Nhật Bản và Trung Quốc tìm lời giải cho ô nhiễm nhựa

Được công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology, phương pháp mới của nhóm nhà khoa học đến từ Đại học Lâm nghiệp Nam Kinh và Đại học Thanh Hoa chuyển đổi polystyrene (PS) thành toluene.

PS là loại nhựa phổ biến dùng làm bao bì xốp, hộp đựng thực phẩm, vật liệu cách nhiệt cùng nhiều sản phẩm khác. Còn toluene là loại hydrocarbon đóng vai trò dung môi rất có giá trị trong công nghiệp.

Nhóm áp dụng cách tiếp cận phân rã PS thành phân tử nhỏ bằng quá trình nhiệt phân hydro hóa. Họ chế tạo hệ thống lò phản ứng thực hiện được 2 bước riêng biệt.

Ở bước đầu tiên, PS dưới 475oC bị phá vỡ cấu trúc và chuyển thành dạng hơi. Hơi nóng thu được từ đây bay sang khu vực khác chứa khí hydro cùng chất xúc tác nguyên tử đơn Ruthenium (Ru) của hệ thống. Hydro chia cắt liên kết hóa học trong phân tử hơi rồi định hình chúng thành hóa chất mong muốn chẳng hạn toluene.

Chất xúc tác nguyên tử đơn Ru cũng quan trọng không kém: điều chỉnh tâm hoạt động của chúng sẽ giúp kiểm soát chính xác thành phẩm đầu ra, duy trì khả năng phản ứng cao trong quá trình sản xuất.

Quá trình nhiệt phân hydro hóa - Ảnh: Phys.org

Thử nghiệm ban đầu cho thấy phương pháp trên đạt độ chọn lọc trên 99% và hiệu suất sản xuất toluene 83,5%, mà lại giảm 53% lượng khí thải carbon so với các phương pháp hiện tại. Chi phí sản xuất ước tính chỉ khoảng 0,61 USD/kg, thấp hơn mức giá chuẩn hiện tại.

Nhóm nghiên cứu tin rằng nhiệt phân hydro hóa là giải pháp hứa hẹn để tái chế rác thải nhựa thành nguyên liệu hóa dầu. Đặc biệt chất xúc tác nguyên tử đơn có thể tái định hình cách thiết kế dây chuyền chuyển đổi nhựa bằng xúc tác.

Trong tương lai, nhóm sẽ phát triển hệ thống nạp rác thải đầu vào và cải tiến hệ thống lò phản ứng nhằm tăng quy mô lẫn thời gian vận hành, sớm đưa phương pháp mới ra ứng dụng thực tế.

“Nhựa hoàn hảo” từ Nhật Bản

Tại Nhật, Trung tâm Khoa học vật chất mới nổi RIKEN giới thiệu loại nhựa siêu phân tử carboxymethyl cellulose (CMCSP) bền ngang các loại nhựa nguồn gốc dầu mỏ hiện nay. Điểm khác biệt mấu chốt nằm ở khả năng phân hủy nhanh mà không để lại vi nhựa. Đây không phải nhựa nguồn gốc sinh học đầu tiên, nhưng là loại đầu tiên sở hữu đặc tính “sạch sẽ”.

Nhóm nghiên cứu tạo ra CMCSP bằng cách kết hợp 2 ion monomer tạo thành liên kết thuận nghịch giúp vật liệu mới bền và linh hoạt. Tuy nhiên liên kết thuận nghịch cũng khiến chúng phân hủy chỉ trong vài giờ khi gặp nước biển, phân hủy hoàn toàn trong đất trong vòng 10 ngày và giải phóng nitơ cùng phốt pho tương tự phân bón.

Một túi nhựa làm từ CMCSP - Ảnh: RIKEN

Dù đi theo 2 cách tiếp cận khác nhau, nhưng 2 nghiên cứu trên đều đem đến giải pháp vô cùng hứa hẹn cho tình trạng ô nhiễm nhựa toàn cầu. Thế giới không thể thoát ra khỏi sự tiện lợi mà sản phẩm nhựa mang lại, dự kiến năm nay có đến khoảng 408 - 460 triệu tấn rác thải nhựa (khoảng 75 - 199 triệu tấn tồn tại trong đại dương).

Ngày 5.9.2025 được xác định là thời điểm lượng rác thải nhựa vượt quá khả năng xử lý của toàn hành tinh. Giới khoa học xác định vi nhựa đã trở thành một thành phần phổ biến trong chuỗi thức ăn, môi trường và cả bên trong cơ thể con người với quy mô chưa từng có.

Cẩm Bình