Công nghệ biến rác thải nhựa thành nhiên liệu bay chất lượng cao
Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Lâm nghiệp Nam Kinh và Đại học Thanh Hoa vừa phát triển thành công phương pháp biến chất thải nhựa thành loại nhiên liệu gần giống nhiên liệu bay.
Trước đây đã có các quy trình tương tự, nhưng phương pháp mới rẻ hơn, hiệu quả hơn, yêu cầu nhiệt độ lẫn áp suất thấp hơn, hơn nữa có thể hoạt động liên tục thay vì theo từng mẻ.
Theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Energy, quy trình này phân hủy nhựa ở nhiệt độ cao với sự có mặt của hydro.
2 giáo sư Li Yadong cùng Wang Dingsheng cho biết: “Nhóm chúng tôi đã tiếp cận công nghệ hydro hóa nhựa từ góc độ chất xúc tác trong vài năm qua, ngay khi lĩnh vực này bước vào kỷ nguyên của các chất xúc tác có vị trí nguyên tử đơn lẻ”.
“Vấn đề luôn cản trở chúng tôi là tính chọn lọc. Hydro hóa nhựa thường tạo ra thường có xu hướng tạo ra sản phẩm phổ rộng, khó kiểm soát. Chúng tôi muốn biết liệu thiết kế trung tâm hoạt tính ở cấp độ nguyên tử có thể giúp giải quyết vấn đề hay không”, họ nói thêm.
Nghiên cứu rất có ý nghĩa. Thông thường khi nung chảy nhựa ta chỉ thu được hỗn hợp khí, sáp, dầu, than, hắc ín và vài hydrocacbon nhẹ. Bất cứ loại nhiên liệu hữu ích nào chỉ chiếm một lượng rất nhỏ.
Biến rác thải nhựa thành nhiên liệu bay
Phương pháp mới gồm 2 bước. Bước đầu tiên là nhiệt phân, nung nóng nhựa ở nhiệt độ 460oC nhằm bẻ gãy các chuỗi nhựa dài thành mảnh hydrocarbon nhỏ hơn.
Bước thứ hai quan trọng hơn, mảnh hydrocarbon được dùng để sản xuất “mảnh” nhiên liệu. Thành phẩm từ bước một được dẫn qua các chất xúc tác đặc biệt ở nhiệt độ 160 oC tạo ra phân tử hữu ích như cycloalkane, hydrocarbon đậm đặc, cũng như phân tử tương tự nhiên liệu bay.
Khi sàng lọc một số chất xúc tác, nhóm nghiên cứu ghi nhận các vị trí Ru riêng lẻ trên oxit CoAl có thể hydro hóa styren thành ethylcyclohexan ở áp suất gần với áp suất môi trường.
Bản thân polystyrene bị nhiệt phân thành chất trung gian monome và oligome, sau đó trải qua quá trình hydro hóa hiệu quả trên các vị trí Ru này. Quá trình sản sinh nhiên liệu bay nguồn gốc từ nhựa.
Polystyrene là lựa chọn thú vị vì đây là phế phẩm phổ biến từ bao bì hay vật dụng dùng một lần. Chúng phân hủy tương đối sạch dưới nhiệt độ cao.
Thử nghiệm tăng quy mô sản xuất cho kết quả đầy hứa hẹn. Phân tích kinh tế kỹ thuật cho thấy giá bán tối thiểu cạnh tranh là 1 - 1,8 USD/kg – một con số thực sự cạnh tranh.
Nhóm dự định tiếp tục tối ưu hóa trong khuôn khổ vòng đời cùng kinh tế kỹ thuật hiện có, tập trung vào cách chất xúc tác định hình toàn bộ quá trình và hướng tới chất xúc tác Ru đơn vị nguyên tử hiệu quả hơn nữa.
Họ cũng muốn duy trì hoạt tính lẫn độ ổn định cấu trúc khi mở rộng quy mô sản xuất chất xúc tác. Về phía quy trình, nhóm sẽ nghiên cứu hệ thống cấp liệu rắn liên tục.