Nhóm nghiên cứu tại Đại học Northwestern (Mỹ) giới thiệu quy trình tái chế nhựa hóa học mới trên tạp chí Nature ngày 2/9, giúp giảm đáng kể, thậm chí bỏ qua hoạt động phân loại rác nhựa tốn nhiều công sức.
Quy trình này sử dụng organonickel, chất xúc tác gốc nickel có khả năng phân hủy chọn lọc polyolefin. Đây là một họ nhựa nhiệt dẻo, gồm nhựa polyethylene (PE) và polypropylene (PP), hai loại chiếm gần hai phần ba lượng nhựa toàn cầu. Chúng được ứng dụng trong sản xuất túi nilon, màng bọc thực phẩm, bình sữa, hộp sữa chua, chai nước sốt.
“Những loại này có tuổi thọ rất ngắn, chủ yếu được dùng một lần. Nếu không tìm ra phương pháp tái chế hiệu quả, chúng sẽ nằm lại ở bãi chôn lấp, tồn tại hàng thập kỷ trước khi phân rã thành các hạt vi nhựa có hại”, Yosi Kratish, đồng tác giả nghiên cứu, nói.
Hoạt động phân loại nhựa tại một nhà máy tái chế nhựa gần Nairobi, Kenya, tháng 10/2020. Ảnh: Reuters
Thực tế, polyolefin có tỷ lệ tái chế rất thấp, khoảng 1-10% theo một nghiên cứu năm 2023 trên Nature. Trong khi đó, ngành công nghiệp nhựa sản xuất tới hơn 220 triệu tấn sản phẩm từ vật liệu này mỗi năm.
Một trong những rào cản lớn nhất của ngành là khâu phân loại rác trước tái chế. Hoạt động này đòi hỏi sự tỉ mỉ bởi mỗi loại nhựa có tính chất, nhiệt độ nóng chảy khác nhau, không thể tái chế cùng nhau. Thêm vào đó, việc lẫn tạp chất, ví dụ cặn thức ăn thừa, nhựa khác loại, hoặc vật liệu không phải nhựa có thể gây hỏng toàn bộ lô tái chế.
Công nghệ tái chế hiện nay cũng còn nhiều hạn chế. Phương thức tái chế phổ biến là cơ học, gồm hoạt động cắt vụn, nấu chảy và tạo hạt nhựa chất lượng thấp.
Một giải pháp khác là nung ở nhiệt độ 400-700 độ C, tạo thành hỗn hợp lỏng và khí. Dù thành phẩm tạo ra có giá trị, các nhà khoa học cho rằng cách thức này tiêu tốn nhiều năng lượng.
Giải pháp nhóm nghiên cứu đưa ra là thủy phân, một quy trình sử dụng khí hydro và chất xúc tác gốc nickel (organonickel) để phân hủy nhựa. Hoạt chất này được ví như “dao mổ chuyên dụng”, chủ yếu tìm và cắt liên kết giữa các nguyên tố carbon (C-C), phá vỡ cấu trúc nhựa vốn bền chắc, đồng thời giúp phân hủy chọn lọc nhựa polyolefin khi chúng được trộn lẫn với loại khác.
Khi chất xúc tác phân hủy PE, PP, nhựa rắn giá trị thấp sẽ chuyển thành dầu và sáp lỏng, có thể được tái chế thành các sản phẩm có giá trị cao hơn như chất bôi trơn, nhiên liệu và nến. Bên cạnh khả năng tái sử dụng nhiều lần, chất xúc tác mới này còn có thể phân hủy nhựa bị nhiễm polyvinyl clorua (PVC), một nguyên liệu độc hại khiến các loại khác trở nên “không thể tái chế”.
PVC là loại nhựa cứng, thường được ứng dụng làm đường ống, sàn nhà và thiết bị y tế. Chúng có vẻ ngoài tương tự các loại nhựa khác, nhưng kém ổn định hơn nhiều khi đun nóng. Khi phân hủy, PVC giải phóng khí hydro clorua, có tính ăn mòn cao, làm ngưng hoạt tính của chất xúc tác, gây gián đoạn quá trình tái chế.
Tuy nhiên, với quy trình được các nhà khoa học từ đại học Northwestern đề xuất, việc bị nhiễm PVC lại khiến chất xúc tác hoạt động mạnh hơn trong quá trình tái chế. Theo nghiên cứu, ngay cả khi tỷ lệ trộn lẫn PVC ở mức 25%, các nhà khoa học nhận thấy quy trình này vẫn được cải thiện hiệu suất.
Thực tế, giải pháp thủy phân đã được phát hiện trước đó. Nhưng các quy trình đòi hỏi nhiệt lượng cao cùng chất xúc tác đắt đỏ, chẳng hạn như platinum và palladium, hai vật liệu quý thuộc nhóm bạch kim.
Trong khi đó, nickel vốn dồi dào, giá rẻ và sẵn có trên thị trường. Với chất organonickel, áp suất khí hydro dùng trong quá trình thủy phân chỉ bằng một nửa so với các chất xúc tác gốc nickel khác. Thêm vào đó, lượng hóa chất dùng ít hơn 10 lần, trong khi hoạt tính cao gấp 10.
