Thống kê của các nhà khoa học, mỗi năm, thế giới thải ra đại dương nửa triệu tấn rác nhựa. Việt Nam được xếp vào tốp đầu những nước thải nhiều rác nhựa ra biển ở châu Á, xếp thứ tư sau Trung Quốc, Thái Lan và Philipin. Trên đất liền rác nhựa cũng chiếm một phần không nhỏ trong rác thải sinh hoạt hàng ngày. Các nghiên cứu cho thấy, rác nhựa tồn tại trong tự nhiên phải 400 năm mới tự phân hủy. Để giảm thiểu những tác hại nghiêm trọng của rác thải nhiều quốc gia đã nghiên cứu và phát triển phương pháp xử lý rác thải thành dầu thô.

Cụ thể, dù nổi tiếng về độ sạch sẽ và hiệu quả, Nhật Bản thải gần 40 kg rác thải nhựa dùng một lần tính theo đầu người mỗi năm, tỷ lệ thuộc hàng cao nhất thế giới. Thách thức này thôi thúc người Nhật tìm kiếm những giải pháp mới để xử lý rác thải. Theo đó, Công ty Nhật Bản Environment Energy đang lên kế hoạch mở nhà máy thương mại vào năm 2025, góp phần cách mạng hóa tái chế rác thải nhựa. Phương pháp tiên tiến mang tên HICOP (sản xuất dầu hiệu suất cao) của công ty hứa hẹn biến đổi rác thải nhựa thành dầu thô, có thể xử lý 20.000 tấn rác thải nhựa hàng năm.

Theo giám đốc điều hành Environment Energy là Suji Noda, quá trình HICOP áp dụng cracking xúc tác, phương pháp dùng trong lọc dầu để phân hủy phân tử nhựa ở nhiệt độ lên tới 450 độ C. Cách này cung cấp một số lợi thế so với phương pháp tái chế thông thường. Nó an toàn hơn so với chưng khô, công nghệ sử dụng nhiệt độ cực cao để phân hủy nhựa. HICOP tạo ra dầu chất lượng cao bao gồm 50% gasoline và 50% diesel, có thể xử lý khoảng 120 tấn rác thải mỗi tháng với thời gian hao phí tối thiểu. Dầu thu được có thể dùng làm nhiên liệu, sưởi ấm nhà cửa, hoặc vật liệu thô để sản xuất nhựa mới.

Nhật Bản nghiên cứu phát triển phương pháp xử lý hóa học hứa hẹn biến đổi rác thải nhựa thành dầu thô. Ảnh: VnExpress

Phương pháp HICOP đánh dấu bước tiến quan trọng hướng tới tái chế hóa học. Khác với tái chế cơ học đòi hỏi nghiền và tái sử dụng nhựa, tái chế hóa học phân hủy vật chất thành nhiều thành phần, cho phép ứng dụng đa dạng hơn và tạo ra sản phẩm chất lượng cao hơn. Quá trình bắt đầu với chất xúc tác bám vào bề mặt nhựa, phân hủy vật liệu thành các mẩu nhỏ hơn, cuối cùng biến đổi chúng thành khí hydrocarbon. Những khí này sau đó được cô đặc thành dầu thô. Sử dụng chất xúc tác khiến phản ứng nhẹ hơn so với chưng khô, tăng cường độ an toàn và hiệu quả.

Một trong những khía cạnh hứa hẹn nhất là độ linh hoạt. Hệ thống này có thể xử lý rác thải nhựa hỗn hợp, bao gồm PVC với độ ô nhiễm cực thấp. Lợi thế đó rất quan trọng trong ứng dụng thực tế, khi phân loại rác thải nhựa thường là thách thức lớn.

Tái chế cơ học vẫn chiếm tỷ lệ lớn (hơn 20%) trong xử lý rác thải nhựa ở Nhật Bản hiện nay. Phương pháp này bao gồm phân loại, rửa sạch và nghiền nhỏ rác thải nhựa, nhưng đòi hỏi đầu vào sạch và cho sản phẩm chất lượng thấp với mùi nồng nặc và màu sắc kém thu hút.

Phương pháp xử lý hóa học như trên chỉ chiếm 4% quá trình xử lý rác thải nhựa tại Nhật Bản và có thể đáp ứng một phần lớn nhu cầu xử lý rác thải nhựa của Nhật Bản thông qua cung cấp giải pháp hiệu quả và linh hoạt hơn.

Trước đó các nhà khoa học thuộc miền Trung nước Nga đã nghiên cứu và đưa vào ứng dụng công nghệ tái chế nhựa cho phép biến rác nhựa thành nguyên liệu đầu vào để thu hồi xăng, dầu và than bán cốc.

Giải pháp cốt lõi của phương pháp này là công nghệ nhiệt phân trong môi trường yếm khí. Khi đó rác nhựa được đốt nóng lên đến nhiệt độ cao nhất định, các kết cấu nhựa bị phân rã chuyển thành dạng khí. Khí này được làm lạnh ngưng tụ thành chất lỏng dầu, sau đó thu được xăng dầu theo yêu cầu. Các thành phần chất rắn được kết tinh lại trong quá trình nhiệt phân là than chất lượng cao gọi là than bán cốc. Trong quá trình ngưng tụ, khí không xử lý hết được dẫn ra ngoài và quay vòng trở lại để làm nhiên liệu đốt vận hành hệ thống xử lý rác mà không phải dùng điện hay các nguồn năng lượng khác.

