Khi chất dẻo trở thành đa dạng hóa, dễ dàng sản xuất, hành tinh hiện đang tập trung khoảng 8,3 tỷ tấn vật liệu của tất cả mọi loại nhựa đang được sản xuất nhưng không có công nghệ hoặc động lực nhằm giảm thiểu đống rác độc hại ngày càng phát triển. Công nghiệp nhựa quá rẻ, dễ sản xuất và dễ vứt bỏ hơn việc tái chế.

Các nhà nghiên cứu thuộc Đại học California Santa Barbara (UC Santa Barbara), Susannah Scott và Mahdi Abu-Omar, nỗ lực tìm cách thay đổi mô hình công nghệ nhựa, tồn tại hàng thập kỷ này bằng phương pháp xúc tác một nồi hấp, nhiệt độ thấp nhằm chuyển đổi polyetylen - loại polyme có trong một phần ba tổng số chất dẻo được sản xuất với giá trị toàn cầu khoảng 200 tỷ đô la mỗi năm - thành các phân tử  alkylaromatic có giá trị cao, thành phần cơ bản của nhiều hóa chất công nghiệp và sản phẩm tiêu dùng.

Trả lại giá trị cao những vật phẩm sẽ trở thành rác thải có thể sẽ là động lực để phát triển ngành công nghiệp tái chế chất thải nhựa với lợi ích hấp dẫn và thiết thực hơn, có hiệu quả làm sạch môi trường.

Nhà hóa học Scott cùng với Mahdi Abu-Omar trong bản báo cáo khoa học trên tạp chí Science nhấn mạnh: “Đây là một giải pháp tiềm năng”. Theo bà, nỗ lực của nhóm là đưa ra giải pháp biến nền kinh tế tuyến tính, lãng phí của nhựa thành một nền kinh tế vòng tròn, bền vững hơn. Công trình nghiên cứu là một minh chứng về khả năng cải thiện môi trường.

Không thể phủ nhận rằng cuộc sống hiện đại phụ thuộc hầu hết vào nhựa, từ bao bì giữ thực phẩm tươi ngon, những vật liệu vô trùng được sử dụng trong các ứng dụng y tế, vô vàn các mặt hàng bền chắc, giá cả phải chăng trong cuộc sống.

Bà Scott, giáo sư hóa học và kỹ sư hóa tại UC Santa Barbara, Chủ tịch UCSB Mellichamp về Chế tạo chất xúc tác Bền vững cho biết: “Có rất nhiều yếu tố tích cực của nhựa mà chúng ta phải quan tâm. Đồng thời, cũng tạo ra vấn đề thực sự nghiêm trọng, sự ô nhiễm môi trường từ rác thải nhựa.”

Đặc chưng của nhựa là là tính trơ về hóa học, không phản ứng với những thành phần khác của môi trường.

Bà Scott nói: “Bạn có thể đặt một đường ống nước xuống đất và một trăm năm sau, đào nó lên, đường ống vẫn bền vững và cung cấp nguồn nước hoàn toàn an toàn”. Nhưng tính trơ trước những tác động lý hóa khiến nhựa chậm phân hủy tự nhiên và muốn phân hủy nhựa nhân tạo cần rất nhiều năng lượng.

Giáo sư kỹ thuật hóa học Abu-Omar, chuyên gia về xúc tác năng lượng và là Chủ tịch UCSB Mellichamp về Hóa học Xanh, giải thích: “Nhựa được chế tạo từ các liên kết carbon-carbon và carbon-hydro, rất khó tái chế trên phương diện hóa học.

Đã có nhiều công trình nghiên cứu để chuyển hóa chất dẻo thành các sản phẩm khác thân thiện môi trường, nhưng chi phí năng lượng lớn “trở thành chướng ngại vật không thể bỏ qua trong thời gian dài”. Quy trình công nghệ chuyển đổi các sản phẩm nhựa thành những phân tử có giá trị cao cũng bị hạn chế do sản phẩm, được chiết xuất từ dầu mỏ rẻ hơn.

 Bà Scott nói: “Điều đó có nghĩa là, nếu chúng ta có thể chuyển đổi trực tiếp các polyme thành những phân tử giá trị cao hơn và giảm thiểu tiêu thụ năng lượng trong quá trình chuyển hóa, đây sẽ là một quy trình hoàn hảo giá trị cao, rẻ hơn so với chiết xuất từ dầu mỏ và lại làm sạch hơn môi trường ”.

Từ ý tưởng này, các nhà khoa học sáng tạo một phương pháp xúc tác song song mới, không chỉ tạo ra những phân tử alkylaromatic có giá trị cao trực tiếp từ nhựa polyetylen phế thải mà còn hoạt động hiệu quả, rẻ hơn với nhu cầu tiêu thụ năng lượng thấp.

Bà Scott cho biết: “ Trong nghiên cứu thử nghiệm, chúng tôi đã hạ nhiệt độ quá trình chuyển hóa xuống hàng trăm độ. Các phương pháp thông thường, yêu cầu cần nhiệt độ từ 500 đến 1000 ° C để phá vỡ chuỗi polyolefin thành các mảnh nhỏ và chuyển đổi thành sản phẩm hỗn hợp bao gồm khí gas, chất lỏng và than cốc. Trong khi đó phương pháp sử dụng xúc tác mới thì nhiệt độ tối ưu cho quá trình trong khoảng 300 ° C”.

Các nhà nghiên cứu giải thích, điều kiện phản ứng tương đối nhẹ giúp phá vỡ các polyme theo cách chọn lọc đến cấp độ các phân tử lớn hơn trong phạm vi chất mỡ bôi trơn. Scott nói: “Chúng tôi cũng  bỏ qua được một số bước trong quy trình, không thực hiện nhiều chuyển đổi hóa học mà trong phương pháp thông thường phải thực hiện”.

Quá trình này không yêu cầu dung môi hoặc hydro bổ sung, chỉ sử dụng chất xúc tác platin được hỗ trợ bằng xúc tác alumin (Pt / Al2O3), tạo phản ứng song song, vừa phá vỡ các liên kết cacbon-cacbon vững chắc vừa sắp xếp lại “khung” phân tử polyme, hình thành cấu trúc vòng sáu cạnh đặc trưng của phân tử alkylaromatic có giá trị cao, sử dụng rộng rãi trong dung môi, sơn, chất bôi trơn, chất tẩy rửa, dược phẩm và nhiều sản phẩm công nghiệp và tiêu dùng khác.

 

Nhà hóa học Fan Zhang thuộc phòng thí nghiệm Susannah Scott cho biết thêm: “Việc hình thành các phân tử thơm từ các hydrocacbon nhỏ rất khó. trong quá trình hình thành chất thơm từ polyolefin, hydro được coi như sản phẩm phụ và được sử dụng để cắt các chuỗi polyme cho toàn bộ quá trình chuyển hóa thuận lợi. Nhờ đó thu được các alkylaromatics (phân tử alkyl thơm) chuỗi dài, đó là kết quả tuyệt vời.”

Phương pháp này mở ra một hướng mới trong khai thác sử dụng nhựa, polyme phế thải có thể trở thành nguyên liệu thô có giá trị thay vì thành rác thải gây ô nhiễm môi trường.

Abu-Omar nói: “Đây là một công nghệ tái tạo vật liệu nhựa, có thể tạo ra những nguyên liệu thô có giá trị và có tác động môi trường tốt hơn so với chiết xuất từ dầu mỏ. Thành công bước đầu thúc đẩy việc phát triển nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ mới tái chế những phế thải nhựa khác nhau, thu lại những nguyên liệu thô nào và thế giới bớt phụ thuộc vào dầu mỏ.