Sử dụng nhựa, các vấn đề và xu hướng phát triển trong tương lai

Theo các báo cáo truyền thông, học giả nghiên cứu về biển Charles Moore cho biết chỉ có con người chúng ta mới tạo ra loại rác thải mà thiên nhiên không thể phân hủy được. Được biết, vào năm 1997, ông đã phát hiện ra vùng rác thải đại dương trong quá trình khảo sát Thái Bình Dương, và số rác thải này chủ yếu là rác thải nhựa.

Hầu hết mọi người nghĩ rằng rác thải đại dương thường là các sản phẩm nhựa thải ra lọt vào tầm mắt. Những vật liệu này có ở khắp mọi nơi. Con người chúng ta sản xuất khoảng 300 triệu tấn nhựa mỗi năm và khoảng một nửa trong số đó được sử dụng một lần, nghĩa là sau khi sử dụng xong, các sản phẩm nhựa sẽ bị vứt bỏ ngay lập tức. Thông thường, phần lớn rác thải nhựa được vận chuyển đến bãi chôn lấp để xử lý, nhưng một số loại rác này bị gió thổi bay, xâm nhập vào sông ngòi và cuối cùng trôi ra đại dương. Trên thực tế, trung bình mỗi năm có khoảng 8 triệu tấn chất ô nhiễm nhựa đổ ra đại dương, quấn lấy các sinh vật biển, làm ô nhiễm các rạn san hô, cuối cùng bị nước, gió và ánh sáng mặt trời làm suy thoái và phân hủy thành hàng nghìn tỷ hạt nhựa nhỏ.

Đối với nhiều loài sinh vật biển, các hạt nhựa trông rất hấp dẫn và giống như thức ăn. Chúng sẽ ăn phải các chất ô nhiễm đại dương này. Cuối cùng, chúng chết đói do thiếu dinh dưỡng. Các chất ô nhiễm này sau đó được vận chuyển vào cơ thể động vật, và các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục khám phá những ảnh hưởng sinh học do rác thải đại dương gây ra. Vi nhựa cũng có thể gây hại cho con người vì chúng ta hấp thụ chúng thông qua việc ăn hải sản hoặc thậm chí là uống nước. Năm 2019, Tổ chức Y tế Thế giới đã kêu gọi nghiên cứu chuyên sâu để phân tích tác động tiềm tàng của ô nhiễm vi nhựa đối với sức khỏe con người.

Thực tế hỗ trợ cho tất cả những điều này là: Theo các thành phần được sử dụng để sản xuất nhựa, nhựa có độ linh hoạt đáng kinh ngạc và có thể không bao giờ thực sự phân hủy sinh học. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học hy vọng sẽ khôi phục chúng một cách hiệu quả thông qua các vi sinh vật trong nước và đất để biến chúng thành các hợp chất có thể tái sử dụng trong tự nhiên. Xem xét tình trạng ô nhiễm nhựa trong môi trường tự nhiên, một vấn đề rõ ràng hơn sẽ được hình thành, chẳng hạn như rác thải nhựa dùng một lần trôi ra đại dương có thể không bị phân hủy trong hàng trăm năm, điều này sẽ gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với môi trường biển.

Làm thế nào chúng ta tạo ra cuộc khủng hoảng nhựa dai dẳng này? Câu trả lời nằm ở quy trình sản xuất nhựa, nhưng trước hết, điều quan trọng nhất là phải hiểu "nhựa" không chỉ là chiếc túi mua sắm mà chúng ta tưởng tượng trong nước biển. Hiện nay, có một lượng lớn mảnh vụn rác thải nhựa trong đại dương, thậm chí gây ô nhiễm cả môi trường dưới nước.

Nhựa là gì?

