Nhựa tự chữa lành, tự phân hủy

VPR bền hơn, co giãn hơn và tự phục hồi dưới tác dụng nhiệt so với nhựa truyền thống

Hằng năm, trên thế giới có khoảng 400 triệu tấn nhựa được sản xuất, một nửa trong số đó chỉ sử dụng 1 lần, ít hơn 10% được tái chế. Có khoảng 19-23 triệu tấn rác thải nhựa được thải ra hồ, sông và biển mỗi năm. Microplastic là các hạt nhựa nhỏ đi vào thức ăn, nguồn nước và không khí. Ước tính mỗi người trên hành tinh có thể phải tiếp nhận hơn 50.000 hạt nhựa mỗi năm. Nhựa dùng một lần bị vứt bỏ hoặc đốt cháy gây hại cho sức khỏe con người, gây ô nhiễm các hệ sinh thái, từ đỉnh núi đến đáy đại dương.

Gần 36% lượng nhựa được sử dụng trong lĩnh vực bao bì, bao gồm các sản phẩm nhựa sử dụng một lần để đựng đồ ăn, nước uống, gần 80% số đó được chôn lấp hoặc thải bỏ trực tiếp ra môi trường tự nhiên.

Bên cạnh đó, khoảng 98% sản phẩm nhựa sử dụng một lần được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch hoặc nguyên liệu “gốc” (virgin feedstock). Mức độ phát thải khí nhà kính liên quan đến sản phẩm nhựa làm từ nguyên liệu hóa thạch truyền thống được dự báo sẽ tăng lên 19% của ngân sách carbon toàn cầu vào năm 2040.

Ngoài ra, theo một nghiên cứu của Chương trình Môi trường Liên Hiệp Quốc (UNEP), trên 14 triệu tấn nhựa xâm lấn và phá hủy hệ sinh thái đại dương mỗi năm, trong khi phát thải nhà kính liên quan đến nhựa có thể chiếm đến 15% tổng phát thải được phép xảy ra nếu chúng ta muốn giới hạn sự nóng lên của trái đất trong mức 1,50C so với thời tiền công nghiệp.

Tuy nhiên, chỉ vỏn vẹn 9% rác thải nhựa được tái chế, trong khi 19% được tiêu hủy và gần 50% được chôn lấp tại các hố rác đủ tiêu chuẩn trong năm 2022. Như vậy, vẫn còn tới 22% rác thải nhựa được xử lý tại những bãi rác không đúng quy định, đốt cháy tại các bãi rác lộ thiên hoặc bị thải trực tiếp ra môi trường tự nhiên.

Mặt khác, những cảnh báo về “ô nhiễm trắng” liên tục được nâng cao, dù các quốc gia đã và đang nỗ lực giải quyết vấn đề rác thải nhựa và tái chế chúng.

Nếu không thể đạt được một thỏa thuận toàn cầu về ngăn chặn ô nhiễm nhựa, thế giới có thể sẽ phải trải qua những thiệt hại sinh thái trên diện rộng trong những thập niên tới, khiến một số loài sinh vật biển có nguy cơ tuyệt chủng và tàn phá nghiêm trọng các hệ sinh thái nhạy cảm như rạn san hô và rừng ngập mặn.

Theo Liên Hiệp Quốc, Nhật Bản là quốc gia tiêu thụ rác thải nhựa tính bình quân theo đầu người cao thứ hai thế giới, sau Mỹ. Mỗi năm có khoảng 9 triệu tấn rác nhựa được thải ra, trong đó 1 triệu tấn thu gom từ các hộ gia đình có thể tái chế; 1 triệu tấn rác nhựa bẩn phải xử lý; 7 triệu tấn rác thải nhựa công nghiệp từ các nhà máy, văn phòng, cửa hàng bán lẻ...

Mặc dù hầu hết các đô thị tại Nhật Bản đều có hệ thống thu gom rác hiện đại với công suất cao (khoảng 70-80% bao bì nhựa đã qua sử dụng), chai và túi nilon được thu gom bởi các công ty quản lý chất thải và sau đó được đốt hoặc tái chế, Bộ Môi trường Nhật Bản ước tính mỗi năm vẫn có khoảng 20.000-60.000 tấn rác thải nhựa được thải ra biển. Tình trạng vứt bỏ rác thải nhựa ra đại dương gây thiệt hại kinh tế, đe dọa cuộc sống của các loài động thực vật biển, làm giảm sút lượng khách du lịch, tác động tiêu cực đến hoạt động đánh bắt thủy hải sản.

