Nhiệt và vi khuẩn tái chế nhựa hỗn hợp thành hóa chất hữu ích

Tái chế rác thải nhựa hỗn hợp là một vấn đề gây đau đầu, nhưng vấn đề này đã tìm được hướng đi mới. Một nghiên cứu đăng trên Science ngày 13/10/2022 đưa ra một quy trình hai bước để tách các thành phần hóa học nhỏ bé, hữu ích ra khỏi hỗn hợp này.

Gregg Beckham, kỹ sư hóa học tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ (NREL), Golden, Colorado, đã dẫn dắt một nhóm nghiên cứu tìm ra quy trình hai bước, sử dụng hóa học và sinh học, để phá vỡ hỗn hợp các loại nhựa phổ biến nhất - polyethylene mật độ cao (HDPE), một loại nhựa mềm thường xuất hiện trong bao bì thực phẩm; polystyrene, trong đó có xốp; và polyethylene terephthalate (PET), loại nhựa nhẹ, bền được dùng làm chai nước - để đưa chúng vào các nhà máy tái chế.

Nhà hóa học Nhan Ninh tại Đại học Quốc gia Singapore, một trong số ít các nhà nghiên cứu đã phát triển một hệ thống có khả năng tương tự, cho biết: “Trước đây chỉ có ít công trình báo cáo về việc tái chế hỗn hợp chất thải nhựa. Việc kết hợp các con đường hóa học và sinh học để chuyển đổi hỗn hợp nhựa thậm chí còn hiếm hơn”.

Đầu tiên, nhóm nghiên cứu sử dụng phản ứng oxy hóa có xúc tác, dùng chất xúc tác gốc coban hoặc mangan, để phá vỡ các chuỗi polymer bền thành các phân tử axit hữu cơ chứa oxy. Quá trình này lấy cảm hứng từ một nghiên cứu năm 2003 do nhà hóa học Walter Partenheimer tại công ty hóa chất DuPont ở Wilmington, Delaware, đứng đầu. Walter Partenheimer đã sử dụng nó để phân hủy các loại nhựa đơn lẻ thành các hóa chất như axit benzoic và axeton.

Nhưng Beckham muốn biến các phân tử axit hữu cơ thành một thứ có thể dễ dàng đem bán. Để làm được điều này, nhóm nghiên cứu đã tìm đến vi khuẩn - cụ thể là vi khuẩn Pseudomonas putida, loại vi khuẩn có thể được sửa đổi để sử dụng các phân tử hữu cơ nhỏ khác nhau làm nguồn carbon. Nhóm nghiên cứu đã sửa đổi các vi sinh vật để chúng tiêu thụ các phân tử hữu cơ được oxy hóa, mà các nhà nghiên cứu tạo ra từ các loại nhựa khác nhau bằng cách sử dụng phản ứng 'tự oxy hóa' của chúng: axit dicarboxylic từ polyethylene, axit teraphthalic từ PET và axit benzoic từ polystyrene.

Những vi khuẩn này sản sinh ra hai thành phần hóa học giúp tạo ra các polymer sinh học. Nhà hóa học Susannah Scott tại Đại học California, Santa Barbara, cho biết: “Sinh học có thể sử dụng nhiều nguồn carbon và tạo thành một sản phẩm duy nhất, trong trường hợp này là một phân tử được sử dụng để tạo ra một polymer có tính phân hủy sinh học cao”.

Đồng tác giả Shannon Stahl, nhà hóa học tại Đại học Wisconsin – Madison, cho biết, một vấn đề của quy trình này là nhiệt độ mà tại đó phản ứng tự oxy hóa xảy ra. Hiện nay, mỗi loại nhựa phản ứng tốt nhất ở các mức nhiệt khác nhau, và nhiệt độ mà nhóm nghiên cứu sử dụng cho hỗn hợp tương đương với chất phân hủy chậm nhất trong các phản ứng. Stahl cho biết cần nghiên cứu thêm về hóa học cơ bản để xác định chính xác cách các phản ứng này diễn ra và cải thiện sản phẩm của các phản ứng.

Một vấn đề khác là làm sao để bán được các phân tử nhỏ hơn hơn do vi khuẩn tạo ra bởi nhu cầu sử dụng các sản phẩm đó bé hơn rất nhiều so với lượng nhựa phế thải, Nhan Ninh nói. "Quy trình này có mở rộng được quy mô hay không phụ thuộc vào tính cạnh tranh về kinh tế của nó."

Nguồn: