật liệu được thu thập đủ, có nghĩa là về mặt lý thuyết các nhà máy có thể duy trì cùng một sản lượng. Những nhà máy này cần khoảng 1-2 triệu tấn chất thải nhựa được phân loại mỗi năm để chuyển đổi cho phù hợp với mức sản xuất mà họ hiện đang nhận được từ dầu và khí hóa thạch. Tổng lượng chất thải nhựa của Thụy Điển trong năm 2017 là khoảng 1,6 triệu tấn. Chỉ có khoảng 8% trong số đó được tái chế thành nhựa có chất lượng thấp hơn.

Bởi vậy, các nhà nghiên cứu của Chalmer nhìn thấy cơ hội tạo ra việc quay vòng việc sử dụng nhựa trong xã hội, cũng như giải phóng chúng ta khỏi nhu cầu về dầu và khí hóa thạch để sản xuất các loại nhựa chất lượng cao.

“Quay vòng việc sử dụng sẽ làm cho nhựa đã qua sử dụng một giá trị thực sự, và theo đó là động lực kinh tế để thu thập nó ở bất cứ đâu trên trái đất. Đổi lại, điều này sẽ giúp giảm thiểu việc phát thải nhựa vào tự nhiên và tạo ra một thị trường cho việc thu gom nhựa vốn đã gây ô nhiễm môi trường tự nhiên”, Henrik Thunman nói.

Các vật liệu sinh học không còn giá trị sử dụng như Các vật liệu sinh học cuối đời như giấy, gỗ và quần áo cũng có thể được sử dụng làm nguyên liệu thô trong quá trình hóa học. Điều đó có nghĩa là chúng ta cũng giảm dần tỷ lệ nguyên liệu hóa thạch trong nhựa thành phẩm. Chúng ta cũng có thể tạo ra hệ thống không có khí thải nếu CO2 cũng bị giữ lại trong quy trình này. Tầm nhìn này là tạo ra hệ thống quay vòng, bền vững cho các vật liệu có nền tảng carbon.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Vật liệu và Công nghệ bền vững (Sustainable Materials and Technologies). Điều thú vị là cùng đứng tên bài viết ở tạp chí này có một người Việt.