Rác thải nhựa từ lâu đã là kẻ thù của sinh vật biển, tồn tại trong các hệ sinh thái và rò rỉ các hợp chất độc hại vào chuỗi thức ăn. Nhưng một bước đột phá mới ở Nhật Bản có thể đánh dấu một bước ngoặt – nơi một số loại nhựa cứng đầu nhất trên Trái Đất, như Teflon, được hóa hơi thành khí hữu ích thay vì trở thành chất gây ô nhiễm vĩnh viễn.
Trọng tâm của cải tiến này là một quy trình được gọi là chiếu xạ chùm electron, do các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Lượng tử Quốc gia (QST) phát triển.
Kỹ thuật của họ bao gồm việc nung nóng polytetrafluoroethylene (PTFE) – thường được biết đến với tên thương mại là Teflon – đến 370°C trong khi chiếu xạ nó bằng một chùm electron.
Sự kết hợp này phân hủy nhựa một cách hiệu quả thành các fluorocarbon oxy hóa và perfluoroalkane – các loại khí có thể được thu thập và tái sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp, theo Phys.org .
Một cách tái chế sạch hơn, rẻ hơn
Các phương pháp phân hủy PTFE truyền thống dựa vào nhiệt phân, đòi hỏi nhiệt độ thiêu đốt – từ 600°C đến 1.000°C – và tiêu thụ năng lượng khổng lồ.
Phương pháp của nhóm QST giảm một nửa mức tiêu thụ năng lượng bằng cách nung nhựa đến 370°C và sử dụng bức xạ mục tiêu. Ở nhiệt độ phòng, phương pháp này chỉ phân hủy được 10% nhựa. Nhưng khi được bổ sung nhiệt, tỷ lệ phân hủy tăng vọt lên 86% ở 270°C và đạt 100% ở 370°C, theo báo cáo của EurekAlert .
Quá trình chuyển đổi hóa học này không chỉ là một kỳ tích vật lý mà còn có thể giúp ngành công nghiệp chuyển dịch sang mô hình sử dụng tài nguyên tuần hoàn.
Các sản phẩm khí phụ của quá trình này không chỉ là dòng chất thải. Chúng là nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất hóa chất mới, tạo ra một chu trình khép kín, nơi ô nhiễm của ngày hôm qua trở thành nguyên liệu thô của ngày mai.
Phá vỡ những mối quan hệ không bao giờ tan vỡ
PTFE thuộc họ chất PFAS – thường được mệnh danh là “hóa chất vĩnh cửu” vì khả năng chống phân hủy trong môi trường. Những hợp chất này đã được sử dụng rộng rãi trong mọi thứ, từ dụng cụ nấu nướng đến đồ điện tử, nhưng chúng vẫn tồn tại trong môi trường và gây ra những rủi ro nghiêm trọng về sức khỏe và sinh thái.
Nghiên cứu của Nhật Bản đưa ra một giải pháp đối lập mạnh mẽ: một phương pháp không chỉ quản lý mà còn thực sự loại bỏ chất thải PFAS.
Theo Interesting Engineering , chìa khóa của quá trình này nằm ở việc kết hợp nhiệt độ vừa phải với bức xạ. Điều này làm thay đổi cấu trúc tinh thể bên trong của PTFE, đẩy nhanh quá trình phân hủy và khiến nhựa dễ bị phân hủy hoàn toàn hơn.
Tiến sĩ Hao Yu, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, giải thích: “Chiếu xạ ở nhiệt độ cao không chỉ làm tăng tốc độ phân hủy mà còn làm thay đổi cấu trúc bên trong của PTFE”.
Sự thay đổi toàn cầu trong đổi mới nhựa
Trong khi bước đột phá về chùm tia điện tử của QST tập trung vào việc tái chế, các nhóm nghiên cứu khác tại Nhật Bản cũng đang nỗ lực giải quyết ô nhiễm nhựa ngay từ nguồn.
Các nhà khoa học tại Trung tâm Khoa học Vật chất Mới nổi RIKEN, hợp tác với Đại học Tokyo, đã phát triển một loại nhựa mới có khả năng hòa tan hoàn toàn trong nước biển chỉ trong vài giờ. Theo Reuters , không giống như nhựa phân hủy sinh học thông thường, thường tồn tại trong môi trường biển, vật liệu mới này không để lại dấu vết.
Nhựa siêu phân tử của nhóm nghiên cứu sử dụng phản ứng hóa học cầu muối để duy trì tính ổn định trên đất liền nhưng lại hòa tan nhanh chóng trong nước mặn. Sau khi phân hủy, các thành phần của nó có thể phân hủy sinh học và thậm chí hoạt động như phân bón khi được hấp thụ vào đất.
Takuzo Aida, trưởng nhóm dự án, chia sẻ với RIKEN : “Với vật liệu mới này, chúng tôi đã tạo ra một dòng nhựa mới bền, ổn định, có thể tái chế, có nhiều chức năng và quan trọng là không tạo ra vi nhựa” .
Chiến lược hai mũi nhọn cho sức khỏe đại dương
Tiến bộ kép này—làm bay hơi các loại nhựa khó tái chế như PTFE và tạo ra các giải pháp thay thế có thể phân hủy trong đại dương—có thể định hình lại cuộc chiến chống ô nhiễm nhựa của chúng ta.
Một chiến lược giải quyết lượng nhựa bền vững khổng lồ đã được tạo ra. Chiến lược còn lại ngăn chặn rác thải mới trở thành vấn đề. Kết hợp lại, chúng đại diện cho một sự thay đổi mạnh mẽ trong cách chúng ta xử lý nhựa: không phải là gánh nặng vĩnh viễn, mà là một nguồn tài nguyên có thể được chuyển đổi hoặc trả lại cho thiên nhiên một cách an toàn.
Công trình của Nhật Bản báo hiệu những điều có thể thực hiện được khi khoa học đáp ứng được tính cấp bách. Đối với các đại dương đang bị nhấn chìm bởi rác thải tổng hợp và các hệ sinh thái đang phải chịu đựng hậu quả của sự tồn tại dai dẳng của nhựa, những phát triển này chắc chắn sẽ đến sớm hơn dự kiến.
Lan Anh theo freetheocean
