Rác thải nhựa như bao bì, hộp đựng thực phẩm, các loại giấy gói bọc và nhiều thứ khác, khi bỏ vào thùng rác thực sự được tái chế không? Xe chở rác vận chuyển rác đến cơ sở quản lý rác thải để phân loại và tái chế. Nhựa “tốt” sẽ được tái chế và phần còn lại, lớn hơn rất nhiều quá bẩn, bị trộn lẫn với những rác thải khác hoặc bị hư hỏng không thể tái chế sẽ phải đốt.

Chỉ riêng ở Đan Mạch, mỗi năm phải đốt khoảng 370.000 tấn rác thải nhựa. Theo Bộ Môi trường Đan Mạch, hoạt động đốt rác thải nhựa chiếm một phần đáng kể trong lượng khí thải carbon từ nhiên liệu hóa thạch của Đan Mạch. Thực tế này đòi hỏi phải phát triển những phương pháp mới để tái chế rác thải nhựa quy mô rộng hơn.

Kỹ thuật làm giảm lượng rác thải nhựa không thể tái tạo phải đốt giúp giảm nhu cầu về nguyên liệu thô hóa thạch,cần thiết cho sản xuất nhựa, dầu và những sản phẩm khác.

Trong một dự án nghiên cứu và phát triển R&D, một nhóm nhà khoa học thuộc Đại học Kỹ thuật Đan Mạch (DTU), hợp tác với các nhà khoa học thuộc Đại học Roskilde và một số đối tác trong ngành tái chế đã khám phá những công nghệ mới để tái chế rác thải nhựa chất lượng thấp với chi phí phù hợp.

Dự án nghiên cứu, có tên gọi là RePlastic của nhóm nhà khoa học DTU và Đại học Roskilde đã chứng minh, có thể sản xuất dầu có giá trị cao từ ​​​rác thải nhựa không thể tái chế bằng quy trình nhiệt phân.

Anders Egede Daugaard, PGS tại Khoa Kỹ thuật Hóa học DTU, người điều hành dự án RePlastic cho biết: "Tôi vô cùng ngạc nhiên về tiềm năng to lớn của công nghệ nhiệt phân đối với hầu hết các loại rác thải nhựa không tinh khiết và hỗn hợp. Quy trình này có thể xử lý những loại nhựa không thể tái chế và không còn mục đích sử dụng khác. Công nghệ nhiệt phân cho phép chúng tôi đưa nhựa không thể tái sử dụng trở lại chu trình và khiến cho vật liệu trở lên hữu ích hơn.”

Nhựa không chỉ là vật liệu nhựa

PGS Anders Egede Daugaard thực sự rất tâm huyết về vấn đề nhựa không thể tái chế. Thách thức lớn nhất của quy trình tái chế là phân loại rác thải nhựa thành những loại và những tính chất khác nhau. Số lượng các loại nhựa với những đặc tính khác nhau hiện vô cùng lớn, chỉ cần nhìn vào rác thải nhựa của một gia đình, có thể thấy hàng chục loại nhựa cứng, mềm, dẻo, có màu và trong suốt.

Rác thải nhựa thường được chia thành hai loại: công nghiệp và gia dụng. Rác thải nhựa công nghiệp thường đồng đều hơn, thường chỉ bao gồm một loại nhựa, trong đó cả chất phụ gia và quy trình sản xuất đều được biết rõ. Nhưng rác thải sinh hoạt thường là hỗn hợp của nhiều loại nhựa với những đặc tính khác nhau. Nhựa sau đó lại được phân ra thành các phần khác nhau, tùy thuộc vào tính chất hóa lý và chất lượng.

Những chất phụ gia hóa học trong nhựa thường khác nhau tùy theo đặc tính của từng sản phẩm nhựa. Thực tế này khiến rác thải nhựa gia dụng cần phải được phân loại trước khi có thể tái chế theo quy trình cơ học như tạo hạt, nung nóng và đúc lại thành những sản phẩm nhựa mới.

Công nghiệp tái chế không thể tạo ra nhựa mới có chất lượng cao từ hỗn hợp các loại nhựa khác nhau do điểm nóng chảy khác nhau, chất phụ gia khác nhau và thường hoàn toàn không xác định được chính xác thành phần.

Trong dự án RePlastic, nhóm nghiên cứu thuộc DTU do PGS Anders Egede Daugaard dẫn đầu đã thử nghiệm và đánh giá tiềm năng của một số vật liệu nhựa từ những phân đoạn nhựa ít giá trị nhất trong rác thải nhựa dân dụng.

Những phân đoạn nhựa này phần lớn là rác thải nhựa gia đình và rác thải nhựa công nghiệp được tái chế đến 6 hoặc 7 lần. Nguyên vật liêu đã quá cũ và mất đi hầu hết nhưng tính chất vật lý mới được sử dụng để tái chế bằng máy móc công nghiệp.

