Cách tiếp cận phát thải thấp và tiết kiệm
Quy trình này do liên minh các nhà nghiên cứu Mỹ và Anh phát triển, mang đến một hướng tiếp cận sạch hơn, tiết kiệm hơn và mang tính tuần hoàn hơn trong xử lý rác thải nhựa. Theo đó, các nhà khoa học kỳ vọng nghiên cứu có thể thay đổi cán cân theo hướng tái chế nhựa quy mô lớn và thân thiện môi trường.
Công trình được dẫn dắt bởi các nhà khoa học tại Phòng Thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia Mỹ (NREL), phối hợp cùng Đại học Massachusetts Lowell (Mỹ) và Đại học Portsmouth (Anh).
Nghiên cứu tái chế nhựa PET bằng enzym của nhóm nhà khoa học Mỹ và Anh đã ghi nhận những kết quả tích cực. Ảnh: Greenprophet.
Nghiên cứu tập trung vào quá trình phân rã PET bằng enzym – kỹ thuật phân tách nhựa thành các khối cấu tạo cơ bản, từ đó tái tạo thành sản phẩm mới. Trước đây, kỹ thuật này quá đắt đỏ và phức tạp để có thể ứng dụng rộng rãi. Nhưng nghiên cứu lần này đã giới thiệu một phân tử enzym mới có khả năng phá vỡ nhựa hiệu quả, mang lại bước ngoặt lớn.
Cụ thể, bằng cách thay thế một hóa chất chủ chốt natri hydroxit bằng amoni hydroxit, nhóm nghiên cứu đã kích hoạt một chu trình tự tái tạo giúp giảm chi phí tái chế và lượng khí thải.
“Đôi khi câu trả lời lại đơn giản đến bất ngờ – chỉ là thay đổi một phân tử duy nhất”, Giáo sư Andrew Pickford, Giám đốc Trung tâm đổi mới enzym tại Đại học Portsmouth, chia sẻ. “Với amoni hydroxit, chúng tôi đã tạo ra một quy trình gần như không còn cần đến axit hoặc bazơ mới”.
Việc chuyển sang amoni hydroxit giúp hình thành hợp chất diamoni terephthalate - có thể bị phân hủy bằng nhiệt (nhiệt phân) để tái tạo lại amoniac và tạo ra axit terephthalic tinh khiết - một thành phần chính của PET. Hợp chất bazơ này có thể được tái sử dụng nhiều lần.
Theo đó, phương pháp này giúp giảm hơn 99% lượng hóa chất sử dụng; giảm 74% chi phí vận hành; giảm 65% năng lượng tiêu thụ và đặc biệt, giảm gần một nửa lượng khí thải carbon.
Đặc biệt, giá bán tối thiểu ước tính cho PET tái chế bằng phương pháp này chỉ còn 1,51 USD/kg, thấp hơn đáng kể so với giá 1,87 USD/kg của PET nguyên sinh, giúp quy trình enzym này trở thành một trong những phương pháp tái chế PET có tính kinh tế cao đầu tiên.
Đẩy nhanh quá trình phân hủy nhựa
Cũng trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã cải tiến bước "tiền xử lý" để đẩy nhanh quá trình phân hủy nhựa. Trong đó, thông qua các kỹ thuật như ép đùn và làm nguội nhanh, nhựa có thể phân rã hoàn toàn trong 50 giờ. Bên cạnh đó, việc thu hồi ethylene glycol, một thành phần khác của PET, cũng được cải thiện nhờ quy trình cô đặc theo mẻ (fed-batch concentration).
Tiến sĩ Gregg Beckham, đến từ NREL, đồng trưởng nhóm nghiên cứu, khẳng định các cải tiến tổng thể này đã đánh dấu một bước ngoặt cho nỗ lực tái chế nhựa.
“Tái chế nhựa PET bằng enzym từ lâu được kỳ vọng là giải pháp cho dòng nhựa PET vốn khó tái chế. Giờ đây, bằng cách tích hợp đổi mới từ hóa học, sinh học và kỹ thuật quy trình, chúng tôi đã chứng minh được giải pháp có thể mở rộng và hiệu quả về chi phí”, ông nhận định.
Khác với tái chế cơ học vốn bị hạn chế do các vấn đề như làm ố màu và suy giảm chất lượng, tái chế enzym có thể xử lý đa dạng loại nhựa PET, từ nhựa màu, vải polyester đến bao bì định hình, vốn thường bị chôn lấp hoặc đốt bỏ.
Giáo sư John McGeehan, một trong các đồng tác giả hiện đang làm việc tại NREL, cho biết ưu tiên tiếp theo là mở rộng ứng dụng từ phòng thí nghiệm sang thực tế.
“Chúng tôi muốn đóng vòng tuần hoàn không chỉ trong hóa học, mà trong cả vòng đời vật liệu”, ông chia sẻ.
PET (polyethylene terephthalate) được sử dụng trong hơn 50 triệu tấn sản phẩm nhựa mỗi năm, nhưng chưa đến 1/3 được tái chế. Phần lớn còn lại bị đốt, chôn lấp hoặc phân hủy tạo vi nhựa gây ô nhiễm môi trường và phát thải khí nhà kính. Thay đổi quỹ đạo này là ưu tiên hàng đầu của giới khoa học, nhà hoạch định chính sách và doanh nghiệp.
Tuy quy trình mới không thể giải quyết hoàn toàn vấn đề ô nhiễm nhựa, nhưng nó cung cấp một công cụ quan trọng: biến nhựa đã qua sử dụng thành vật liệu chất lượng cao mới mà không cần phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
Tuy nhiên, giới khoa học và các nhà môi trường đều đồng thuận rằng tái chế enzym chỉ là một phần của giải pháp. Nó cần được kết hợp với phát triển các loại nhựa sinh học được sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh học tái tạo như bột ngô, mía hoặc tảo. Nhựa sinh học không chỉ giúp giảm phát thải từ khâu sản xuất mà còn tương thích với mô hình tái chế khép kín.
Việc phát triển đồng thời tái chế tiên tiến và vật liệu nhựa sinh học hứa hẹn tạo ra một tương lai tuần hoàn, ít tác động đến môi trường hơn trong việc sử dụng nhựa.
