Chế tạo dây cáp điện từ rác thải nhựa - Phương án tuyệt vời cho tình hình ô nhiễm rác thải nhựa trên toàn thế giới hiện nay

Vấn đề lớn nhất mà nhân loại đang phải đối mặt với nhựa là mặc dù chúng có thể tồn tại trong một thời gian rất dài bên ngoài môi trường tự nhiên, nhưng hầu hết thường bị vứt đi chỉ sau một lần sử dụng thay vì được thu gom lại để xử lý cũng như tái chế. Lấy ví dụ đơn giản, chúng ta chỉ mất khoảng 5 giây để sản xuất ra một chiếc túi nilon và cần 1 giây để vứt bỏ, tuy nhiên để phân hủy được chiếc túi này, thiên nhiên sẽ phải mất từ 500 - 1.000 năm.

Kể từ khi các loại nhựa nói chung được phát minh vào những năm 1950 cho đến năm 2015, theo thống kê có khoảng 8.300 triệu tấn nhựa đã được tạo ra trên toàn thế giới, nhưng có tới hơn một nửa trong số đó (4.900 triệu tấn) đã bị chôn lấp trái quy định hoặc vứt vào môi trường tự nhiên. Theo ước tính, hiện nay, thế giới thải ra khoảng 300 triệu tấn rác thải nhựa mỗi năm, gần tương đương với trọng lượng của toàn bộ dân số toàn cầu. Trong đó, Mỗi năm có khoảng 8 triệu tấn chất thải nhựa đổ ra đại dương. Việt Nam là một trong 5 nước có lượng rác thải nhựa xả ra biển lớn nhất trên thế giới. Người Việt thải gần 18.000 tấn rác thải nhựa mỗi ngày. Rác thải nhựa trôi nổi trên khắp các đại dương đang khiến các nhà khoa học trên thế giới đau đầu và tác động trực tiếp đến sự sống còn của hệ sinh thái biển.

• Con người đã và đang dùng nhựa để hủy hoại tự nhiên như thế nào?

Xử lý rác thải nhựa đang là một trong những vấn đề cấp thiết nhất trên toàn thế giới.

Chưa dừng lại ở đó, điều đáng buồn là chỉ có một tỷ lệ nhỏ trong số hàng trăm loại nhựa khác nhau đang được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới là có thể tái chế được bằng công nghệ thông thường. Tuy nhiên vẫn có một vài cách thức hiệu quả mà chúng ta có thể áp dụng để tái sử dụng nhựa sau khi khi thải bỏ cực kỳ hiệu quả, chẳng hạn như một công trình nghiên cứu mời được hoàn thành gần đây, tập trung vào khâu tái chế chất hóa học cấu thành nên nhựa, cũng như xem xét đến cách thức các loại nhựa dùng để bọc, đóng gói thực phẩm sẽ được xử lý thế nào để chế tạo thành nhiều vật liệu mới, ví dụ như dây cáp điện.

Trong quy trình tái chế hóa học, các nhà khoa học sẽ sử dụng chính những yếu tố cấu thành nên loại rác thải đó để tạo ra vật liệu mới. Trong trường hợp này, tất cả các loại nhựa nói chung đều được cấu thành từ carbon, hydro và đôi khi là oxy. Số lượng và mô hình sắp xếp của 3 nguyên tố hóa học này sẽ biến đổi tùy theo đặc điểm cũng như mục đích sử dụng của từng loại nhựa.

• Thùng nhựa là mối đe dọa mới nhất đối với các rạn san hô

Bên cạnh đó nhựa là dạng hóa chất rất tinh khiết và sở hữu khả năng tinh chế cao, do đó chúng có thể được phân rã thành từng nguyên tố đơn lẻ và sau đó được liên kết lại theo các cách sắp xếp khác nhau để tạo ra những vật liệu có giá trị cao hơn, chẳng như ống nano carbon (carbon nanotube). Về lý thuyết, các sản phẩm phụ duy nhất làm được điều này phải sở hữu hàm lượng oxy và hydro cao.

