Mỗi năm, thế giới sản xuất hơn 460 triệu tấn nhựa, phần lớn trong số đó khó phân hủy và gây ô nhiễm môi trường. Các phương pháp xử lý truyền thống như đốt hoặc chôn lấp không chỉ lãng phí tài nguyên mà còn phát sinh chất ô nhiễm. Trong bối cảnh đó, một nghiên cứu đột phá từ Trung Quốc đã biến rác thải nhựa thành nhiên liệu máy bay với chi phí rẻ, hứa hẹn một giải pháp bền vững.
Nhóm nghiên cứu thuộc #ViệnHànLâmKhoaHọcTrungQuốc phối hợp với Đại học Phục Đán đã phát triển một quy trình hóa học mới, tập trung vào quá trình hydro hóa cắt mạch (hydrogenolysis) đối với polyolefin. Polyolefin, chủ yếu gồm polyethylene và polypropylene, chiếm hơn 60% lượng rác thải nhựa trên thế giới. Đây là nhóm vật liệu có tính trơ hóa học cao, khiến việc tái chế gặp nhiều trở ngại.
Nhiên liệu hàng không chủ yếu được tạo thành từ các hydrocarbon có chuỗi carbon từ C8 đến C16. Quá trình chuyển đổi polyolefin có thể ví như việc cắt một tấm lưới đánh cá thành những đoạn có độ dài phù hợp: nếu cắt quá ngắn sẽ tạo ra khí methane không giá trị, nếu để quá dài thì không đáp ứng yêu cầu làm nhiên liệu. Yếu tố quyết định của công nghệ này là các chất xúc tác kim loại, đóng vai trò tạo ra các vị trí hoạt động giúp cắt và tái sắp xếp các liên kết carbon-carbon một cách có chọn lọc.
Trong quá trình hydro hóa cắt mạch polyolefin, các liên kết carbon-carbon ở hai đầu chuỗi phân tử bị phá vỡ dễ dàng hơn nhiều so với các liên kết nằm ở giữa. Hệ quả là phản ứng chủ yếu tạo ra các sản phẩm dạng khí như methane, thay vì các hydrocarbon lỏng cần thiết. Sự mất cân bằng này từ lâu đã trở thành nút thắt cản trở việc chuyển đổi polyolefin thành sản phẩm lỏng có giá trị.
Tiếp nối các nghiên cứu từ năm 2023, nhóm nghiên cứu đã xây dựng thành công cơ chế phản ứng giúp phân cắt có chọn lọc polyolefin để tạo ra các thành phần nhiên liệu phản lực thuộc dải C8-C16. Họ phát triển một chất xúc tác mới bằng cách bổ sung cobalt vào hệ xúc tác gồm nickel và silica. Việc bổ sung cobalt giúp điều chỉnh trạng thái điện tử của nickel, nâng cao hiệu quả xúc tác và hạn chế hiện tượng phân cắt quá mức. Nhờ vậy, chất xúc tác mới tạo ra tỷ lệ cao các hydrocarbon C8-C16 – nhóm hợp chất phù hợp để sản xuất nhiên liệu hàng không.
Một ưu điểm đáng chú ý là, khác với các phương pháp trước đây phụ thuộc vào kim loại quý đắt tiền, nickel và cobalt đều là những nguyên tố phổ biến, chi phí thấp. Đây được xem là lợi thế quan trọng nếu công nghệ được thương mại hóa trong tương lai. Dù vậy, công nghệ này vẫn còn nhiều thách thức. Các kết quả hiện mới được chứng minh ở quy mô phòng thí nghiệm và cần thêm nghiên cứu để mở rộng sang quy mô công nghiệp. Bên cạnh đó, nhựa phế thải phải được xử lý sơ bộ hiệu quả, vì tạp chất có thể nhanh chóng làm giảm hoạt tính của chất xúc tác.
Đánh giá vòng đời công nghệ cho thấy, nếu sử dụng năng lượng tái tạo để vận hành, quy trình này có thể cắt giảm tới 80% lượng phát thải khí nhà kính so với các phương pháp sản xuất nhiên liệu truyền thống. Kết quả này cho thấy công nghệ không chỉ mở ra hướng nâng cao giá trị của rác thải nhựa mà còn góp phần thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang các giải pháp năng lượng xanh. Với tiềm năng to lớn, nghiên cứu này là bước tiến quan trọng trong lĩnh vực #TáiChếNhựa và #NăngLượngXanh. Các nhà khoa học hy vọng rằng công nghệ này sẽ sớm được ứng dụng rộng rãi, góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm nhựa toàn cầu và cung cấp nhiên liệu sạch cho ngành hàng không. Sự kết hợp giữa #KhoaHọcCôngNghệ và bảo vệ môi trường đang mở ra những cơ hội mới cho tương lai bền vững.
