Bằng cách nung nhựa ở 900°C trong môi trường không có oxy, các nhà khoa học phân hủy polymer thành hydrocarbon và tạo ra dầu sinh học với hiệu suất lên đến 66% mà không cần chất xúc tác. Thiết kế lò phản ứng cột carbon in 3D và ứng dụng vải carbon linh hoạt mở ra triển vọng hạ chi phí và tối ưu quy mô sản xuất nhiên liệu bền vững từ rác thải nhựa.
Điểm nổi bật:
- Nhựa đang phủ khắp hành tinh và các nhà khoa học đang nung nóng nhựa ở nhiệt độ rất cao để chuyển nó thành nguồn nhiên liệu có thể sử dụng.
- Quá trình hiện tại vẫn chưa đủ hiệu quả để khả thi ở quy mô lớn, nhưng nghiên cứu mới của Đại học Yale cho thấy phương pháp tiềm năng.
- Nếu khắc phục được các thách thức, nhiên liệu “sinh học” từ nhựa có thể bổ sung hoặc thay thế nhiên liệu hóa thạch trong tương lai.
Dưới đây là những nội dung chính bạn sẽ tìm hiểu trong bài viết này:
- Nhựa đang phủ khắp hành tinh và các nhà khoa học đang nung nóng nhựa ở nhiệt độ rất cao để chuyển nó thành nguồn nhiên liệu có thể sử dụng.
- Quá trình hiện tại vẫn chưa đủ hiệu quả để khả thi ở quy mô lớn. Lần đầu tiên, các nhà khoa học tìm ra phương pháp đầy hứa hẹn để tạo ra nhiên liệu này.
- Nếu có thể vượt qua các trở ngại hiện tại, sản xuất quy mô lớn “dầu sinh học” có thể bổ sung hoặc thậm chí thay thế nhiên liệu hóa thạch trong tương lai, các nhà khoa học hy vọng.
Khi chúng ta nói “nhựa xuất hiện ở khắp mọi nơi,” đó không phải là lời phóng đại.
Cách đây gần 30 năm, một thiết bị ROV dưới nước của Nhật Bản đã phát hiện một túi nhựa trôi nổi ở độ sâu của rãnh Mariana, điểm sâu nhất trong toàn bộ đại dương thế giới. Sản phẩm có nguồn gốc từ dầu mỏ này giờ đã trở thành tảng đá trầm tích mới được gọi là plastistone. Và bộ não người trưởng thành trung bình có thể chứa đến một thìa vi hạt nhựa. Nhân loại đang phải đối mặt với một thách thức toàn cầu đến mức Liên Hợp Quốc đang phát triển một hiệp ước về nhựa.
Chuyển nhựa thành dầu sinh học
Do thất bại trong kiểm soát sự gia tăng của mối đe dọa từ nhựa, một số nhà khoa học và ngành sản xuất dầu mỏ, nhựa đã chuyển sang phương pháp gây tranh cãi: chuyển nhựa trở lại thành dầu có thể sử dụng. Nếu được triển khai hiệu quả ở quy mô lớn, “dầu sinh học” từ nhựa có thể trực tiếp cấp nhiên liệu cho các công nghệ tiêu thụ nhiều năng lượng như nồi hơi, lò nung và tua-bin, cũng như diesel cho xe tải, tàu hỏa và tàu biển. Đây là một nỗ lực toàn cầu, và các nhà nghiên cứu hy vọng quy trình mới sẽ đáp ứng nhiều nhu cầu dựa trên dầu mỏ và khuyến khích giảm lệ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đang gây hại cho môi trường. Tuy nhiên, phương pháp hiện tại vẫn còn kém hiệu quả và chưa được chứng minh ở quy mô lớn.
Phương pháp mới của Yale
Gần đây, các nhà nghiên cứu từ Đại học Yale có thể đã làm giảm đáng kể sự kém hiệu quả đó. Họ thử nghiệm thành công một cách tiếp cận mới để sản xuất nhiều dầu sinh học hơn với chi phí thấp hơn. Phương pháp này cho thấy triển vọng mở rộng quy mô sản xuất trong tương lai, bước quan trọng để biến rác thải nhựa thành nguồn năng lượng khả thi.