Nhiệt phân tạo ra những khả năng sử dụng nhựa tái chế mới

Dự án RePlastic tập trung vào phương pháp sử dụng nhiệt phân để tái chế hóa chất. Trong quy trình này, chất thải nhựa hỗn hợp được nung nóng ở nhiệt độ cao trong lò chứa đầy nitơ, gây ra sự phân tách những thành phần hóa học cơ bản (các khối xây dựng) của vật liệu nhựa.

Do không có oxy trong lò nên nhựa không cháy mà diễn ra quá trình khí hóa. Khí từ rác thải nhựa sau đó được ngưng tụ thành dầu nhiệt phân, có thể được sử dụng làm chất phụ gia trong nhiên liệu hoặc trở thành nguyên vật liệu đầu vào cho các sản phẩm nhựa mới.

Trong phòng thí nghiệm tại Khoa Kỹ thuật Hóa học DTU, các nhà khoa học đã nghiên cứu những phân đoạn nhựa nào có khả năng được sử dụng cho quy trình nhiệt phân và nhựa cần phải tinh khiết đến mức nào.

Việc đánh giá độ tinh khiết cần thiết đối với dầu nhiệt phân và những ứng dụng của dầu nhiệt là trọng tâm chính của các đối tác dự án vì vấn đề quan trọng nhất là liệu công nghệ này có thể được thương mại hóa hay không.

Kết luận của những nghiên cứu trước đây là, để có được dầu nhiệt phân phải sử dụng một hệ thống xử lý rất sạch. Có nghĩa là chất thải nhựa phải được phân loại và làm sạch kỹ lưỡng trước khi đưa vào lò nhiệt phân, dầu nhiệt phân thu được sau đó phải chưng cất và tinh chế.

Những nghiên cứu thực nghiệm trong dự án RePlastic cho thấy quá trình làm sạch, phân loại thực sự không cần thiết. Công nghệ nhiệt phân có thể xử lý mọi tạp chất trong rác thải nhựa hỗn hợp và bẩn của chúng ta.

Từ lò phản ứng thử nghiệm đến cơ sở công nghiệp

Dự án RePlastic khởi động vào tháng 1/2020, mục tiêu là tạo cơ sở cho một giải pháp công nghệ có thể được thương mại hóa trong vòng vài năm vì lợi ích của quá trình chuyển đổi xanh.

Mục đích nhằm thu hút các nhà đầu tư cho đối tác chính của dự án, công ty Tái chế Rác thải nhựa Waste Plastic Upcycling (WPU), chuyên sâu chuyển đổi rác thải nhựa thành những loại dầu khác nhau mà ngành công nghiệp có thể sử dụng để sản xuất những loại sản phẩm mới có giá trị cao.

Quá trình thực hiện dự án nghiên cứu đang tiến triển nhanh do công nghệ này có khả năng mở rộng, đồng thời nhu cầu về những công nghệ mới, có thể xử lý rác thải nhựa ngày càng tăng. Ngay trong quá trình nghiên cứu dự án, WPU đã có được nhà đầu tư, giúp xây dựng một cơ sở nhiệt phân công nghiệp và thuê nhân viên.

Niels Bagge, Giám đốc điều hành của WPU cho biết: "Chúng tôi đang nhận được rất nhiều sự quan tâm đến các công nghệ hiệu quả cao và lôi cuốn về chi phí như của WPU cả trong nước và quốc tế. Thực tế tái chế cho thấy, rác thải nhựa không cần phải xử lý trước quy trình nhiệt phân đã tạo ra sự khác biệt lớn về mặt tài chính và có những đánh giá tích cực về tác động môi trường tiềm ẩn và tiêu thụ tài nguyên."

Công nghệ nhiệt phân loại bỏ quá trình phân loại và làm sạch rác thải nhựa, đòi hỏi nhiều nhân lực tham gia. Đồng thời công nghệ này có tiềm năng lớn giúp ngành công nghiệp tái chế bền vững hơn. Mặc dù vậy, vị thế của công nghệ nhiệt phân trong hệ thống xử lý chất thải nhựa tương lai còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố.

GS Thomas Fruergaard Astrup thuộc DTU, chịu trách nhiệm đánh giá tính bền vững của công nghệ nhiệt phân nhựa và tái chế trong dự án RePlastic nhận xét:"Công nghệ nhiệt phân chắc chắn có tiềm năng trong công nghiệp tái chế rác thải nhựa, đặc biệt đối với một số loại rác thải nhựa khó xử lý. Trong tương lai, cần phải tính đến quá trình lựa chọn nguyên liệu trong sản phẩm, quản lý và xử lý chất thải trong hệ thống xử lý rác thải nhựa. Sản phẩm thu được tái sử dụng làm nguyên liệu thô mới cho các ngành công nghiệp. Sử dụng nhiệt phân cho phân đoạn nhựa hỗn hợp có thể đóng một vai trò quan trọng trong chu trình kinh tế vòng tròn của nhựa.”