Cuối cùng khoa học cũng tìm ra cách tái chế mấy cái hộp xôi, thứ rác nhựa khó tái chế nhất hành tinh

Nếu bạn đã từng ăn xôi hoặc cơm hộp, chắc chắn bạn sẽ biết đến cái hộp xốp huyền thoại này. Nó được làm bằng nhựa polystyrene (PS) - loại nhựa cũng được dùng làm thìa, dĩa, cốc uống dùng một lần hoặc hộp đựng trứng.

Ưu điểm của nhựa polystyrene là nó rất rẻ, nhẹ lại cách được nhiệt. Đó là bởi trên thực tế, tới 95% cái hộp xốp đó là không khí bị bọc trong các lớp nhựa rỗng phồng lên thành hình. Nhựa polystyrene cũng chống nước và chống được nhiều loại axit và bazơ, nghĩa là nó phù hợp để đựng thực phẩm có tính kiềm và các loại nước ngọt, cà phê có tính axit nhẹ.

Các sản phẩm thường được làm từ nhựa polystyrene.

Thật đáng tiếc, sự phổ biến của nhựa polystyrene đang đóng góp vào hơn 1/3 tổng rác thải nhựa trên toàn cầu. Bài toán tái chế loại nhựa này hiện gặp phải vấn đề kinh tế. Vì tới 95% thể tích của nó là không khí, thu thập và tái chế lại nhựa polystyrene có thể khiến nó đắt hơn cả khi tự làm ra polystyrene từ đầu.

Nhưng có một tin vui vừa mới được công bố trên tạp chí Journal of the American Chemical Society, theo đó, các nhà khoa học đã tìm ra được cách tái chế nhựa polystyrene thành một sản phẩm có giá trị kinh tế cao hơn: Axit benzoic.

Nếu có thể biến rác thành axit benzoic, sản phẩm này có thể được bán với giá gấp đôi polystyrene. Lợi ích lúc này sẽ vượt qua chi phí tái chế nhựa, vì axit benzoic là một tiền chất quan trọng được sử dụng trong ngành hóa và sinh phẩm. Nó thậm chí còn được dùng để làm thuốc, nước hoa, chất bảo quản thực phẩm và nhiều ứng dụng khác.

Tái chế loại nhựa "khó nhằn" nhất hành tinh bằng ánh sáng Mặt Trời

Nghiên cứu mới được thực hiện bởi các nhà khoa học đến từ Đại học Cornell, Hoa Kỳ. Trong đó, họ đã sử dụng một chất xúc tác sắt clorua để hòa tan nhựa polystyrene. Sau đó, công việc rất đơn giản, chỉ cần để hỗn hợp dưới một cửa sổ đầy nắng và trong môi trường có oxy, phản ứng biến polystyrene thành axit benzoic sẽ tự động diễn ra.

Công thức hóa học của nhựa polystyrene. Nó được tạo thành từ các monome styrene.

Ở cấp độ nguyên tử, polystyrene là một loại nhựa polyme được tạo thành từ hàng trăm phân tử monome sắp xếp thành chuỗi dài qua các quá trình phức tạp, Erin Stache, Phó Giáo sư Hóa học và Sinh học Hóa học tại Đại học Cornell cho biết. Nhiệm vụ bây giờ là phải bẻ gãy được các liên kết của monome trước khi biến nó thành hợp chất khác.

Các phương pháp tái chế polyme hiện nay đều đòi hỏi phải đốt nóng để nấu chảy nhựa rồi mới xử lý. Điều đó có nghĩa là tái chế - một hoạt động tưởng chừng thân thiện với môi trường – lại phải sử dụng đến nguyên liệu hóa thạch, thường là than để đun chảy nhựa.

"Lợi thế của việc sử dụng ánh sáng trong phương pháp của chúng tôi là bạn có thể kiểm soát tốt quá trình hóa học dựa trên một số chất xúc tác mà chúng tôi đã phát triển. Phương pháp này khai thác năng lượng từ ánh sáng trắng. Nếu chúng ta có thể sử dụng ánh sáng mặt trời để thúc đẩy quá trình tái chế, đó là một mũi tên trúng hai đích", Stache nói.

Thí nghiệm của Stache với đèn mô phỏng ánh sáng Mặt Trời và quả bóng bay thổi dòng oxy.