Carbon nanotube là những phân tử nhỏ sở hữu các tính chất vật lý đáng kinh ngạc. Để hình dung rõ hơn, bạn hãy nghĩ về một đoạn lưới thép được cuộn theo dạng chiếc ống hình trụ - đó chính là hình ảnh mô phỏng của cấu trúc carbon nanotube cực kỳ bền vững.

• Nhựa tự dưỡng có thể tạo ra tua-bin gió thân thiện với môi trường hơn

Các "bức tường" carbon nanotube xếp chồng lên nhau cực kỳ bền vững

Khi các phân tử carbon được sắp xếp như thế này, nó có thể dẫn được cả nhiệt và điện. Việc kiểm soát và sử dụng 2 dạng năng lượng này với số lượng phù hợp đều rất quan trọng, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng thực tế.

Trong một nghiên cứu khoa học mới có tiêu đề: “Chemical Recycling of Consumer-Grade Black Plastic into Electrically Conductive Carbon Nanotubes” (tạm dịch: Quy trình tái chế hóa học nhựa đen dùng trong sinh hoạt thành ống nano dẫn điện), các nhà khoa học đã lấy nhựa - đặc biệt là loại nhựa đen, thường được sử dụng làm khay đựng cho đồ ăn sẵn và rau quả trong siêu thị (đây là một trong những loại nhựa được sử dụng phổ biến và cực kỳ khó tái chế theo phương pháp thông thường) - tách bỏ carbon từ chúng, sau đó chế tạo các phân tử nanotube bằng cách sử dụng chính nguyên tử carbon.

Về lý thuyết, nanotube mỏng hơn đến 80.000 lần so với tóc người, và trên thực tế, chúng có độ dày tương đương với một sợi DNA điển hình. Tuy nhiên do được cấu thành từ liên kết carbon-carbon, nanotube sở hữu cấu trúc bền vững không hề thua kém kim cương. Chúng “mạnh” đến mức có thể được coi là loại vật liệu lý tưởng trong chế tạo các vật dụng hàng không - vũ trụ, trong đó có vỏ máy bay, tàu vũ trụ.

• Những phát minh có thể thay đổi thế giới của 3 cô bé chưa đầy 12 tuổi khiến ai cũng phải khâm phục

Banotube nhìn từ bên trong

Ngoài ra, nanotube đã được sử dụng hiệu quả để làm film dẫn điện trên màn hình cảm ứng, và tính linh hoạt của loại vật liệu này cũng khiến chúng trở thành một trong những lựa chọn lý tưởng cho các thiết bị điện tử linh hoạt. Nanotube cũng đã được sử dụng để phát triển các loại sợi vải tạo có thể ra năng lượng khi bạn di chuyển, đồng thời NASA đã sử dụng chúng để ngăn chặn các cú sốc điện trên tàu vũ trụ Juno. Chưa dừng lại ở đó, Nanotube gần đây cũng đã được sử dụng để chế tạo ăng ten cho mạng 5G, đem lại hiệu quả sử dụng thực tế cao.

• Bỏ qua sự cường điệu về khả năng bảo vệ môi trường, những chiếc xe điện vẫn mang lại rất nhiều lợi ích thiết thực

Hướng sử dụng mới cho nanotube

Trong quá trình chế tạo carbon nanotube từ nhựa, các nhà khoa học chợt nhận thấy rằng loài vật liệu này hoàn toàn có thể được sử dụng để làm dây cáp điện. Dựa vào cấu trúc phân tử vô cùng bền vững và khả năng dẫn nhiệt tốt, carbon nanotube có thể giải quyết ổn thỏa vấn đề dây cáp điện bị hỏng do quá nhiệt hay do môi trường khắc nghiệt.

Theo thống kê, có đến 8% lượng điện năng trên toàn thế giới bị hao phí trong công đoạn truyền tải và phân phối. Con số này mới nghe qua có vẻ không nhiều, nhưng xét trên quy mô toàn thế giới và nhu cầu sử dụng năng lượng ở các nước đang phát triển thì thực sự là một sự lãng phí khổng lồ. Trên thực tế các nhà máy điện hiện nay buộc phải được đặt ở càng gần vị trí sử dụng điện càng tốt để hạn chế bớt lượng điện năng hao phí trong quãng đường truyền dẫn.

