Công nghệ biến hỗn hợp rác thải nhựa thành nhiên liệu hydro sạch

Hình minh họa quá trình xử lý nhiệt để sản xuất hydro.

Nghiên cứu do các nhà khoa học tại Đại học California, Los Angeles (UCLA) phối hợp với các nhà nghiên cứu Hàn Quốc thực hiện, tập trung vào một phương thức được gọi là xử lý nhiệt kiềm (ATT). Công nghệ này được phát triển dựa trên phương pháp trước đây từng được nhóm nghiên cứu sử dụng để chuyển đổi tảo biển thành hydro có độ tinh khiết cao.

Quy trình ATT sử dụng natri hydroxit kết hợp với nhiệt để thúc đẩy quá trình sản xuất hydro. Khi thử nghiệm trên hỗn hợp gồm 3 loại nhựa được sử dụng phổ biến là polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE) và polypropylene (PP), phương pháp này tạo ra khí hydro có độ tinh khiết trên 90% mà không cần phân loại từng loại nhựa.

Theo bà Ah-Hyung Park, kỹ sư hóa học và sinh học phân tử tại UCLA, đồng trưởng nhóm nghiên cứu, công nghệ này hướng tới giải quyết đồng thời hai vấn đề cấp bách trên toàn cầu: lượng rác thải nhựa ngày càng gia tăng và nhu cầu phát triển nguồn hydro sạch để giảm phát thải carbon trong lĩnh vực năng lượng.

Một ưu điểm đáng chú ý của quy trình ATT là quá trình hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn khoảng 300-400 độ C so với một số phương pháp sản xuất hydro khác. Bên cạnh đó, khoảng 75% phụ phẩm carbon được giữ lại dưới dạng chất rắn thay vì phát thải trực tiếp vào khí quyển dưới dạng carbon dioxide (CO2).

Các nhà nghiên cứu cho rằng việc giảm đáng kể lượng CO2 phát thải trực tiếp cho thấy việc sản xuất hydro bằng ATT có thể có lợi thế về môi trường so với các quy trình truyền thống.

Để nâng cao hiệu quả xử lý, nhóm nghiên cứu tiến hành tiền xử lý nhựa PE và PP bằng cách gia nhiệt và oxy hóa. Quá trình này đưa oxy vào các chuỗi polymer, giúp nhựa trở nên dễ phản ứng hơn. Đây là bước quan trọng bởi PE và PP vốn thiếu oxy, khiến chúng có khả năng chống lại các quá trình xử lý hóa học và gây khó khăn cho việc chuyển đổi hỗn hợp nhựa chưa phân loại.

Theo nhóm nghiên cứu, việc kết hợp nhiệt độ vận hành thấp hơn, khả năng thu giữ carbon và khả năng xử lý hỗn hợp nhiều loại nhựa giúp quy trình ATT trở thành một hướng tiềm năng để “nâng cấp” rác thải nhựa thành nhiên liệu hydro sạch.

Đáng chú ý, các loại nhựa được thử nghiệm đều là những vật liệu phổ biến trong đời sống, được sử dụng để sản xuất nhiều sản phẩm như ống hút, túi, hộp đựng và chai nước. Đây cũng là những loại nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ và góp phần đáng kể vào cuộc khủng hoảng ô nhiễm nhựa toàn cầu.

Tuy nhiên, công nghệ này vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu và cần được phát triển thêm trước khi có thể ứng dụng trên quy mô thương mại. Thử nghiệm hiện chỉ mới được tiến hành với những mẫu nhựa có kích thước nhỏ. Theo các nhà khoa học, quy trình ATT cần được tiếp tục tối ưu hóa để nâng cao hiệu suất tạo hydro, giảm phát thải carbon và duy trì nhiệt độ xử lý tương đối thấp khi mở rộng quy mô.

Nghiên cứu cũng mở ra hướng tiếp cận mới trong việc tìm kiếm nguồn hydro bền vững. Hydro thường được xem là nhiên liệu sạch vì quá trình sử dụng chỉ tạo ra hơi nước. Tuy nhiên, mức độ thân thiện với khí hậu của loại nhiên liệu này phụ thuộc lớn vào phương pháp sản xuất. Phần lớn hydro hiện nay được tạo ra từ khí đốt tự nhiên, một loại nhiên liệu hóa thạch, thông qua quy trình tiêu tốn nhiều năng lượng và phát thải lượng lớn CO2.

Nếu có thể được mở rộng quy mô, công nghệ ATT có khả năng đồng thời tận dụng nguồn rác thải nhựa, thu giữ carbon và tạo ra hydro, qua đó góp phần giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Ông Woo-Jae Kim, kỹ sư hóa học và nhà khoa học vật liệu tại Đại học Nữ sinh Ewha (Hàn Quốc), nhận định việc giảm chi phí phân loại và đơn giản hóa quy trình có thể giúp tháo gỡ những rào cản lớn đối với thương mại hóa. Theo ông, công nghệ này có tiềm năng trở thành một giải pháp quan trọng trong thế hệ công nghệ tiếp theo, hỗ trợ cả nền kinh tế hydro và mô hình kinh tế tuần hoàn.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí PNAS.

Minh Nguyễn (theo Science Alert)