Buzz
Hiện thực
Nhựa đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày. Mặc dù phần lớn nhựa được sản xuất từ dầu mỏ, có những loại nhựa được tạo ra từ methane thông qua quá trình xử lý nước thải. Một loại vi khuẩn cổ điển, được biết đến với tên gọi methanotroph, biến đổi methane thành phân tử poly(3-hydroxybutyrate), hay P3HB. Vi khuẩn sử dụng P3HB như một loại pin năng lượng nội bộ. Công ty công nghệ sinh học Mango Materials ở California, Mỹ, đã thành công trong việc sử dụng P3HB như một nguyên liệu thô, chiết tách hạt từ vi khuẩn để sản xuất thành viên nhỏ gọi là nurdle, có kích thước bằng hạt đậu. Những viên này sẽ được sử dụng để sản xuất các sản phẩm nhựa.
Mango Materials là một phần của nỗ lực không ngừng của cộng đồng nhà khoa học, tổ chức phi chính phủ và các doanh nghiệp (cả lớn và nhỏ) để làm cho ngành công nghiệp nhựa trở nên bền vững hơn. Tuy nhiên, con đường phía trước vẫn còn rất dài. Mango Materials chỉ sản xuất khoảng 45 tấn P3HB mỗi năm, một con số nhỏ bé so với 400 triệu tấn nhựa mà con người sản xuất mỗi năm. Như đã nói, nhựa là một phần không thể thiếu trong mọi lĩnh vực của cuộc sống con người, từ đóng gói thực phẩm, vật liệu xây dựng, đồ điện tử đến quần áo... Danh sách này trở nên vô tận.
Ngành công nghiệp nhựa đang nằm hoàn toàn trong vòng vây của những nguồn tài nguyên không thể tái tạo. Hơn 90% lượng nhựa trên toàn cầu hiện nay là nhựa nguyên sinh - tức là nhựa mới được sản xuất hoàn toàn, không phải từ quá trình tái chế - và nguồn gốc của chúng chủ yếu là dầu mỏ. Sự phụ thuộc này đồng nghĩa với việc tiêu thụ lượng lớn năng lượng và gây ra một lượng lớn khí nhà kính. Dự kiến đến năm 2050, lượng khí thải từ quá trình sản xuất nhựa có thể chiếm tới 15% trong tổng lượng carbon được ước tính để giữ cho nhiệt độ trái đất không tăng quá 1.5 độ C. Ngoài ra, vấn đề lớn khác đặt ra từ việc quản lý chất thải nhựa, với khoảng 70% nhựa được sản xuất đều bị bỏ đi mà không được xử lý. Nhựa một lần sử dụng, đặc biệt là nhựa đóng gói, chiếm đến gần 40% tổng lượng nhựa tiêu thụ ở châu Âu. Nhưng chúng ta đều biết, nhựa có thể tồn tại trong đất hoặc môi trường sống tới hàng thập kỷ, thậm chí cả hàng trăm năm sau khi nó được vứt bỏ.
Về lý thuyết, nhiều loại nhựa mà con người thường xuyên sử dụng có thể được tái chế. Tuy nhiên, chỉ có khoảng 1/10 lượng nhựa từng được sản xuất đã trải qua quá trình tái chế, và chỉ có khoảng 1% đã được tái chế lần thứ hai. Hiểu rõ điều này là dễ vì việc sản xuất nhựa mới vẫn rẻ hơn so với quá trình thu gom, tái chế hoặc tái sử dụng. Điều này đang trở thành một vấn đề cơ bản trong hệ thống sản xuất hiện nay.
