Muhammad Rabnawaz, phó giáo sư tại Trường Bao bì của Đại học bang Michigan, gần đây đã trở thành thành viên của Học viện các nhà phát minh quốc gia. Ý tưởng này được minh họa trong bài báo mới nhất của nhóm ông đăng trên tạp chí Hệ thống bền vững nâng cao.
Rabnawaz và các đồng nghiệp của ông phát hiện ra rằng natri clorua - muối ăn - có thể hoạt động tốt hơn nhiều so với các vật liệu đắt tiền hơn hiện đang được khám phá để giúp tái chế nhựa.
"Thật sự rất thú vị," Rabnawaz nói. “Chúng ta cần những giải pháp đơn giản, chi phí thấp cho những vấn đề lớn như tái chế nhựa.”
Mặc dù nhựa từ lâu đã được quảng bá là vật liệu có thể tái chế nhưng thực tế là gần 90% rác thải nhựa ở Hoa Kỳ được đưa đến các bãi chôn lấp, đốt hoặc gây ô nhiễm môi trường. Một trong những lý do khiến nhựa trở nên dễ sử dụng một lần là do vật liệu thu hồi được từ quá trình tái chế có giá trị đến mức phải tốn tiền và nguồn lực để có được chúng.
Theo dự đoán của nhóm nghiên cứu, muối ăn có thể xoay chuyển tình thế kinh tế và giảm đáng kể chi phí của quá trình tái chế nhiệt phân. Mặc dù Rabnawaz kỳ vọng muối ăn sẽ có tác động vì nó dẫn nhiệt rất tốt nhưng ông vẫn ngạc nhiên trước tác dụng của nó. Anh ấy tin rằng nhóm của anh ấy mới bắt đầu khai thác tiềm năng của muối. Công việc đã thu hút sự chú ý của các ông lớn trong ngành. Trên thực tế, nghiên cứu này được hỗ trợ một phần bởi công ty hàng tiêu dùng đóng gói Conagra Brands. Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ và MSUAgBioResearch cũng cung cấp kinh phí cho công việc này.
Chất xúc tác có giá trị tốt nhất
Nhiệt phân là quá trình phân hủy nhựa thành hỗn hợp đơn giản hơn gồm các hợp chất gốc cacbon, có ba dạng: khí, dầu lỏng và sáp rắn.
Rabnawaz cho biết các thành phần sáp nhìn chung không được mong muốn, nhưng trong các phương pháp nhiệt phân hiện tại, nó có thể chiếm hơn một nửa trọng lượng của sản phẩm. Điều này đúng ngay cả khi sử dụng chất xúc tác, mặc dù hữu ích nhưng thường độc hại hoặc quá đắt trong quá trình quản lý rác thải nhựa.
Ví dụ, bạch kim có đặc tính xúc tác rất hấp dẫn và do đó được sử dụng trong bộ chuyển đổi xúc tác để giảm lượng khí thải độc hại từ ô tô. Nhưng nó cũng rất đắt, đó là lý do vì sao kẻ trộm ăn trộm bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều.
Mặc dù bọn tội phạm khó có thể lấy được vật liệu gốc bạch kim từ các lò phản ứng nhiệt phân nóng bức, nhưng việc cố gắng sử dụng những chất xúc tác này để tái chế nhựa vẫn cần một khoản đầu tư khổng lồ -- hàng triệu hoặc thậm chí hàng trăm triệu đô la, Rabnawaz cho biết. Và hiệu suất xúc tác hiện tại không đủ cao để bù đắp chi phí.
Trong nghiên cứu trước đó, Rabnawaz và nhóm của ông đã phát hiện ra rằng oxit đồng và muối ăn có thể đóng vai trò là chất xúc tác để phân hủy một loại nhựa gọi là polystyrene. Giờ đây, họ đã chứng minh rằng chỉ sử dụng muối ăn có thể loại bỏ sản phẩm phụ sáp được tạo ra trong quá trình nhiệt phân polyolefin - loại polyme chiếm tới 60% rác thải nhựa.
Tham gia cùng Rabnawaz trong dự án có Christopher Saffron, phó giáo sư tại Trường Cao đẳng Nông nghiệp và Tài nguyên Thiên nhiên, học giả thỉnh giảng Mohamed Shaker và nghiên cứu sinh tiến sĩ Vikash Kumar của MSU.
Khi nhiệt phân polyolefin sử dụng muối ăn làm chất xúc tác, nhóm nghiên cứu đã tạo ra hầu hết dầu lỏng chứa các phân tử hydrocarbon tương tự như các phân tử có trong nhiên liệu diesel. Các nhà nghiên cứu cho biết một lợi ích khác của chất xúc tác muối là nó có thể được tái sử dụng. Muối có thể được thu hồi đơn giản bằng cách rửa dầu thu được bằng nước.
Các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng muối ăn giúp nhiệt phân các màng nhựa kim loại hóa, vốn thường được sử dụng trong bao bì thực phẩm, chẳng hạn như túi đựng khoai tây chiên và hiện không được tái chế.
Mặc dù muối ăn nguyên chất không hoạt động tốt hơn chất xúc tác bạch kim-alumina mà nhóm cũng đã thử nghiệm với màng kim loại hóa, nhưng kết quả vẫn tương tự và muối ăn chỉ có giá bằng một phần nhỏ so với chất xúc tác sau.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng màng kim loại hóa dù hữu ích nhưng lại có vấn đề. Anh hình dung ra một thế giới nơi những bộ phim như vậy không còn cần thiết nữa, đó là lý do tại sao nhóm của anh cũng đang nỗ lực thay thế chúng bằng những vật liệu bền vững hơn.
Nhóm cũng sẽ tiếp tục làm việc chăm chỉ để thúc đẩy dự án nhiệt phân của mình. Ví dụ, nhóm nghiên cứu chưa mô tả đầy đủ các sản phẩm khí được tạo ra từ quá trình nhiệt phân muối ăn. Rabnawaz tin rằng nhóm có thể cải tiến phương pháp để sản phẩm lỏng chứa các hóa chất có giá trị hơn việc đốt chúng làm nhiên liệu.
Tuy nhiên, sự trở lại sớm của chiến thuật muối mới của đội là rất đáng khích lệ. Dựa trên phân tích kinh tế sơ bộ, nhanh chóng, nhóm nghiên cứu ước tính rằng một lò phản ứng nhiệt phân thương mại có thể tăng gấp ba lợi nhuận chỉ bằng cách thêm muối ăn.