Giáo sư Erwin Reisner cho biết bãi rác thải nhựa có thể là mỏ dầu của tương lai.
Giáo sư Reisner, giáo sư về năng lượng và tính bền vững tại Đại học Cambridge, cho biết: “Thực tế, nhựa là một dạng nhiên liệu hóa thạch khác. “Nó rất giàu năng lượng và thành phần hóa học mà chúng tôi muốn khám phá.” Nhưng các liên kết hóa học tạo nên nhựa được tạo ra để tồn tại lâu dài và trong số bảy tỷ tấn từng được tạo ra, chưa đến 10% được tái chế.
Dilyana Mihaylova, giám đốc chương trình nhựa của Quỹ Ellen MacArthur, cho biết: “Khai thác, tận dụng chất thải của chúng ta có nghĩa là các vật liệu có giá trị trị giá hàng tỷ đô la bị mất đi.”
Trên toàn thế giới, hơn 400 triệu tấn nhựa được sản xuất mỗi năm – gần bằng trọng lượng của cả nhân loại. Ngày nay, khoảng 85% kết thúc ở bãi rác hoặc nằm rải rác ở ngoài vào môi trường nơi nó sẽ tồn tại hàng trăm, có lẽ hàng nghìn năm. Bây giờ cuộc đua đang diễn ra để tìm ra cách tốt nhất để phá vỡ các liên kết hóa học đó và lấy lại tài nguyên quý giá của Trái đất bị khóa trong nhựa.
Tái chế cơ học, trong đó nhựa phế thải được rửa, cắt nhỏ, nấu chảy và tái chế, nhựa sẽ xuống cấp theo thời gian và có thể dẫn đến chất lượng sản phẩm không đồng đều. Ngành nhựa quan tâm đến tái chế hóa học, trong đó các chất phụ gia được sử dụng để thay đổi cấu trúc hóa học của nhựa phế thải, biến nó trở lại thành các chất có thể được sử dụng làm nguyên liệu thô, có lẽ để sản xuất nhiên liệu như xăng và dầu diesel. Nhưng cách tiếp cận đó hiện đang tốn kém và không hiệu quả và đã bị các nhóm môi trường chỉ trích.
Bà Mihaylova nói: “Vì vậy, chúng ta không thể tái chế để thoát khỏi cuộc khủng hoảng ô nhiễm nhựa, chúng ta cũng không thể dựa vào các quy trình biến nhựa thành nhiên liệu để giải quyết vấn đề.”
Một hệ thống năng lượng mặt trời mới có thể chỉ ra con đường phía trước?
Giáo sư Reisner và nhóm của ông đã phát triển một quy trình có thể chuyển đổi không chỉ một mà là hai dòng chất thải – nhựa và CO2 – thành hai sản phẩm hóa học cùng một lúc – tất cả đều được cung cấp năng lượng từ ánh sáng mặt trời.
Công nghệ này biến CO2 và nhựa thành khí tổng hợp – thành phần chính của nhiên liệu bền vững như hydro. Nó cũng tạo ra axit glycolic, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp mỹ phẩm.Hệ thống này hoạt động bằng cách tích hợp các chất xúc tác, các hợp chất hóa học giúp đẩy nhanh phản ứng hóa học, vào một chất hấp thụ ánh sáng.
Ông nói: “Quy trình của chúng tôi hoạt động ở nhiệt độ phòng và áp suất phòng.
“Các phản ứng sẽ tự động xảy ra khi bạn phơi nó dưới ánh sáng mặt trời. Bạn không cần bất cứ thứ gì khác.”
Và, đảm bảo với Giáo sư Reisner, quá trình này không tạo ra chất thải độc hại.
“Hóa học sạch,” ông nói.
Các công nghệ năng lượng mặt trời khác hứa hẹn giải quyết ô nhiễm nhựa và chuyển đổi CO2, nhưng đây là lần đầu tiên chúng được kết hợp trong một quy trình duy nhất.
Giáo sư Reisner nói: “Kết hợp cả hai có nghĩa là chúng tôi tăng thêm giá trị cho quy trình. “Chúng tôi hiện có bốn luồng giá trị – giảm thiểu rác thải nhựa, giảm thiểu CO2 và sản xuất hai loại hóa chất có giá trị. Chúng tôi hy vọng điều này sẽ đưa chúng tôi tiến gần đến thương mại hóa.”
Ngoài ra, Giáo sư Reiner cho biết hệ thống của ông có thể xử lý rác thải nhựa không thể tái chế.
“Thông thường, nhựa nhiễm chất thải thực phẩm sẽ bị đốt, nhưng loại nhựa này thực sự tốt cho chúng ta. Trên thực tế, thực phẩm là một chất nền tốt – vì vậy nó giúp quy trình của chúng tôi hoạt động tốt hơn.”Các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang tìm cách biến nhựa không mong muốn thành thứ gì đó hữu ích. Khi bị phân hủy, các thành phần của nhựa có thể được tái tạo thành vô số sản phẩm mới bao gồm chất tẩy rửa, chất bôi trơn, sơn và dung môi cũng như các hợp chất có thể phân hủy sinh học để sử dụng trong các ứng dụng y sinh.
Thiên nhiên đã tìm ra cách phá vỡ các polyme – những chất được tạo thành từ các phân tử rất lớn – và nhựa là một loại polyme tổng hợp.
Tiến sĩ Victoria Bemmer, nghiên cứu viên cao cấp tại Đại học Portsmouth cho biết: “Đã có những vi khuẩn có enzyme được thiết kế để phá vỡ [polyme]”.
“Chúng tôi có thể điều chỉnh các enzym này bằng cách thay đổi rất ít cấu trúc của chúng – để làm cho chúng hoạt động nhanh hơn, làm cho chúng cứng hơn hoặc ổn định hơn.”
Bằng cách sử dụng máy học, Tiến sĩ Bemmer và nhóm của cô đã phát triển các biến thể của enzyme thích ứng để phân hủy tất cả các loại polyetylen terephthalate (PET), một loại polyester.
Tiến sĩ Bemmer cho biết, các enzyme phân hủy nhựa theo cách tương tự như tái chế hóa học, nhưng vì chúng gần giống với các enzyme có trong tự nhiên nên quá trình này có thể được thực hiện trong “điều kiện lành tính” hơn nhiều.
Trường hợp tái chế hóa học sử dụng hóa chất, nhóm Đại học Portsmouth có thể sử dụng nước. Và nhiệt độ cao nhất họ cần là 70C, nghĩa là mức tiêu thụ năng lượng có thể được giữ ở mức thấp so với các quy trình khác.
Tiến sĩ Bemmer và nhóm của bà đang tiếp tục phát triển các enzym của họ và hy vọng rằng công việc của họ sẽ giúp họ tạo ra một nền kinh tế tuần hoàn bền vững cho cả quần áo làm từ nhựa.
Polyester làm từ PET là sợi quần áo được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới.
Tuy nhiên, việc tái chế vải tổng hợp bằng enzym không hề dễ dàng. Việc bổ sung thuốc nhuộm và các phương pháp xử lý hóa học khác khiến chúng khó bị phân hủy trong quá trình tự nhiên.
“Polyester là một nỗi đau tuyệt đối,” Tiến sĩ Bemmer nói. “Thêm vào đó, nó rất hiếm khi chỉ là polyester nguyên chất. Bạn cũng có thể tìm thấy các loại sợi hỗn hợp.”
Nhóm nghiên cứu hy vọng các enzym của họ sẽ khử PET trong vải phế thải thành một hỗn hợp gồm các khối xây dựng đơn giản, sẵn sàng để tái tạo thành các polyeste mới.
“Chúng tôi đang ở giai đoạn rất sớm,” Tiến sĩ Bemmer nói. “Chúng tôi vẫn chưa biết liệu thuốc nhuộm và chất phụ gia cho những loại vải này có ức chế hoạt động của các enzym trên chuỗi polyester hay không. Hy vọng rằng chúng sẽ không ảnh hưởng và chúng tôi có thể tiếp tục nhưng nếu có, chúng tôi có thể phát triển enzyme hơn nữa.”
Sản xuất nhựa trên toàn thế giới tiếp tục tăng và dự kiến sẽ tăng gấp ba lần vào năm 2060. Đối với nhiều người, tái chế vẫn là trọng tâm để giải quyết vấn đề, nhưng một số người cho rằng điều này sẽ không bao giờ là đủ.
Trở lại Cambridge, nhóm của Giáo sư Reisner đang thực hiện “những bước nhỏ theo hướng” thương mại hóa. Họ dự định phát triển hệ thống trong 5 năm tới để sản xuất các sản phẩm phức tạp hơn và hy vọng rằng một ngày nào đó kỹ thuật này có thể được sử dụng để phát triển một nhà máy tái chế hoàn toàn chạy bằng năng lượng mặt trời.
Giáo sư Reisner cho biết khoảng 600 triệu tấn khí tổng hợp đã được sản xuất hàng năm, nhưng phần lớn là từ nhiên liệu hóa thạch.
“Nếu chúng ta có thể tạo ra khí tổng hợp, chúng ta có thể tiếp cận gần như toàn bộ ngành công nghiệp hóa dầu và làm cho nó bền vững.”