Phân loại tốt hơn
Theo những nghiên cứu gần đây, việc mở rộng quy mô tái chế trên khắp thế giới là chìa khóa quan trọng để sản xuất nhựa có độ bền vững cao hơn. Hệ thống tái chế hiện đại chủ yếu sử dụng kỹ thuật cơ học, tức là quá trình tái chế được thực hiện bằng máy móc. Rác thải nhựa được thu gom, làm sạch, phân loại, nghiền nhuyễn, sau đó nấu chảy để tạo thành những viên nhựa (pellet) được sử dụng trong việc sản xuất các sản phẩm từ nhựa tái chế. Mặc dù quy trình này có vẻ đơn giản, nhưng thực tế không phải như vậy do đối mặt với thách thức đa dạng loại nhựa. Ở những quốc gia phát triển, việc phân loại nhựa thường được thực hiện thông qua các hệ thống máy móc tiên tiến tại các cơ sở tái chế lớn. Các cơ sở này chủ yếu tập trung vào phân loại những loại nhựa phổ biến như polyethylene terephthalate (PET - được sử dụng để làm chai nước), polyethylene tỷ trọng cao (HDPE - chai sữa và dầu gội đầu), đôi khi là polyethylene tỷ trọng thấp (LDPE - bao nylon) và polypropylene (nắp chai). Dù có chi tiết phân loại như thế nào đi chăng nữa, nhựa tái chế vẫn không thể sánh kịp với chất lượng của nhựa nguyên sinh. Hơn 10.000 phụ gia được thêm vào để tạo ra nhựa với màu sắc và đặc tính kỹ thuật đa dạng. Mỗi loại nhựa thường có sự khác biệt về phụ gia, điều này khiến cho quá trình tái chế trở nên không hiệu quả vì sản phẩm cuối cùng không đạt được chất lượng mong muốn. Thêm vào đó, chuỗi polymer dài của những vật liệu này ngắn hóa mỗi lần nấu chảy, làm cho quá trình tái chế thường trở thành việc giảm chất lượng (downcycling). Điều này làm hạn chế nhu cầu sử dụng nhựa tái chế. Việc tăng thu nhập từ việc thu gom nhựa không giải quyết được vấn đề nếu nhựa tái chế không được sử dụng rộng rãi.
Để tăng độ hiệu quả của quá trình tái chế cơ học và nâng cao chất lượng của nhựa tái sinh, một số nhà nghiên cứu đang đề xuất sử dụng các hợp chất tương thích, được gọi là chất hòa trộn, nhằm giúp việc nung chảy các loại nhựa khác nhau trở nên đồng đều hơn. Các nỗ lực khác đang hướng tới việc phân loại nhựa để đảm bảo tính đồng nhất trước khi tiến hành tái chế, ví dụ như sử dụng kỹ thuật đóng dấu số (digital watermark) trên nhựa dùng để đóng gói. Trên mỗi loại nhựa sẽ được gắn một mã, cho phép các camera chuyên dụng tại các cơ sở tái chế có thể đọc và chứa đựng thông tin về đặc tính cụ thể của từng loại nhựa. Một phương pháp khác là thiết kế theo chuẩn, kêu gọi các nhà sản xuất sử dụng ít loại nhựa hơn và tận dụng chung các phụ gia. Khi đó, nhựa tái chế có thể đạt được chất lượng cao hơn.
Một số doanh nghiệp đã bắt đầu thực hiện những ý tưởng này. Coca-Cola, ví dụ, đã quyết định đóng chai Sprite bằng nhựa trong suốt thay vì chai xanh lá truyền thống mà họ đã sử dụng suốt 60 năm qua. Mục tiêu của họ là hỗ trợ quá trình tái chế chai nhựa để tạo ra những chai nhựa mới, không phải chuyển đổi từ chai nhựa sang các sản phẩm khác khó tái chế hơn. Điều này không chỉ giúp Coca-Cola đạt được cam kết về việc tăng sử dụng nhựa tái chế trong quá trình đóng gói mà còn tăng cường nhu cầu cho nhựa tái sinh.Tự động điều chỉnh theo điều kiện
Nhựa là nguồn vật liệu phổ biến với chi phí hợp lý và ứng dụng thực tế cao, đặc biệt quan trọng đối với những người sống ở vùng sâu, xa xôi, nơi tiếp cận tủ lạnh và vệ sinh không thuận tiện. Nhờ trọng lượng nhẹ, việc vận chuyển nhựa tốn ít năng lượng hơn so với các vật liệu đóng gói khác. Điều này làm cho nhựa trở thành một nguyên liệu phổ biến trên khắp thế giới. Tuy nhiên, vấn đề rác thải nhựa trở nên nghiêm trọng ở những quốc gia có mức sống thấp và trung bình. Việc quản lý chất thải không hiệu quả tại những khu vực này dẫn đến việc có khoảng 2 tỷ người không tiếp cận dịch vụ quản lý chất thải. Hơn 13 triệu tấn nhựa mỗi năm kết thúc trong biển do thiếu hệ thống quản lý chất thải. Điều đáng ngạc nhiên là phần lớn việc tái chế nhựa diễn ra ở các nước có thu nhập thấp và trung bình, thường là công việc không chính thức với những người thu gom và phân loại nhựa.
