Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Joule, các nhà khoa học thuộc Khoa Hóa học Yusuf Hamied, Đại học Cambridge (Anh) cho hay, 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 rác thải nhựa khó tái chế và axit thu hồi từ ắc quy ô tô cũ.
Theo thống kê, mỗi năm, thế giới sản xuất hơn 400 triệu tấn nhựa nhưng 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 ảnh hưởng tới môi trường. Xuất phát từ tình hình đó, nhóm nghiên cứu thuộc Khoa Hóa học Yusuf Hamied kỳ vọng công nghệ “tái tạo quang năng bằng axit” có thể góp phần giải quyết vấn đề rác thải toàn cầu.
Nhóm nghiên cứu cho hay điểm đặc biệt của công nghệ mới 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, họ 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 chia sẻ, phát hiện này gần như đến một cách tình cờ. 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. Tuy nhiên, chất xúc tác mà nhóm phát triển lại có khả năng chống ăn mòn rất tốt, qua đó mở ra một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới.
Các nhà khoa học 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.
Nghiên cứu sinh tiến sĩ Kay Kwarteng và là tác giả chính của nghiên cứu giải thích, 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. Nghiên cứu mới đã tìm ra hướng giải quyết cho vấn đề này.
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 ví dụ như 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 cũng như 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.
Đặc biệt, phương pháp mới 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 thế giới 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 biết, nếu có thể thu hồi axit trước khi trung hòa thì 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.
Các nhà khoa học cho hay, 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.
