Tìm ra loại polymer mới có thể giải quyết cuộc khủng hoảng rác thải nhựa

Loại nhựa polymer mới, có thể dễ dàng bị phân giải rồi tái cấu trúc lại thành một vật dụng khác, giống như chơi lắp ghép lego.

Trong nhiều thập kỉ nay, việc giảm lượng chất thải và tái chế chúng, đặc biệt là những sản phẩm từ nhựa – luôn là một trong đề tài tốn khá nhiều giấy mực của các nhà báo trên toàn thế giới. Cụ thể như mọi người có thể tìm ra các mã tái chế được đóng dấu dưới đáy hộp, chai, lọ được làm từ nhựa  để phân loại và tái chế thành những sản phẩm mới có ích.

Ý nghĩa mã tái chế dưới đáy của đồ dùng bằng nhựa.

Thật không may, một số loại nhựa không tái chế dễ dàng như những loại khác, qua đó hạn chế khả năng tái sử dụng chúng trong các sản phẩm mới. Hệ quả là mỗi năm có đến 8 triệu tấn rác nhựa lọt ra ngoài đại dương.

Thay vì nghiên cứu để giải quyết đống rác nhựa này thì các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã thiết kế ra 1 loại nhựa mới. Tuy nhiên, loại nhựa mới này có thể giải quyết tất cả.

Loại nhựa polymer mới, có thể dễ dàng bị phân giải rồi tái cấu trúc lại thành một vật dụng khác, giống như chơi lắp ghép lego.

"Phần lớn rác nhựa thậm chí chưa bao giờ được tái chế. Nhưng đây là phương pháp mới, cho phép chúng ta nhìn câu chuyện tái chế từ góc độ phân tử", Peter Christensen, nhà hóa học tham gia nghiên cứu, cho hay.

Nhóm nghiên cứu (từ trái sang): Peter Christensen, Kathryn Loeffler, và Brett Helms. (Credit: Marilyn Chung/Berkeley Lab).

Về cơ bản, tất cả nhựa hiện nay nay có nguồn gốc chủ yếu từ các sản phẩm dầu mỏ như dầu thô. Chúng có cấu tạo là những chuỗi đơn phân lặp đi lặp lại, tạo thành một mang lưới. Mạng lưới này có thể được pha trộn với nhiều hóa chất, cho phép chúng có tính chất đa dạng, phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Trong số này, có những loại nhựa dễ dàng bị phân giải để đưa vào quy trình tái chế, nhưng đa số thì không. Nhựa để làm ra một chai nước sẽ khác với nhựa làm đồ chơi, nên nếu nung chảy tất cả thì chúng ta sẽ thu được một hỗn hợp rất không ổn định, hay nói cách khác là... vô dụng.

Christensen và nhóm của ông đã phát hiện ra một loại polymer, được gọi là Polydiketoenamine, hoặc PDK. Nó được tạo thành từ các đơn phân có tên diketoenamine - hợp chất được tạo thành bằng việc gắn triketone với một amine. Nhựa với chuỗi poly (diketoenamine) - hay PDK có thể dễ dàng bị phá hủy, đưa về dạng đơn phân chỉ cần ngâm trong acid với thời gian khoảng 12h đồng hồ.

Chuỗi polymer bị phá vỡ dễ dàng về mặt lý thuyết sẽ cho phép chúng ta tách và tái tạo lại nhựa liên tục, không giới hạn, tạo ra vòng tái chế khép kín cho nhựa.

Các nhà nghiên cứu còn thử cho thêm một số tạp chất khác vào PDK trước khi phân giải trong acid - như sợi thủy tinh, hợp chất dễ cháy và các chất phụ gia. Kết quả thật đáng kinh ngạc: hỗn hợp phân giải chỉ cần qua một vài bước đơn giản khác là có thể loại bỏ các tạp chất, sẵn sàng để chế tạo các sản phẩm mới.

Mỗi năm có đến 8 triệu tấn rác nhựa lọt ra ngoài đại dương.

Để có thể tái chế và thực sự giải quyết cuộc khủng hoảng nhựa toàn cầu, và khiến quá trình này hiệu quả, đơn giản nhất có thể thì loại nhựa mới được phát triển tại Berkeley Lab có khả năng đáp ứng nhu cầu này.

"Với PDK, các liên kết bất biến của nhựa thông thường được thay thế bằng liên kết thuận nghịch cho phép nhựa được tái chế hiệu quả hơn", trưởng nhóm nghiên cứu Brett Helms nói .

Tuy nhiên, hiện tại, PDK chỉ được tái chế trong phòng thí nghiệm và nhóm nghiên cứu chưa thử nghiệm ở quy mô công nghiệp.

Đây không phải là polymer duy nhất có thể cải thiện khả năng tái chế nhựa. Năm ngoái, các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Colorado phát triển một loại nhựa mới mang tên Gamma-Butyrolactone (GBL). Chỉ cần đun nóng polymer này trong khoảng 220 - 300^oC, nó sẽ tự động phân rã thành các đơn phân tử GBL. Khi ta thu được đơn phân tử, chúng lại có thể kết hợp trở lại thành polymer, nếu nhiệt độ môi trường hạ xuống -40^oC.

Hiện tại, nỗ lực tái chế nhựa tại các quốc gia thực sự là không đủ. Tại Mỹ, họ chỉ có thể giải quyết được 1/4 số rác nhựa PET (thường dùng làm chai nước). Số còn lại được tống ra bãi rác. Chính vì thế bất cứ ý tưởng nào cho phép chúng ta tái chế nhựa dễ dàng hơn cũng cần gấp rút đi vào hiện thực, bởi chúng ta cần nó.