Nhật Bản là một quốc gia tích cực khám phá và đầu tư vào tái chế hóa học như một cách để giải quyết rác thải nhựa. Quốc gia này tiến tới mục tiêu tái chế nhựa 60% vào năm 2030. Để đạt được mục tiêu này, chính phủ Nhật Bản đang tài trợ để hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các công nghệ tái chế hóa chất. Năm 2021, Bộ Môi trường công bố dự án nghiên cứu phát triển công nghệ tái chế hóa học đối với rác thải nhựa hỗn hợp. Một số công ty ở Nhật Bản đang thí điểm và mở rộng công nghệ tái chế hóa chất. Cụ thể, JEPLAN, một công ty khởi nghiệp của Nhật Bản, đã phát triển một quy trình tái chế hóa học có tên "Tái chế rác thải nhựa thành sợi carbon" (UPCycling). Quy trình này có thể biến quần áo đã qua sử dụng và các chất thải khác thành sợi carbon. Công ty hiện đang mở rộng quy mô công nghệ và có kế hoạch bắt đầu sản xuất thương mại vào năm 2022. Trên phương diện lập pháp, vào năm 2020, Chính phủ Nhật Bản đã sửa đổi Luật Xử lý chất thải và Làm sạch nơi công cộng để công nhận tái chế hóa chất là một phương pháp xử lý chất thải. Nước này cũng ký biên bản ghi nhớ với Hoa Kỳ để hợp tác phát triển và thúc đẩy các công nghệ tái chế và giảm thiểu chất thải nhựa, bao gồm cả tái chế hóa học.
Ở châu Âu, với ước tính khoảng 30 triệu tấn rác thải nhựa được thu gom mỗi năm, 85% trong số đó được xử lý bằng cách đốt, xuất khẩu hoặc chôn lấp. Đây không chỉ là nguồn CO2 phát thải mà còn là sự lãng phí các nguồn tài nguyên quý giá. Ngành hóa chất quyết tâm thay đổi điều này. Với các công nghệ tái chế hóa học, ngành đã phát triển các giải pháp bổ sung cho tái chế cơ học hiện có để tái chế chất thải nhựa hỗn hợp hoặc bị ô nhiễm mà nếu không sẽ bị đốt hoặc gửi đến bãi rác. Những công nghệ này có thể phân hủy nhựa và biến chúng thành nguyên liệu cơ bản có giá trị để sản xuất các loại hóa chất và nhựa mới có chất lượng tương đương với những sản phẩm làm từ tài nguyên hóa thạch. Cùng với các đối tác trong chuỗi giá trị, ngành công nghiệp hóa chất đã bước đầu phát triển thành công các sản phẩm tiêu dùng như bao bì thực phẩm, phụ kiện tủ lạnh, nệm, thảm và bảng điều khiển trong ô tô. Liên minh Châu Âu gần đây đã đưa ra một chiến lược mới để xử lý nhựa với mục tiêu đạt tỷ lệ tái chế nhựa 55% vào năm 2030 và tái chế hóa học dự kiến sẽ đóng vai trò chính trong việc đạt được mục tiêu này.
Mỹ - một quốc gia công nghệ hàng đầu cũng bắt đầu tài trợ để hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các công nghệ tái chế hóa chất. Năm 2021, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã công bố khoản tài trợ 27 triệu đô la để hỗ trợ 12 dự án trên toàn quốc đang phát triển các công nghệ tái chế sáng tạo đối với chất thải nhựa. Nhờ đó, một số công ty ở Mỹ đang thí điểm và mở rộng công nghệ tái chế hóa chất. Eastman Chemical, một công ty hóa chất lớn có trụ sở tại Mỹ, đã phát triển một quy trình tái chế hóa học Công nghệ đổi mới carbon (CRT) có thể biến rác thải nhựa hỗn hợp thành vật liệu mới. Công ty hiện đang thử nghiệm công nghệ này và có kế hoạch mở rộng quy mô trong tương lai. Cũng trong năm 2021, California đã thông qua luật yêu cầu các hộp đựng đồ uống bằng nhựa được bán trong tiểu bang phải chứa ít nhất 15% thành phần tái chế vào năm 2022 và 50% vào năm 2030. Luật này đã thúc đẩy sự quan tâm đến tái chế hóa chất như một cách để tăng nguồn cung cấp nhựa tái chế.
Nhiều công ty lớn đến từ Đức cũng đã đưa nhiều giải pháp rời khỏi phòng thí nghiệm từ lâu và đã chứng minh tính hiệu quả của chúng ở quy mô thương mại. Công ty công nghiệp hóa chất Evonik thương mại hóa quá trình metanol hóa nhựa PET với natri methylate làm chất xúc tác, hoặc phát triển các chất xúc tác tùy chỉnh trong quá trình tái chế nhựa PU polyurethane. Nhiều công nghệ liên quan đến xử lý nhựa bằng hóa chất cũng đã được nghiên cứu như chuyển đổi cặn nhựa hỗn hợp thành dầu nhiệt phân.