Một ưu việt nữa của công nghệ này là tổ hợp lò nhiệt phân không thải ra môi trường bất kỳ chất độc hại nào, nên được gọi là công nghệ sạch, thân thiện môi trường.

Khảo sát của các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cho thấy, với công suất xử lý khoảng 7 tấn nhựa một ngày, hệ thống thiết bị cần đầu tư gần 7 tỷ đồng. Sau xử lý sẽ thu hồi được 3 tấn xăng, dầu và 2,5 tấn than bán cốc.

Dung dịch dầu thu hồi là FO và diesel đạt chất lượng, có thể dùng ngay. Với xăng sẽ cần thêm một thiết bị phụ trợ để xử lý thành xăng tiêu chuẩn EURO 4 và EURO 5. Thiết bị này được cho là không quá đắt.

Trước đó năm 2016, nhà hóa học người Trung Quốc Zhibin Guan, Đại học California cùng Viện hóa học hữu cơ Thượng Hải (Trung Quốc) từng sử dụng chất xúc tác hóa học để phân giải nhựa.

Các nhà khoa học này đã tìm cách tách nguyên tử hydro trong hợp chất, khiến các nguyên tử carbon buộc phải liên kết với nhau. Trong quá trình liên kết, chất xúc tác tiếp tục bẻ gãy khiến carbon liên kết với hydro. Quá trình này lặp lại liên tục, giúp các nhà khoa học thay đổi được cấu trúc của polyethylene tạo thành dầu diesel và xăng.

Tại Việt Nam, Trung tâm Nghiên cứu công nghệ Lọc hóa dầu, Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu công nghệ nhiệt phân nhựa và cao su ở nhiệt độ cao thành dạng khí rồi ngưng tụ, tách lấy dầu FO. Phương pháp được nhóm nghiên cứu sử dụng là nhiệt phân nhựa, cao su phế thải ở nhiệt độ cao thành dạng khí rồi ngưng tụ. Lượng dầu thu được sẽ được tách ra nhờ đặc tính nổi trên nước của dầu.

Hệ thống này cho phép chuyển hóa tối đa 60-70% khối lượng cao su, nhựa thải thành dầu FO sử dụng làm nhiên liệu đốt lò trong công nghiệp nồi hơi, lò nung, lò đốt dạng bay hơi, dạng ống khói hoặc cho các loại động cơ đốt trong của tàu biển... Dù có nhiều giải pháp công nghệ được các nhà khoa học công bố, song việc ứng dụng vào thực tế ở Việt Nam còn hạn chế và rác thải nhựa vẫn là vấn đề nhức nhối.

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3750:2016 về dầu thô và sản phẩm dầu mỏ- phương pháp xác định asphalten (không tan trong heptan)

Asphalten là các phân tử hữu cơ có khối lượng phân tử và tỷ lệ cacbon- hydro cao nhất thường xuất hiện trong dầu thô và sản phẩm dầu mỏ có chứa cặn. Chúng có thể gây ra một số vấn đề trong quá trình tồn chứa và sử dụng nếu vẩn của các phân tử asphalten bị khuấy động qua ứng suất dư hoặc không tương thích. Chúng cũng là những phân tử cháy cuối cùng khi đốt và do đó có thể là một nguyên nhân khi nhiên liệu cháy có khói đen. Thông thường, thành phần của chúng gồm lượng lớn không tỷ lệ giữa lưu huỳnh, nitơ, và các kim loại có trong dầu thô hoặc sản phẩm dầu mỏ.

Để hạn chế các phân tử asphalten Bộ Khoa học và Công nghệ công bố TCVN 3750:2016 nhằm đưa ra các hướng dẫn phương pháp xác định hàm lượng asphalten không tan trong heptan của phân đoạn gas oil, nhiên liệu điêzen, cặn FO, dầu bôi trơn, bitum và dầu thô được chưng cất đến nhiệt độ 260 °C. Các giá trị độ chụm được áp dụng cho hàm lượng asphalten nằm trong khoảng từ 0,5% đến 30% khối lượng. Các giá trị nằm ngoài khoảng này vẫn hợp lệ nhưng có thể không có cùng các giá trị độ chụm.

Dầu có chứa chất phụ gia có thể đưa ra kết quả sai. Các giá trị tính theo hệ SI là giá trị tiêu chuẩn. Không sử dụng hệ đo khác trong tiêu chuẩn này. Tiêu chuẩn này không đề cập đến tất cả các vấn đề liên quan đến an toàn khi sử dụng. Người sử dụng tiêu chuẩn này có trách nhiệm thiết lập các nguyên tắc về an toàn và bảo vệ sức khỏe cũng như khả năng áp dụng phù hợp với các giới hạn quy định trước khi đưa vào sử dụng.