Nghiên cứu do nhóm chuyên gia thuộc Khoa Hóa học Yusuf Hamied thực hiện và đã được công bố trên tạp chí khoa học Joule.

Theo các nhà nghiên cứu, công nghệ mới có thể trở thành giải pháp thay thế rẻ hơn và bền vững hơn so với nhiều phương pháp tái chế hóa học hiện có, mở ra hướng đi đầy triển vọng trong việc xử lý đồng thời hai loại chất thải gây ô nhiễm lớn hiện nay.

Mỗi năm, thế giới sản xuất hơn 400 triệu tấn nhựa, song chỉ khoảng 18% trong số đó được tái chế. Phần lớn lượng nhựa còn lại bị chôn lấp, đốt bỏ hoặc rò rỉ ra môi trường tự nhiên, gây áp lực nghiêm trọng lên hệ sinh thái. Trong bối cảnh đó, nhóm nghiên cứu kỳ vọng công nghệ “tái tạo quang năng bằng axit” có thể góp phần giảm gánh nặng rác thải toàn cầu.

Điểm đặc biệt của công nghệ này nằm ở việc tận dụng axit sulfuric thu hồi từ các bình ắc quy ô tô đã qua sử dụng để phân hủy nhựa phế thải. Thông thường, loại axit này sau khi được trung hòa sẽ trở thành chất thải cần xử lý. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách tái sử dụng nó như một thành phần quan trọng trong quá trình chuyển hóa nhựa.

Giáo sư Erwin Reisner, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết phát hiện này gần như đến một cách tình cờ. Theo ông, trước đây giới khoa học thường tránh sử dụng axit trong các hệ thống năng lượng mặt trời vì tính ăn mòn rất mạnh của chúng.

“Chúng tôi từng cho rằng axit là điều cấm kỵ trong các hệ thống năng lượng mặt trời bởi e ngại nó sẽ phá hủy toàn bộ hệ thống. Thế nhưng chất xúc tác mà nhóm phát triển lại có khả năng chống ăn mòn rất tốt, và điều đó đã mở ra một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới”, ông nói.

Để đạt được kết quả này, các nhà khoa học đã phát triển một chất xúc tác quang đặc biệt có thể hoạt động ổn định trong môi trường axit mạnh. Đây được xem là bước đột phá quan trọng, bởi trước đó chưa có chất xúc tác giá rẻ nào vừa đủ bền, vừa có khả năng mở rộng quy mô công nghiệp trong điều kiện như vậy.

Theo nghiên cứu sinh tiến sĩ Kay Kwarteng, tác giả chính của công trình, axit từ lâu đã được dùng để phá vỡ cấu trúc nhựa, nhưng hạn chế lớn nhất là thiếu vật liệu xúc tác phù hợp.

“Khi giải quyết được vấn đề này, chúng tôi nhận ra hệ thống có rất nhiều ưu điểm”, Kwarteng cho biết.

Trong quy trình mới, rác thải nhựa như chai nước giải khát, sợi nylon hay bọt polyurethane sẽ được xử lý bằng axit từ ắc quy cũ để phá vỡ các chuỗi polymer dài thành những hợp chất hóa học đơn giản hơn, chẳng hạn ethylene glycol. Sau đó, dưới tác động của ánh sáng mặt trời và chất xúc tác quang, các hợp chất này tiếp tục được chuyển hóa thành hydro sạch và axit axetic, thành phần chính của giấm.

Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy lò phản ứng tạo ra sản lượng hydro cao, đồng thời sản sinh axit axetic với độ chọn lọc lớn. Hệ thống cũng duy trì hoạt động ổn định hơn 260 giờ liên tục mà không suy giảm hiệu suất đáng kể.

Một ưu điểm khác của công nghệ là khả năng xử lý nhiều loại nhựa vốn rất khó tái chế hiện nay, bao gồm nylon và polyurethane. Đây là nhóm vật liệu mà nhiều công nghệ tái chế nâng cấp (upcycling) hiện tại gần như chưa xử lý hiệu quả ngoài nhựa PET thông thường.

Đặc biệt, phương pháp này không chỉ hoạt động với axit tinh khiết trong phòng thí nghiệm mà còn tương thích với axit thực tế thu hồi từ ắc quy ô tô đã qua sử dụng. Theo nhóm nghiên cứu, các loại ắc quy này thường chứa từ 20-40% axit theo thể tích và đang bị thải bỏ với số lượng rất lớn trên toàn cầu mỗi năm.

Thông thường, chì trong ắc quy sẽ được tái chế để bán lại, còn phần axit sau khi trung hòa lại trở thành một dạng chất thải khác. Nhóm nghiên cứu cho rằng đây là nguồn tài nguyên chưa được khai thác đúng mức.

“Nếu có thể thu hồi axit trước khi trung hòa, chúng ta hoàn toàn có thể tái sử dụng nó nhiều lần để phân hủy nhựa. Điều này vừa giảm chi phí xử lý môi trường, vừa góp phần tạo ra hydro sạch”, Kwarteng nhấn mạnh.

Các nhà khoa học cũng cho biết công nghệ mới có khả năng giảm chi phí tới khoảng 10 lần so với nhiều phương pháp tái tạo quang năng hiện nay. Nguyên nhân là nhờ axit giúp tăng tốc độ sản xuất hydro và có thể tái sử dụng thay vì bị tiêu hao trong quá trình phản ứng.

Dù vậy, nhóm nghiên cứu thừa nhận vẫn còn nhiều thách thức kỹ thuật cần giải quyết, đặc biệt là việc chế tạo các lò phản ứng đủ bền để vận hành lâu dài trong môi trường ăn mòn mạnh.

Theo Giáo sư Reisner, công nghệ này không nhằm thay thế hoàn toàn các phương pháp tái chế truyền thống, mà đóng vai trò bổ trợ bằng cách xử lý những loại nhựa hỗn hợp hoặc nhựa ô nhiễm vốn chưa có hướng tái sử dụng hiệu quả.

“Chúng tôi không khẳng định sẽ giải quyết toàn bộ cuộc khủng hoảng rác thải nhựa toàn cầu. Nhưng nghiên cứu này cho thấy rác thải hoàn toàn có thể trở thành tài nguyên giá trị nếu được khai thác đúng cách. Việc sử dụng ánh sáng mặt trời và axit từ ắc quy bỏ đi để tạo ra hydro sạch là một hướng đi rất triển vọng”, ông nói.