Quy trình tái chế hóa học
Tái chế hóa học, còn được gọi là tái chế ở cấp độ nguyên liệu, là một quá trình phân hủy chất thải nhựa thành các khối cơ bản. Đó là một quá trình trong đó cấu trúc hóa học của nhựa được thay đổi và chuyển đổi thành các khối hóa học, bao gồm cả monome (đơn vị cấu tạo nên polymer), sau đó được sử dụng lại làm nguyên liệu thô thứ cấp trong các quy trình hóa học. Nguyên liệu tái chế bao gồm các quy trình như khí hóa, nhiệt phân, hòa tan và khử trùng hợp, phân hủy chất thải nhựa thành các khối xây dựng hóa học, bao gồm cả monome, để sản xuất chất dẻo. Sau đó có thể được sử dụng để tạo ra các sản phẩm nhựa mới. Quá trình này bao gồm một số bước, bao gồm:
- Phân loại: Chất thải nhựa được phân loại để loại bỏ bất kỳ chất gây ô nhiễm nào, chẳng hạn như giấy, kim loại hoặc các vật liệu khác có thể cản trở quá trình tái chế hóa học.
- Tiền xử lý: Sau đó, rác thải nhựa được làm sạch và cắt thành từng mảnh nhỏ để chuẩn bị cho quá trình tái chế hóa học.
- Depolyme hóa: Chất thải nhựa được phân hủy thành các khối xây dựng hóa học cơ bản của nó, chẳng hạn như monome hoặc các hóa chất khác, sử dụng các phản ứng hóa học khác nhau. Quá trình depolyme hóa có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, chẳng hạn như nhiệt phân, khí hóa hoặc hóa lỏng.
- Tinh chế: Các hóa chất đã khử polyme sau đó được tinh chế để loại bỏ bất kỳ tạp chất hoặc sản phẩm phụ nào có thể cản trở việc sử dụng chúng trong các sản phẩm nhựa mới.
- Phản ứng trùng hợp: Các hóa chất tinh khiết sau đó được tập hợp lại thành các sản phẩm nhựa mới bằng cách sử dụng phản ứng trùng hợp, bao gồm việc kết hợp các khối xây dựng thành chuỗi hoặc polyme dài hơn.
Dưới đây là giải pháp công nghệ tái chế hóa học giúp tạo ra chu trình sống tuần hoàn của nhựa từ các thành viên Cefic (Hội đồng Công nghiệp Hóa chất Châu Âu, được thành lập năm 1972, tập trung các công ty hóa chất lớn, vừa và nhỏ trên khắp châu Âu, cung cấp 1,2 triệu việc làm và cung cấp khoảng 15% sản lượng hóa chất thế giới).
Hình 1 Công nghệ tái chế hóa học trong nền kinh tế tuần hoàn
Hình 1 cho thấy cách các công nghệ tái chế hóa học có thể giúp chuyển từ nền kinh tế sử dụng nhựa tuyến tính (sản xuất – sử dụng – thải bỏ) sang nền kinh tế nhựa tuần hoàn C2C (Cradle-to-Cradle). Bổ sung cho quá trình tái chế cơ học, các phương pháp "Hòa tan (Dissolution)","Khử polyme hóa (Depolymerisation)" và "Chuyển đổi (Conversion)" là các lộ trình tái chế mới có thể xử lý chất thải nhựa mà lẽ ra sẽ được thải bỏ. Công nghệ này biến chất thải nhựa thành nguyên liệu thô thứ cấp có thể được đưa vào sử dụng lại ở các bước khác nhau của quy trình sản xuất nhựa. Quá trình tái chế này được thiết kế để duy trì giá trị của nhựa trong quá trình sử dụng và tái sử dụng, đó là một phương pháp quản lý tài nguyên nhựa trong một hệ thống kinh tế tuần hoàn.
Quy trình "Nhựa tuần hoàn” C2C gồm các giai đoạn chính như sau:
- Thiết kế sản phẩm: Các sản phẩm được thiết kế để có thể tái chế và có khả năng được tháo rời, tái sử dụng hoặc tái chế sau khi sử dụng. Các vật liệu được sử dụng để sản xuất sản phẩm cần được lựa chọn với khả năng tái chế cao.
- Thu thập và phân loại nhựa: Nhựa được thu thập từ các nguồn khác nhau, chẳng hạn như bãi rác, nhà máy tái chế, hoặc từ các doanh nghiệp sử dụng.
- Xử lý nhựa: Các phương pháp xử lý nhựa được sử dụng để phân hủy hoặc chuyển đổi nhựa thành các sản phẩm mới, chẳng hạn như chất liệu tái chế để sản xuất các sản phẩm khác.
- Sản xuất sản phẩm mới: Các sản phẩm mới được sản xuất từ các vật liệu tái chế và được đưa vào sử dụng.
- Thu gom sản phẩm sau khi sử dụng và tái chế: Sau khi sử dụng, các sản phẩm được thu gom và đưa vào quá trình tái chế lại. Quá trình này được tiếp tục với mục tiêu giảm thiểu rác thải nhựa và tối ưu hóa sử dụng tài nguyên.
