Phương pháp mới biến túi rác thành nhiên liệu
Một công bố gần đây trên tạp chí Science về một phương pháp mới có thể dùng chất xúc tác để phân tách các loại nhựa dẻo, mềm polyethylene và chuyển chúng sang các dạng nhiên liệu lỏng hoặc các hóa chất có ích khác, mang lại tiềm năng lợi ích to lớn từ hàng triệu tấn rác thải nhựa con người bỏ đi mỗi năm.
Rác thải nhựa đang là một trong những thủ phạm hàng đầu cho tình trạng ô nhiễm môi trường hiện nay
Đó là kết quả nghiên cứu của ba nhóm thuộc trường Đại học California, Irvine (do Zhibin Guan dẫn đầu); Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Thượng Hải (do Zheng Huang dẫn đầu); và trường Đại học Bắc Carolina, Chapel Hill (do Maurice Brookhart dẫn đầu) liên quan tới polyethylene, một loại nhựa được tạo thành từ nhiều ethylene, hợp chất hydrocarbon gồm hai đơn nguyên tử carbon và bốn nguyên tố hydrogen. Các chất xúc tác giúp kết nối hàng triệu ethylene này thành những chuỗi dài theo đường thẳng hoặc phân nhánh, theo đó sẽ xác định được độ cứng, dai, và độ dày của polyethylene thành phẩm. Với kết cấu như vậy, thông thường, các polyethylene sẽ khó phân tách bởi tất cả các liên kết giữa các nguyên tử đều là liên kết đơn vốn có độ bền vững rất cao. Để thay đổi điều này, các nhà khoa học đã sử dụng hai chất xúc tác post-metallocene do nhà hóa học Maurice Brookhart phát triển; hai chất xúc tác này thường dùng để gắn kết các hydrocarbon ngắn (gọi là các alkane) lại với nhau thành các chuỗi hydrocarbon dài và có giá trị hơn, như những chuỗi hydrocarbon trong dầu diesel.
Khi đưa hai chất xúc tác này vào một hỗn hợp alkane ngắn, chất xúc tác thứ nhất sẽ tách các nguyên tử hydrogen khỏi các nguyên tử carbon liền kề trong các phân tử alkane đơn. Các nguyên tử tự do mới này lại hình thành mối liên kết với nhau, tạo thành một mối liên kết đôi giữa các nguyên tử carbon bên cạnh. Những mối liên kết đôi này tạo ra một mắt xích yếu trong các chuỗi alkane ngắn, cũng là một điểm yếu mà chất xúc tác thứ hai tấn công vào để chia tách chuỗi alkane. Sau đó, các alkane bị chia tách này lại phản ứng với nhau và tạo thành một hỗn hợp gồm những alkane có độ dài ngắn và trung bình (alkane có độ dài trung bình thường chứa 10-12 nguyên tử carbon, một công thức hoàn hảo để tạo nên dầu diesel).
Để tìm hiểu xem liệu quá trình trên có áp dụng theo chiều ngược lại để chia tách các polyethylene dài, có thể chứa tới hàng triệu nguyên tử carbon không, Guan và Huang đã trộn các chất thải polyethylene như túi đựng rác với các dung dịch alkane ngắn rồi đổ hai chất xúc tác trên vào. Kết quả là, chất xúc tác đầu tiên vẫn tách các hydrogen khỏi các nguyên tử carbon liền kề trong cả các chuỗi polyethylene dài và các alkane ngắn để hình thành các liên kết đôi; chất xúc tác thứ hai chia tách các phân tử rồi lại ngẫu nhiên gắn các phân tử này lại với nhau. Và như vậy, chúng tiếp tục tách nhỏ các chuỗi polyethylene dài cho tới khi chuỗi có độ dài bằng các chuỗi tìm thấy trong các nhiên liệu và các hợp chất hydrocarbon giá trị khác.
Brookhart đề cao sáng tạo trong cách sử dụng hai chất xúc tác mà nhóm nghiên cứu của ông phát triển được, nhưng ông cũng lưu ý rằng cần phải nghiên cứu thêm thì mới có thể đưa phương pháp này vào sử dụng trong thương mại. Bởi trước hết, các chất xúc tác này thực hiện quá trình phân tách polyethylene rất chậm chạp, có thể kéo dài một ngày hoặc hơn. Ngoài ra, việc phát triển các chất xúc tác này khá tốn kém và chỉ phân tách đường một vài nghìn chuỗi polymer, ít hơn nhiều so với con số hàng triệu polymer bị phân tách khi sử dụng các chất xúc tác khác đang được lưu hành trên thị trường. Hiện Guan và các đồng nghiệp đang tìm cách khắc phục những vấn đề trên với hy vọng rằng trong tương lai, họ có thể khai thác được những giá trị mới từ hàng triệu tấn rác thải nhựa mà con người bỏ đi mỗi năm.
Thu Trang dịch theo Science