Công nghệ đổi mới
Nỗ lực khác trong việc giải quyết vấn đề rác thải nhựa là sự tập trung vào nghiên cứu các công nghệ tái chế cao cấp hơn, được biết đến là tái chế hóa học. Những phương pháp này đang dần được áp dụng cho các loại nhựa không thể tái chế bằng máy móc. Một phương pháp tiêu biểu là nhiệt phân, trong đó nhựa được gia nhiệt ở nhiệt độ cao mà không có oxy, làm cho chuỗi polymer bị phá vỡ thành các thành tố nhỏ hơn. Nhiệt phân có thể áp dụng cho rác thải nhựa hỗn hợp. Mặc dù hầu hết nghiên cứu hiện nay tập trung vào việc chuyển đổi nhựa thành nhiên liệu, nhưng có tiềm năng để các phân tử nhỏ từ nhiệt phân kết hợp lại và tái tạo thành nhựa mới.
Tận dụng công nghệ tái chế tiên tiến, phương pháp phá vỡ phân tử nhựa thành các đơn vị nhỏ, sau đó hợp nhất thành polymer mới để tránh rút ngắn chuỗi polymer và giảm chất lượng nhựa trong quá trình tái chế máy móc. Phương pháp này đặc biệt hữu ích cho việc tái chế nhựa nhiệt rắn như bakelite, melamine và nhựa epoxy, được sử dụng rộng rãi trong cánh của tua-bin gió.Một thách thức đối với tái chế hóa học là sự bền vững của polymer nhựa, làm tăng độ hữu ích của nhựa trong nhiều ứng dụng cuộc sống và đòi hỏi nhiều năng lượng để phá vỡ chuỗi này. Các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu enzyme và chất xúc tác để giảm năng lượng cần thiết cho quá trình tái chế.Giải pháp từ tự nhiên
Để khám phá những enzym và chất xúc tác đặc biệt, hãy dựa vào sức mạnh tự nhiên. Trong thế giới tự nhiên, chuỗi polymer tồn tại rất phong phú, và chúng ta có thể học hỏi cách mà tự nhiên 'đập' nát những chuỗi này để áp dụng vào việc 'đập' nát những chuỗi polymer do con người tạo ra. Một ví dụ điển hình là giun ăn (mealworm - Tenebrio molitor), được biết đến như một 'lò phản ứng sinh học mini'. Loài này có khả năng phân hủy nhựa nhờ vào hệ vi khuẩn trong đường ruột của chúng. Có nhiều loại vi khuẩn khác nhau có khả năng phá vỡ nhiều loại nhựa, tạo ra một sản phẩm cuối cùng giống nhau. Điều này là một chứng cứ khẳng định rằng vi khuẩn có thể đóng góp vào quá trình tái chế nhựa hỗn hợp.
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đang hướng tới tự nhiên để phát triển ngành công nghiệp nhựa bền vững và hiệu quả hơn. Sự quan tâm và nhu cầu về nhựa từ đường mía và bắp đang ngày càng tăng. Tuy nhiên, nhựa sinh học hiện chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ trong tổng sản lượng nhựa hiện nay. Nếu mở rộng sản xuất nhựa sinh học, áp lực lên nguồn nước và đất đai sẽ tăng lên đáng kể. Điều này đồng thời là động lực để Mango Materials (công ty được đề cập ở đầu bài) phát triển P3HB từ methane. Loại khí này có giá rẻ hơn nhiều so với đường mía hoặc bắp, và nhựa từ methane có giá trị cao hơn nhiều so với các sản phẩm khác có thể sản xuất từ methane. Tuy nhiên, vẫn còn những lo ngại về nhựa sinh học do có cấu trúc polymer khác biệt so với nhựa từ nhiên liệu hóa thạch, điều này khiến nó không tương thích với hệ thống tái chế hiện nay.
