Mỗi năm, người tiêu dùng Mỹ thải ra hàng triệu tấn rác thải nhựa và hầu hết trong số đó được đưa đến các bãi chôn lấp.
Một nghiên cứu mới của các nhà hóa học có thể mở đường cho việc làm cho tất cả rác thải nhựa biến mất.
Bước đột phá ban đầu
Các nhà hóa học tại Đại học Colorado Boulder, Mỹ đã phát triển một phương pháp mới để tái chế loại nhựa phổ biến được tìm thấy trong chai soda và các loại bao bì khác. Phương pháp của nhóm dựa vào điện và một số phản ứng hóa học. Nó cũng đủ đơn giản để bạn có thể xem nhựa tan vỡ ngay trước mắt mình.
Nghiên cứu trên có thể giải quyết vấn đề ngày càng nhiều rác thải nhựa trên khắp thế giới. Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường của Mỹ, nước này đã thải ra gần 36 triệu tấn sản phẩm nhựa vào năm 2018. Phần lớn rác thải nhựa được đưa đến các bãi chôn lấp, theo đồng tác giả nghiên cứu Oana Luca.
Bà Luca, Trợ lý Giáo sư tại Khoa Hóa học của Đại học Colorado, cho biết: “Chúng ta tự an ủi mình khi ném thứ gì đó vào thùng tái chế, nhưng hầu hết nhựa có thể tái chế đó không bao giờ được tái chế. Chúng tôi muốn tìm hiểu làm thế nào để khôi phục các vật liệu phân tử, các khối cấu tạo của nhựa, để có thể sử dụng lại chúng”.
Trong nghiên cứu mới, bà và đồng nghiệp đã tiến một bước gần hơn tới mục tiêu trên. Nhóm tập trung vào một loại nhựa gọi là polyetylen terephthalate (PET) mà người tiêu dùng gặp hàng ngày trong chai nước, vỉ thuốc và thậm chí một số loại vải polyester. Trong các thí nghiệm quy mô nhỏ tại phòng thí nghiệm, họ trộn các mảnh nhựa đó với một loại phân tử đặc biệt, sau đó đặt một điện áp nhỏ. Trong vòng vài phút, PET bắt đầu tan rã.
Nhóm còn rất nhiều việc phải làm trước khi công cụ tái chế của họ có thể giải quyết vấn đề rác thải nhựa trên thế giới một cách thực tế. Phuc Pham, nghiên cứu sinh tiến sĩ hóa học và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết, việc quan sát được tiến trình phản ứng trong thời gian thực là điều tuyệt vời.
Đầu tiên, dung dịch chuyển sang màu hồng đậm, sau đó trở nên trong suốt khi polymer vỡ ra. Thật thú vị khi xem rác thải, thứ có thể tồn tại trong đống rác hàng thế kỷ, biến mất chỉ trong vài giờ hoặc vài ngày, Phuc Pham cho biết.
Hy vọng thay đổi cách tái chế nhựa
Bà Luca nhấn mạnh, thùng rác tái chế có thể giống như một giải pháp tốt cho vấn đề rác thải nhựa của thế giới. Tuy nhiên, hầu hết các đô thị trên thế giới phải vật lộn để thu gom và phân loại núi rác được thải ra hàng ngày.
Kết quả là chưa đến 1/3 tổng số nhựa PET ở Mỹ đến gần được với việc tái chế (các loại nhựa khác thậm chí còn ở xa hơn). Ngay cả khi đó, các phương pháp như nấu chảy rác thải nhựa hoặc hòa tan nó trong axit có thể làm thay đổi các đặc tính của vật liệu trong quá trình xử lý.
Ngoài ra, người ta sẽ thay đổi vật liệu một cách máy móc. Sử dụng các phương pháp tái chế hiện tại, ví dụ như nấu chảy một chai nhựa, bạn có thể sản xuất một trong những loại túi nhựa dùng một lần thường có trong các cửa hàng tạp hóa.
Ngược lại, bà Luca và nhóm của mình muốn tìm cách sử dụng các thành phần cơ bản từ chai nhựa cũ để tạo ra chai nhựa mới. Nó giống như đập vỡ một lâu đài bằng các mảnh ghép Lego rồi lấy các mảnh đó để tạo ra một tòa nhà hoàn toàn mới.
Để đạt được kỳ tích trên, nhóm đã chuyển sang một quá trình gọi là điện phân, hoặc sử dụng điện để phá vỡ các phân tử. Ví dụ, các nhà hóa học từ lâu đã biết họ có thể cho một hiệu điện thế vào các cốc chứa đầy nước và muối để tách các phân tử nước đó thành khí hydro và oxy.
Tuy nhiên, nhựa PET khó phân chia hơn nước rất nhiều. Trong nghiên cứu mới, nhà nghiên cứu Phuc Pham nghiền nát chai nhựa rồi trộn bột thành dung dịch. Tiếp theo, ông và đồng nghiệp thêm vào dung dịch đó thành phần bổ sung là một phân tử được gọi là [N-DMBI]+ muối.
Ông giải thích rằng khi có điện, phân tử này tạo thành một “chất trung gian phản ứng” có thể tặng thêm electron của nó cho PET, khiến các hạt nhựa bị phá hủy. Điều này giống như phản ứng hóa học tương tự với việc giáng một đòn chặt karate vào một tấm gỗ.
Các nhà nghiên cứu đang cố gắng hiểu chính xác những phản ứng này diễn ra như thế nào. Tuy nhiên, họ đã có thể chia nhỏ PET thành các khối xây dựng cơ bản của nó. Sau đó nhóm có thể phục hồi những khối này và có khả năng sử dụng chúng để tạo ra thứ gì đó mới.
Triển khai một thiết bị nhỏ trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu báo cáo họ có thể phân hủy khoảng 40 miligam (một nhúm nhỏ) PET trong vài giờ. “Mặc dù đây là một khởi đầu tuyệt vời, nhưng chúng tôi tin rằng còn rất nhiều việc cần phải làm để tối ưu hóa quy trình cũng như mở rộng quy trình để áp dụng được ở quy mô công nghiệp” – nghiên cứu sinh Phuc Pham nói.
Bà Luca cho rằng, nếu thành công, các phương pháp điện hóa sẽ phân hủy nhiều loại nhựa khác nhau cùng lúc. Bằng cách đó, chúng ta có thể đến những bãi rác khổng lồ trong đại dương, kéo tất cả rác thải ở đó vào một lò phản ứng và thu lại rất nhiều phân tử hữu ích.