Phương pháp chính bắt đầu với quá trình pyrolysis, nung vật liệu ở nhiệt độ 900°C trong môi trường không có oxy. Ở nhiệt độ này, các chuỗi polymer của nhựa sẽ phân hủy thành các phân tử hydrocarbon – hợp chất hữu cơ chủ yếu gồm nguyên tử cacbon và hydro, cơ sở để tạo ra năng lượng nhiên liệu. Kết quả thường biến khoảng 60% nhựa thành dầu sinh học.
Trong nhiều phương pháp, người ta thường sử dụng chất xúc tác như zeolite để tăng hiệu suất. Tuy nhiên, nghiên cứu của Yale đã tìm ra cách nâng tỷ lệ thu hồi lên khoảng 66% mà không cần chất xúc tác. Theo kỹ sư vật liệu Liangbing Hu, Ph.D., chất xúc tác rất đắt và có vòng đời giới hạn, nên loại bỏ chúng có thể tiết kiệm đáng kể chi phí.
Đột phá quan trọng nằm ở việc thiết kế một lò phản ứng cột carbon in 3D ba phân đoạn, mỗi phân đoạn có kích thước lỗ khác nhau (1 mm, 500 μm và 200 nm). Khi hỗn hợp hóa chất đi qua, kích thước lỗ khác nhau kiểm soát tiến trình phản ứng hiệu quả. Để mở rộng quy mô, nhóm nghiên cứu tiếp tục thử nghiệm lò phản ứng bằng vải carbon – vật liệu linh hoạt, chịu nhiệt cao và sẵn có. Dù chưa xác định kích thước lỗ tối ưu, họ vẫn đạt hiệu suất lên khoảng 56%, cho thấy tiềm năng cải thiện về bền vững và hiệu quả.
Thách thức và triển vọng
Dù nâng cao hiệu suất và giảm chi phí là quan trọng, mở rộng quy mô còn gặp nhiều thách thức khác. Đầu tiên là lượng năng lượng khổng lồ hiện tại cần cho công nghệ này, kéo theo lượng CO₂ và sản phẩm phụ thải ra môi trường. Một số chuyên gia trao đổi với tổ chức ProPublica còn cho rằng khái niệm pyrolysis chỉ là “câu chuyện cổ tích” do các công ty dầu mỏ và sản xuất nhựa thổi phồng để duy trì lợi ích từ nhiên liệu hóa thạch. Ít nhất trong tương lai gần, pyrolysis không phải là giải pháp toàn diện cho khủng hoảng nhựa toàn cầu.
Tuy nhiên, với sự tiếp tục đổi mới như nhóm của Hu, một ngày nào đó “câu chuyện cổ tích” này có thể trở thành giải pháp thực sự cho cuộc khủng hoảng nhựa ngày càng trầm trọng. Trong khi sản lượng nhựa dùng một lần vẫn tăng kỷ lục, rõ ràng loại nhựa tốt nhất vẫn là loại không bao giờ được sản xuất ngay từ đầu.
Góc nhìn ứng dụng tại Việt Nam
Việt Nam đang phải đối mặt với ô nhiễm nhựa ngày càng gia tăng, đặc biệt ở khu vực sông ngòi và ven biển.
Việc áp dụng công nghệ pyrolysis tiên tiến kết hợp lò phản ứng cột carbon in 3D có thể mang lại cơ hội chuyển đổi rác thải thành năng lượng địa phương, giảm áp lực xử lý và đốt bỏ nhựa.
Tuy nhiên, cần lưu ý đến lượng năng lượng tiêu thụ và chi phí đầu tư cho thiết bị, cũng như việc phát thải CO₂ trong quá trình vận hành.
Việc hợp tác với các viện nghiên cứu và doanh nghiệp sẽ giúp đánh giá thực tế, điều chỉnh quy mô phù hợp với điều kiện cơ sở hạ tầng Việt Nam.
Nếu thành công, công nghệ này không chỉ góp phần giảm thiểu chất thải nhựa mà còn thúc đẩy phát triển năng lượng tái tạo và kinh tế tuần hoàn tại Việt Nam.