Trong thí nghiệm của mình, ông đã thấy mẫu nhựa polystyrene bị phân hủy chỉ trong 20 giờ đồng hồ cho phép nhóm nghiên cứu thu được axit benzoic 23%. Sau đó, Stache đã chuyển sang tái chế các loại rác nhựa polystyrene thường thấy, từ hộp xốp đến nắp cốc cà phê.

"Chúng đều phân hủy rất tốt", Stache nói. Các loại hộp xốp màu trắng có thể chuyển thành axit benzoic hiệu quả hơn nắp cốc cà phê màu đen, bởi màu trắng hấp thụ ánh sáng mặt trời tốt hơn.

Ngoài ra, phản ứng còn có thể hoạt động trong cả điều kiện vẫn còn chất bẩn như đồ ăn thừa, hoặc phụ gia dính vào nhựa. "Những kết quả này cho thấy rằng hệ thống của chúng tôi có thể phân hủy các mẫu polystyrene thương mại một cách hiệu quả, ngay cả khi có thêm vật liệu composite và không hòa tan", Stache nói.

Axit benzoic thu được từ tái chế nhựa polystyrene.

Chất xúc tác rút ngắn thời gian phân hủy nhựa từ 10 năm xuống còn 24 giờ

Cũng sử dụng chất xúc tác, một nhóm nghiên cứu khác đến từ Đại học Texas lại nhắm đến mục tiêu làm phân hủy nhựa PET (polyme polyethylene terephthalate). Đây là loại nhựa thường được dùng làm quần áo, bao bì thực phẩm và đặc biệt là các loại chai lọ đựng chất lỏng bao gồm cả nước uống.

Nhựa PET chiếm khoảng 12% tỷ lệ rác thải nhựa trên toàn cầu. Con số thấp hơn polystyrene, nhưng xét về số lượng khi hiện có tới 6,3 tỷ tấn rác nhựa đang bị tích trữ trên Trái Đất, đó vẫn sẽ là một con số khổng lồ.TThế giới đang có khoảng 8,3 tỷ tấn nhựa, tương đương 822.000 lần tháp Eiffel hoặc 1 tỷ con voi cộng lại. 6,3 tỷ tấn trong số đó là rác thải và chỉ có 9% nhựa được tái chế.hế giới đang có khoảng 8,3 tỷ tấn nhựa, tương đương 822.000 lần tháp Eiffel hoặc 1 tỷ con voi cộng lại. 6,3 tỷ tấn trong số đó là rác thải và chỉ có 9% nhựa được tái chế.

Thế giới đang có khoảng 3,8 tỷ tấn nhựa, tương đương 822.000 lần tháp Eiffel hoặc 1 tỷ con voi cộng lại. 6,3 tỷ tấn trong số đó là rác thải và chỉ có 9% nhựa được tái chế.

Để giải quyết vấn đề, nhóm nghiên cứu Texas đã sử dụng trí tuệ nhân tạo để sàng lọc các thiết kế enzyme, nhằm ra một chất xúc tác sinh học có tên là FAST-PETase. Trong đó, F nghĩa là "functional" (chức năng), A là "active" (hoạt động), S là "stable" (ổn định), T là "tolerant" (dung nạp), ase là gốc enzyme.

Chất xúc tác này có thể cắt nhựa PET thành các phân tử monome của nó qua quy trình khử phân tử. Sau đó, nhóm nghiên cứu chứng minh họ có thể lắp ghép các phân tử monome này lại thành polyme.

Quá trình xảy ra ở nhiệt độ dưới 50 độ C, nghĩa là nó cũng có thể xảy ra trong một ngày nắng nhẹ. Bạn chỉ cần đổ FAST-PETase xuống một bãi rác nhựa và để enzyme làm công việc của nó. Thí nghiệm cho thấy FAST-PETase có thể phân hủy nhựa PET trong vòng 24 giờ thay vì quá trình kéo dài hàng chục năm ngoài tự nhiên.

Và bởi FAST-PETase là một chất xúc tác sinh học, nó cũng thân thiện với môi trường. "Công trình của chúng tôi đã thể hiện được sức mạnh của khoa học khi kết hợp các liên ngành lại với nhau, từ sinh học tổng hợp đến kỹ thuật hóa học và trí tuệ nhân tạo", nhà hóa sinh Andrew Ellington, tác giả nghiên cứu tại Đại học Texas cho biết.

Bài báo của họ vừa được công bố trên tạp chí Nature.

Tổng hợp