Mối nguy toàn cầu

Loài người đã sản xuất 8 tỷ tấn nhựa và con số này đang không ngừng gia tăng. Một nửa số sản phẩm nhựa trở thành rác chỉ trong vòng chưa đầy một năm sau khi rời dây chuyền sản xuất. Đồng thời, hầu hết loại rác này không được tái chế mà đưa vào các bãi chôn lấp, và thoát ra từ đó thường là trong nước thải. Theo cách này, mỗi năm có tới 8 triệu tấn PET - một trong những loại nhựa phổ biến nhất và là yếu tố chính để sản xuất bao bì thực phẩm, đồ uống và sợi tổng hợp - đổ vào đại dương. Dự báo đến năm 2050, rác nhựa trôi nổi trên đại dương còn nhiều hơn cá. Chất thải độc hại xâm nhập vào cơ thể sinh vật biển, và cùng với chúng, các vi hạt nhựa cuối cùng lại đi vào hệ tiêu hóa của con người.

Vấn đề rác thải nhựa có thể được giải quyết phần nào thông qua hạn chế sản xuất. Chẳng hạn, Liên minh châu Âu từ ngày 1/1/2021 cấm sản xuất chén bát nhựa, ống hút đồ uống bằng nhựa dùng một lần. Cho tới nay, hơn 60 quốc gia đã cấm một phần hoặc cấm hoàn toàn bao gói nhựa dùng một lần. Tại nhiều quốc gia, rác thải nhựa được đưa đi tái chế và tái sử dụng; trong lĩnh vực này, Đức, Nhật Bản, Hàn Quốc, Slovenia, Áo và một số nước đã có những thành công lớn. Tuy nhiên, tái chế nhựa rất tốn kém và không phải lúc nào cũng hiệu quả. Trước hết, cần phân loại sơ bộ (bằng biện pháp thủ công) rác thải được thu gom. Rác nhựa sau đó phải được làm sạch và nghiền thành các hạt nhỏ. Công nghệ hiện nay chưa cho phép bảo tồn các đặc tính của nhựa nguyên sinh. Khi tái chế, nhựa chuyển màu vàng hơn, không còn phù hợp để sản xuất bao bì thực phẩm, tức là không thể giữ nguyên giá trị khi tái sử dụng. Các loại nhựa khác nhau đòi hỏi những phương pháp tái chế khác nhau, và đại bộ phận người tiêu dùng chưa sẵn sàng nghĩ xem có thể bỏ bao bì đồ ăn uống vào đâu, khăn giấy đã dùng vào đâu. Ít ai nghĩ đến việc rửa sạch các thùng, hộp nhựa đựng trước khi vứt vào thùng rác. Ở nhiều nước, việc phân loại rác, làm sạch túi/hộp nhựa khỏi các cặn, bã thực phẩm do nhà máy tái chế rác đảm nhiệm, tuy nhiên, phí xử lý rác mà người dân phải chi trả tăng cao đáng kể.

Phương pháp mới để tái chế PET

Năm 2021, các nhà khoa học của IBM đã nghiên cứu và đưa vào thử nghiệm quy trình hóa học xúc tác giúp phân hủy nhựa polyester tổng hợp thành bột - một nguyên liệu thô chế sẵn để sản xuất các bao gói  PET. Quy trình này không thể tiến hành nếu không có chất xúc tác đặc biệt giúp tăng tốc độ phản ứng hóa học. Công nghệ xử lý mới được gọi là VolCat (xuất xứ từ tiếng Anh volatile catalyst có nghĩa là chất xúc tác bay hơi). Nguyên lý hoạt động của VolCat khá đơn giản. Các loại chai, hộp đựng và vải nhựa gốc PET được thu gom, nghiền nhỏ mịn và kết hợp với chất xúc tác hóa học dưới áp suất trong lò ở nhiệt độ trên 200°C. Khi nung dưới áp suất thấp, chất xúc tác sẽ làm vỡ các phân tử nhựa được nghiền mịn và đồng thời loại bỏ tất cả các chất bẩn (cặn bã thực phẩm, keo, thuốc nhuộm, chất màu..). Khi quá trình hoàn thành, monome thu được sẽ được lọc và làm lạnh, và chất xúc tác được chiết xuất để tái sử dụng bằng cách chưng cất, sử dụng nhiệt độ của phản ứng hóa học đã xảy ra - quy trình này hoàn toàn tiết kiệm năng lượng. Chất thu được ở dạng bột có thể được đưa ngay vào máy để sản xuất nhựa, và dung dịch chiết xuất cùng với chất xúc tác được đưa trở lại chu trình mới để tái chế. Như vậy, từ loại rác thải nguy hiểm, độc hại, PET đã biến thành tài nguyên tái tạo có thể tái sử dụng nhiều lần.

Ưu điểm rất quan trọng của công nghệ VolCat là tính tổng hợp, có thể áp dụng với các loại nguyên liệu có màu hay trong suốt, bẩn cũng như sạch. Có nghĩa là người tiêu dùng sẽ không cần bận tâm phân loại các bao bì nhựa và rửa sạch nữa. Tất cả rác nhựa PET có thể vứt ngay vào thùng chứa rác thải nhựa. Đối với những bên tham gia vào quá trình tái chế, VolCat có nhiều lợi ích bổ sung. Thứ nhất, với sự ra đời của công nghệ mới, toàn bộ quá trình tách nhựa sẽ chỉ mất vài giờ, trong khi hiện nay đang kéo dài vài ngày. Thứ hai, mức tiêu thụ điện ít hơn. Thứ ba, đầu ra của phản ứng sẽ là nguyên liệu có tính cạnh tranh chứ không phải nguyên liệu có phạm vi sử dụng rất hạn chế.

Loại bột mà VolCat biến thành từ chất thải hoàn toàn hữu ích: để làm hộp nhựa mới, không cần thêm PET mới thu được từ các sản phẩm dầu mỏ vào bột này nữa. Điều này có nghĩa là việc sản xuất nhựa sẽ rẻ hơn và thân thiện với môi trường hơn.

Hiện nay, công nghệ mới còn đang trong giai đoạn nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của IBM và chưa đạt đến giai đoạn thương mại hóa. Để thành công trong việc xây dựng chu trình khép kín của các chế phẩm nhựa, IBM đang tiếp tục hợp tác với các nhà nghiên cứu, nhà sản xuất nhựa PET, chuyên gia tái chế, các nhà sản xuất hàng tiêu dùng và sản phẩm dệt tổng hợp.

Các nhà khoa học hy vọng rằng khi công nghệ VolCat được công nhận và đưa vào áp dụng trong các dây chuyền sản xuất nhựa hiện hành, sẽ là một công cụ hữu hiệu trong cuộc chiến chống lại vấn đề ô nhiễm nhựa toàn cầu. Về phần mình, những người tiêu dùng cần làm quen với việc phân loại rác thải, bởi đây là bước đầu tiên và cần thiết để ứng dụng công nghệ đột phá tiềm năng.

Tác giả: TS. N. Marin - Giám đốc về các công nghệ IBM tại Nga và các nước SNG

ND: Lệ Minh