Rác thải nhựa đang là vấn đề nhức nhối mang tính toàn cầu

Trước tình trạng nghiêm trọng về rác thải nhựa, Nhật Bản đã đưa ra nhiều biện pháp và đặt mục tiêu đến năm 2030 sẽ giảm 25% lượng rác thải nhựa có thể phân hủy và đến năm 2035, tái chế hoặc tái sử dụng 100% các loại rác thải nhựa, bao gồm rác thải nhựa sinh hoạt và rác thải nhựa công nghiệp.

Các nhà khoa học của Đại học Tokyo (Nhật Bản) mới đây vừa phát triển một loại vật liệu nhựa mới được gọi là VPR với ưu điểm bền, đàn hồi, có khả năng tự chữa lành và tự phân hủy sinh học một phần.

VPR được dự đoán có thể “đánh bại” nhiều loại nhựa công nghiệp hiện nay, đồng thời giải quyết được nhiều vấn đề môi trường toàn cầu cấp bách.

VPR được tạo ra nhờ sự kết hợp giữa nhựa epoxy vitrimer và các phân tử polyrotaxane.

Theo Phó Giáo sư Shota Ando - tác giả chính của nghiên cứu - thông thường, nhựa vitrimer khá giòn, đặc biệt ở nhiệt độ phòng. Vì thế, nhóm nghiên cứu tìm cách thêm polyrotaxane để tối ưu hóa công năng.

Kết quả là nhóm tạo được loại nhựa mới VPR có độ bền cao hơn 5 lần so với nhựa vitrimer thông dụng, đồng thời còn có khả năng tự chữa lành. Trong trường hợp bị trầy xước, nhựa có thể tự vá lại nếu được làm nóng đến nhiệt độ 1500C. Quá trình chữa lành chỉ diễn ra trong vòng 60 giây, nhanh hơn 15 lần so với một số loại vật liệu tự chữa lành hiện nay. Khả năng tự phục hồi giúp bảo đảm độ bền cho vật liệu và giảm lãng phí cho người sử dụng.

Vật liệu mới còn nhớ được hình dạng. Chẳng hạn, đem đun nóng, để nguội rồi làm phẳng một miếng nhựa, nó có thể tự gập lại hình dạng như thời điểm ngay sau khi được đun nóng.

Theo ông Shota Ando, trong trường hợp bị thải ra môi trường, loại nhựa VPR cũng ít gây tác động hơn. Các thí nghiệm chỉ ra rằng, nếu ngâm một mẩu nhựa VPR trong nước biển 30 ngày, miếng nhựa sẽ phân hủy sinh học 25%. Các phân tử được giải phóng không gây hại cho các sinh vật biển, thậm chí có thể trở thành thức ăn cho sinh vật biển.

“VPR có khả năng chống vỡ cao gấp 5 lần nhựa epoxy resin vitrimer thông thường. Vật liệu mới cũng có thể tự vá lành nhanh gấp 15 lần, khôi phục hình dạng đã ghi nhớ ban đầu nhanh gấp đôi và tái chế về mặt hóa học nhanh gấp 10 lần. Nó thậm chí phân hủy sinh học một cách an toàn trong môi trường biển, một điểm mới với loại vật liệu này”, ông Shota Ando nói.

Nhóm nhà khoa học còn cho biết, VPR có thể dùng cho nhiều công việc, thay thế các loại nhựa khác, chẳng hạn như vật liệu xây cầu đường thường gồm nhựa epoxy trộn với các hỗn hợp như bê tông và carbon. Nếu sử dụng VPR, các công trình này sẽ dễ bảo trì hơn vì chúng sẽ bền hơn và có thể tự chữa lành bằng nhiệt. Khác với nhựa epoxy truyền thống, vật liệu mới cứng nhưng co giãn được nên có thể giúp gắn kết những vật liệu với độ cứng và độ giãn dài khác nhau...

Với nhiều ưu điểm như vậy, vật liệu mới hứa hẹn ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ sản phẩm gia dụng đến công nghiệp, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường.