Plastic trở thành nhiên liệu trong tương lai

Các nhà khoa học trên khắp thế giới đang cố gắng biến rác thải thành nhiên liệu cho xe máy, thế nhưng nhà khoa học Richard Gross đã thực hiện một nghiên cứu khác: biến plastic thành nhiên liệu cho tương lai. Nghiên cứu có thể sử dụng các loại plastic thông thường dùng trong bao gói hàng hóa hoặc trong lĩnh vực khác, nhưng khi các loại plastic đó trở thành phế liệu, chúng có thể dễ dàng biến thành nhiên liệu thay thế dầu diesel.

Quy trình này vẫn chưa được ứng dụng vào thực tiễn, nhưng đã gây ấn tượng với hãng Pentagon nên hãng này đã chi 2,34 triệu USD để tiến hành nghiên cứu thêm. Kỹ thuật này có thể giảm lượng vật liệu mà quân đội phải chuyên chở cho các quân nhân ở những nơi xa xôi, do bởi 2 công dụng hữu ích của plastic vừa là bao gói hàng hóa và sau đó biến thành nhiên liệu. Theo Cơ quan đề án nghiên cứu quốc phòng tiên tiến – Darpa, kỹ thuật này cũng góp phần làm giảm lượng rác thải.

Tiến sĩ Gross, giáo sư ngành Hóa học thuộc Đại Học Bách Khoa ở Brooklyn đang tiến hành chuyển dầu thực vật thành “plastic sinh học”, dầu thực vật này là loại nhiên liệu để sản xuất dầu diesel sinh học. Plastic dùng ở đây có thể ở dạng màng phim mềm hoặc cứng thường dùng trong bao gói thực phẩm. Sau đó ông dùng một loại enzyme thiên nhiên để phân hủy plastic thành nhiên liệu.

Ông nói: “Phản ứng diễn ra với các điều kiện rất ôn hòa không mãnh liệt, trong nước âm ấm”. Enzyme cutinase thường có trong thiên nhiên, do các ký sinh trùng tiết ra để tiêu hóa bề mặt sáng bóng của lá cây và hút chất dinh dưỡng trong lá.

Một công ty ghép gene tên DNA 2.0 đã trích lấy DNA từ ký sinh trùng đó và ghép vào vi khuẩn E. Coli nhằm sản xuất được nhiều enzyme cutinase. Người ta chọn vi khuẩn E. Coli vì khả năng sinh sôi phát triển dễ dàng hơn so với các ký sinh trùng khác.

Trước tiên là cắt plastic thành những mảnh nhỏ. Để làm điều này, tiến sĩ Gross nói rằng sẽ dùng máy cắt giấy văn phòng. Sau đó ngâm các mảnh plastic vào nước với một lượng nhỏ enzyme. Trong khoảng từ 3 đến 5 ngày thì kết thúc phản ứng với dầu diesel sinh học nổi lên trên bề mặt nước.

Để đáp ứng tiêu chuẩn của Cơ quan bảo vệ môi trường đối với loại nhiên liệu sử dụng cho xe chạy trên đường phố ở Mỹ, nhiên liệu sinh học cần phải qua nhiều quy trình chế biến hóa học nữa, nhưng Cơ quan Darpa tin rằng nhiên liệu tạo thành này có thể trực tiếp dùng ngay cho động cơ diesel để tạo ra điện năng.

Theo Cơ quan Darpa, một quân nhân trung bình có khoảng 7 pound phế liệu bao gói trong 1 ngày, và việc giải quyết lượng phế liệu này đơn giản đòi hỏi “nhiều nhân công, nhiên liệu và phương tiện chuyên chở cần thiết”. Kể cả việc tiêu tốn một lượng năng lượng để tái sản xuất plastic thì phế liệu rác thải này có thể cho nhiều nhiên liệu hơn để sản xuất điện năng cung cấp cho căn cứ quân sự.

Hãng Pentagon gọi kỹ thuật này là chương trình phục hồi năng lượng dễ dàng chuyển biến, hay như cô Miser. Jan Walker, người phát ngôn của Cơ quan Darpa, nói rằng trong phạm vi các kế hoạch mà Cơ quan tài trợ thì đây “không phải là một kỹ thuật công nghệ thực tế” mặc dù đang trong giai đoạn khởi đầu.

Theo Tiến sĩ Gross, một gallon dầu đậu nành sẽ sản xuất cho ra cùng một lượng dầu diesel tương tự cho dù dầu được chuyển đổi trực tiếp hoặc có qua một giai đoạn chế biến trung gian như plastic.

Ông nói rằng, vấn đề là việc tách các chất hóa học trong dầu gọi là acid béo từ dầu đậu nành hoặc từ nguồn cây trồng khác, và chế biến dầu để có được cấu trúc hóa học ở một đầu cuối phân tử giống như “cái móc”. Để rồi sau đó các phân tử dầu có thể liên kết với nhau tạo thành chuỗi dài, xây dựng thành các khối plastic. Thêm vào các liên kết chéo ở chuỗi phân tử, và plastic sẽ chuyển từ film mềm thành vật liệu rắn.

Chuyển dầu đậu nành thành thành acid béo cũng được thực hiện bởi enzyme. Men đã chuyển đổi gene thực hiện quá trình này. Jeremy Minshull, chủ tịch công ty DNA 2.0, nói rằng men được chọn vì quá trình chuyển đổi cần năng lượng, và men có thể cung cấp năng lượng khi tiêu hóa chất dinh dưỡng.

Sau đó vi khuẩn E. Coli với DNA của nấm Candida Antarctica sẽ chuyển acid béo hydroxy thành polymer, một loại vật liệu có thể gia nhiệt và tạo hình để sử dụng. Và sau khi plastic được sử dụng để bao gói chứa đựng hàng hóa thì có thể cắt thành mảnh nhỏ và phân hủy hóa học thành nhiên liệu diesel.

Ông Minshull nói rằng thách thức hiện nay liên quan đến enzyme chuyển plastic thành nhiên liệu lỏng, để chỉ cần dùng một lượng nhỏ enzyme mà thôi. Điều này khiến chi phí sản xuất giảm và giảm lượng enzyme còn sót sau quá trình chế biến rơi vào động cơ diesel.

Trong khi dầu diesel được sản xuất thương mại ở Mỹ, thì khả năng cạnh tranh với nhiên liệu diesel là không thể nếu không được chính phủ trợ cấp. Nhưng nếu giá dầu vẫn trên đà tăng cao, hay nếu chính phủ đánh thuế vào lượng khí thải carbon, thì việc sản xuất diesel sinh học từ plastic sinh học có thể được chính phủ tài trợ. Sử dụng thực vật sản xuất plastic hay nhiên liệu sẽ loại trừ nhiều khí thải carbon vì vụ mùa trồng trọt thực vật cho năm tiếp theo sẽ hấp thu bớt carbon từ không khí.