Thay đổi công thức nhựa

Nhiều sản phẩm nhựa hiện được làm từ loại polime có tên gọi polyethylene terephthalate (PET) hay polyester. Trên thế giới, khoảng 50 triệu tấn nhựa PET được sản xuất mỗi năm cho các mặt hàng như vải, thiết bị điện tử, chai đựng đồ uống tái chế và các sản phẩm chăm sóc cá nhân.

PET được làm từ hai thành phần acid terephthalic và ethylene glycol có nguồn gốc từ dầu mỏ tinh chế và khí thiên nhiên. Hoạt động sản xuất PET gây phát thải một lượng lớn CO2, khí nhà kính gây nóng lên toàn cầu.

"Việc sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch kết hợp với năng lượng cần để sản xuất nhựa PET, thải ra hơn 4 tấn CO2/1 tấn PET", PGS. Matthew Kanan, đồng tác giả nghiên cứu nói.

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã sử dụng polyethylene furandicarboxylate (PEF) thay cho nhựa PET. PEF được làm từ ethylene glycol và hợp chất axit 2-5-Furandicarboxylic (FDCA). Đáng lưu ý, PEF có nguồn gốc từ sinh khối không phải dầu mỏ.

Dù nhựa PEF có nhiều thuộc tính như mong đợi, nhưng ngành công nghiệp nhựa vẫn chưa tìm ra phương thức giá rẻ để sản xuất loại nhựa này trên quy mô lớn. Điểm mấu chốt là phải sản xuất FDCA theo hướng bền vững.

Có thể biến đổi fructose từ sirô ngô thành FDCA. Nhưng, việc trồng cây cho ngành công nghiệp cần nhiều đất, năng lượng, phân bón và nước. PGS. Kanan cho rằng sử dụng fructose cũng là một vấn đề vì sản xuất fructose phát thải khối lượng lớn cácbon và cạnh tranh với sản xuất lương thực. Sẽ tốt hơn khi sản xuất FDCA từ sinh khối không ăn được như cỏ hoặc chất thải sau thu hoạch.

Biến chất thải thực vật thành nhựa

Thay vì sử dụng đường từ ngô để tạo ra FDCA, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm furfural, một hợp chất từ chất thải nông nghiệp đã được sử dụng phổ biến trong nhiều thập kỷ qua. Khoảng 400.000 tấn hợp chất này được tạo ra hàng năm để dùng cho nhựa, dung môi và các sản phẩm khác.

Nhưng để sản xuất FDCA từ furfural và CO2 thường cần có các hóa chất độc hại đắt đỏ và tốn nhiều năng lượng. Các nhà nghiên cứu đã khắc phục hạn chế này bằng cách sử hợp chất cacbonat. Cacbonat được cho kết hợp với CO2 và axit furoic, chất dẫn xuất của furfural. Sau đó, hỗn hợp được làm nóng ở mức 200oC tạo thành muối nóng chảy. Thật bất ngờ, sau năm giờ, 89% hỗn hợp muối nóng chảy đã được chuyển đổi thành FDCA. Tiếp theo là qui trình đơn giản chuyển đổi FDCA thành PEF.

Các bon tái chế

Phương pháp tiếp cận của nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Stanford có tiềm năng giảm đáng kể phát thải khí nhà kính vì CO2 cần để chế tạo nhựa PEF có thể được thu hồi từ phát thải của nhà máy điện đốt nhiên liệu hóa thạch và các khu công nghiệp.

Sản phẩm làm từ nhựa PEF cũng có thể được tái chế hoặc chuyển đổi thành CO2 bằng cách đốt. Cuối cùng, CO2 sẽ được hấp thụ bởi cỏ và các thực vật khác, sau đó lại được dùng để sản xuất nhiều nhựa PEF.