Công nghệ biến hơn 60% rác thải nhựa thành nhiên liệu máy bay, giúp giảm tới 80% khí thải

Mỗi năm, thế giới sản xuất hơn 460 triệu tấn nhựa. Tuy nhiên, đặc tính rất khó phân hủy của vật liệu này đang khiến ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng. Các phương pháp xử lý truyền thống như đốt hoặc chôn lấp không chỉ gây lãng phí nguồn tài nguyên mà còn tạo ra lượng lớn khí thải và chất ô nhiễm.

Trong bối cảnh đó, các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển một công nghệ hóa học mới có khả năng chuyển đổi rác thải nhựa thành nhiên liệu hàng không với chi phí thấp, mở ra hướng đi đầy triển vọng trong việc vừa xử lý chất thải, vừa sản xuất nhiên liệu có giá trị.

Nghiên cứu do nhóm chuyên gia thuộc Viện Nghiên cứu Tiên tiến Thượng Hải, trực thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, phối hợp với Đại học Phúc Đán thực hiện. Công nghệ này dựa trên quá trình hydrogenolysis (cắt mạch polymer bằng hydro) đối với nhóm nhựa polyolefin.

Phản ứng diễn ra trong điều kiện tương đối ôn hòa, đồng thời cho phép kiểm soát loại hydrocarbon tạo ra, giúp các nhà nghiên cứu chủ động định hướng sản phẩm cuối cùng theo mục tiêu mong muốn.

Giải bài toán khó nhất của nhựa phế thải

Polyolefin, chủ yếu gồm polyethylene và polypropylene, chiếm hơn 60% tổng lượng rác thải nhựa trên toàn cầu. Đây cũng là nhóm vật liệu nổi tiếng khó phân hủy do cấu trúc hóa học rất bền.

Trong khi đó, nhiên liệu máy bay chủ yếu gồm các hydrocarbon có chiều dài mạch từ C8 đến C16. Theo nhóm nghiên cứu, việc chuyển đổi nhựa thành nhiên liệu hàng không giống như "cắt một tấm lưới đánh cá thành những đoạn có độ dài vừa đủ", không quá ngắn để trở thành khí vô giá trị nhưng cũng không quá dài khiến không thể sử dụng làm nhiên liệu.

Trọng tâm của công nghệ nằm ở chất xúc tác kim loại, đóng vai trò cắt và sắp xếp lại các liên kết carbon. Tuy nhiên, đây cũng là rào cản lớn nhất trong nhiều năm qua.

Ở các phương pháp trước đây, liên kết carbon ở hai đầu chuỗi polymer dễ bị phá vỡ hơn nhiều so với các liên kết ở giữa. Điều này khiến phản ứng chủ yếu tạo ra khí như methane thay vì nhiên liệu lỏng có giá trị, làm giảm đáng kể hiệu suất chuyển đổi.

Chất xúc tác mới giúp tăng hiệu quả chuyển đổi

Tiếp nối các nghiên cứu bắt đầu từ năm 2023, nhóm nghiên cứu đã xây dựng thành công quy trình phân cắt có kiểm soát để tạo ra các hydrocarbon C8 đến C16, thành phần chính của nhiên liệu phản lực.

Bước đột phá tiếp theo là phát triển một loại chất xúc tác hoàn toàn mới bằng cách bổ sung coban vào hệ xúc tác gồm niken và silica.

Theo nhóm nghiên cứu, coban giúp điều chỉnh trạng thái điện tử của niken, qua đó tăng khả năng hoạt hóa hydro và cắt các chuỗi carbon dài hiệu quả hơn, đồng thời hạn chế hiện tượng phân mảnh quá mức khiến sản phẩm bị chuyển thành khí.

Nhờ đó, phản ứng được định hướng tốt hơn để tạo ra các hydrocarbon C8 đến C16, thay vì các phân tử quá ngắn hoặc quá dài.

Một ưu điểm quan trọng khác là công nghệ mới sử dụng niken và coban, hai kim loại có trữ lượng dồi dào và giá thành thấp, thay vì các kim loại quý đắt đỏ như nhiều nghiên cứu trước đây. Điều này giúp tăng đáng kể khả năng thương mại hóa và triển khai ở quy mô công nghiệp.

Có thể cắt giảm tới 80% lượng khí thải

Dù đạt kết quả tích cực trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu cho biết vẫn còn nhiều thách thức trước khi công nghệ có thể được ứng dụng rộng rãi.

Trước hết, quy trình cần được mở rộng từ quy mô phòng thí nghiệm sang các lò phản ứng công nghiệp. Ngoài ra, rác thải nhựa đầu vào cũng phải được xử lý kỹ lưỡng, bởi các tạp chất có thể làm giảm hoạt tính hoặc phá hủy chất xúc tác.

Đánh giá vòng đời của công nghệ cho thấy, nếu quá trình sản xuất sử dụng điện từ nguồn năng lượng tái tạo, lượng phát thải khí nhà kính có thể giảm tới 80% so với các phương pháp sản xuất nhiên liệu truyền thống.

Theo các nhà nghiên cứu, kết quả này cho thấy công nghệ không chỉ góp phần giải quyết bài toán rác thải nhựa mà còn mở ra hướng sản xuất nhiên liệu hàng không bền vững, hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế xanh.

Theo SCMP