• Con chip Bluetooth hoạt động không cần pin, lấy năng lượng từ sóng trong môi trường xung quanh

8% lượng điện năng trên toàn thế giới bị hao phí trong công đoạn truyền tải và phân phối

Nhiều loại cáp điện tầm xa (làm bằng kim loại) đang được sử dụng hiện nay không thể khai thác hết công suất vì chúng sẽ bị quá nhiệt và tan chảy khi phải truyền dẫn lượng điện năng quá lớn. Đây là thách thức thực sự cho một tương lai chuyển dịch sang năng lượng tái tạo thu được từ gió hoặc mặt trời, bởi đơn giản các trang trại gió hay cánh đồng pin mặt trời buộc phải đặt cách xa khu dân sinh, dẫn đến việc điện năng hao phí trong truyền dẫn sẽ càng lớn.

Các nhà khoa học đã dành nhiều năm để nghiên cứu những phương án cần làm giúp thu được hiệu suất điện tốt nhất từ các loại dây carbon. Để làm được điều này, trước tiên họ tạo ra các phân tử nanotube chất lượng cao nhất bằng cách sử dụng những phương pháp thích hợp, qua đó cho hiệu quả dẫn điện tối ưu, và phương án ở đây chính là chế tạo nanotube từ nhựa đen.

Triển vọng ban đầu là tương đối khả quan khi các nhà khoa học đã có thể sử dụng nanotube để truyền điện tới bóng đèn trong một mô hình trình diễn nhỏ. Về lâu dài, nhóm nghiên cứu có kế hoạch sản xuất cáp điện carbon sở hữu độ tinh khiết cao từ 100% rác thải nhựa, song song với đó là tìm ra các phương án để cải thiện hơn nữa hiệu suất truyền tải điện của vật liệu nanotube cũng như gia tăng sản lượng. Theo tính toán, dự án này hoàn toàn sẵn sàng để có thể được triển khai trên quy mô lớn trong khoảng 3 năm tới.

• Cậu học sinh lớp 11 tự chế tạo ô tô điện sạc bằng năng lượng Mặt Trời

Dây cáp điện kim loại dễ bị nóng chảy nếu hoạt động tối đa công suất

Trước thực trạng lượng rác thải nhựa trên toàn thế giới đang không ngừng tăng lên từng ngày, các nhà khoa học cũng đang phát triển những phương án mới để chuyển đổi nhanh chóng và tiết kiệm lượng rác thải nhựa thông qua phương pháp tái chế hóa học này. Bất kỳ phân tử carbon nào được xử lý không hiệu quả sẽ đều là một sự lãng phí, và thậm có thể quay trở lại biến thành chất gây ô nhiễm. Do vậy, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu giữ mức này ở con số tối thiểu bằng cách thu giữ carbon sau mỗi bước xử lý, cụ thể là thông qua các hệ thống máy lọc hóa học để thu giữ các phân tử carbon từ khí thải, qua đó có thể được tái chế nhiều lần.

Đồng thời, các nhà khoa học cũng đang xem xét đến việc sử dụng các dạng chất thải carbon khác để chế tạo vật liệu nano. Nhựa là một vấn đề đã được biết đến rộng rãi, tuy nhiên trên thực tế vẫn còn rất nhiều loại chất thải carbon khác có tiềm năng tái chế bằng phương pháp hóa học như lốp xe, giấy tờ, sơn, dung môi và chất làm lạnh.

• Xe chạy bằng không khí của nhóm sinh viên Ai Cập, chạy thả ga không tốn tiền đổ xăng

Xử lý rác thải nhựa đang là một trong những vấn đề cấp thiết nhất trên toàn thế giới. Mặc cho những chiến dịch tuyên truyền đang diễn ra từng giờ, lượng rác thải nhựa mà con người thải ra vẫn không ngừng gia tăng đều đặn qua từng năm. Những nghiên cứu như chúng ta vừa tìm hiểu có ý nghĩa vô cùng quan trọng, nó cho thấy rằng nhân loại hoàn toàn có thể biến chính bài toán “hóc búa” phải đối mặt ngày hôm nay thành giải pháp hữu ích cho một ngày mai tươi sáng hơn!