Karl Ryder, một nhà hóa học tại Đại học Heriot-Watt ở Vương quốc Anh, cho biết: "Từ "Nhựa" thường bao hàm một loạt các vật liệu không đồng nhất. Mỗi vật liệu có các ứng dụng khác nhau và có các đặc tính vật lý khác nhau. Có hơn 300 loại." Được biết, Ryder đã tham gia dự án Phòng thí nghiệm Hợp tác Nhựa của Đại học Heriot-Watt để nghiên cứu và cải thiện sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp nhựa.

Vậy, nếu nhựa khác biệt đến thế, chúng có điểm gì chung? Chúng được cấu tạo từ các polyme, và polyme là các phân tử bao gồm nhiều đơn vị lặp lại. Cấu trúc này mang lại cho nhựa nhiều đặc tính, chẳng hạn như: thường linh hoạt, có độ dẻo và độ bền. Ngoài ra, nhựa thường được chia thành hai loại chính: nhựa sinh học và nhựa tổng hợp. Các polyme nhựa sinh học có nguồn gốc từ tinh bột ngô, dầu thực vật và các nguồn vi khuẩn. Nhựa tổng hợp là polyme được tổng hợp từ dầu thô và khí tự nhiên.

Mặc dù polyme gốc sinh học nghe có vẻ rất thân thiện, nhưng chúng không có hồ sơ môi trường tốt vì chúng có thể tiếp tục tồn tại trong môi trường và không thể phân hủy. Không phải tất cả các loại nhựa có khả năng phân hủy sinh học đều là gốc sinh học. Tuy nhiên, tác hại môi trường do các vật liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ và khí tự nhiên gây ra là rất nghiêm trọng, vì loại nhựa này tồn tại lâu hơn trong môi trường và đồng thời gây ra các tác động môi trường khác.

Để hiểu lý do, hãy quan sát một ví dụ về nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ: đặt chai sữa vào tủ lạnh để làm lạnh. Chai nhựa này bắt đầu vòng đời của nó. Trên thực tế, dầu thô sâu trong lòng đất được tập trung ở các khu vực áp suất cao bên trong lớp vỏ trái đất. Chúng được truyền lên bề mặt trái đất thông qua các đầu dò khoan và thiết bị bơm, sau đó được vận chuyển đến nhà máy lọc dầu thông qua đường ống. Các chất đậm đặc của dầu thô được cấu tạo từ hydrocacbon. Các hydrocacbon được kết hợp bởi các nguyên tử cacbon và hydro. Chúng tạo thành cấu trúc chuỗi có độ dài khác nhau và mang lại cho chúng các đặc tính khác nhau. Những hydrocacbon này là nguyên liệu thô làm nhựa sớm nhất trên trái đất.

Tại nhà máy lọc dầu, việc sản xuất các sản phẩm nhựa thực sự bắt đầu. Dầu thô giống như mật đường được đun nóng trên bếp. Tùy thuộc vào số lượng nguyên tử chứa trong hydrocacbon và trọng lượng phân tử được tạo ra, chúng được dẫn đến các đường ống chưng cất gần đó. Trong ống chưng cất, các hợp chất hydrocacbon dài và nặng hơn lắng xuống đáy, trong khi cấu trúc phân tử có các hợp chất cacbon nhẹ và ngắn hơn bay lên trên, và nguyên liệu thô cuối cùng được tách thành một số hóa chất khác nhau, chẳng hạn như: dầu mỏ, xăng và parafin, mỗi loại chứa một hợp chất hydrocacbon có trọng lượng và độ dài phân tử tương tự, một trong số đó là dầu mỏ, sẽ trở thành nguyên liệu chính để sản xuất nhựa.

Dầu mỏ giống như bột vàng trong sản xuất nhựa, vì các hợp chất hydrocacbon chứa ethylene và acrylic. Hai hợp chất này rất quan trọng đối với các sản phẩm nhựa phổ biến và thông dụng nhất. Để sản xuất chai sữa nhựa, nhưng để tạo ra các chất có thể dùng làm nhựa, ethylene và acrylic trước tiên phải phân hủy nguyên liệu thô hydrocacbon của chúng thành các đơn vị nhỏ hơn.

Có nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện việc này. Một phương pháp là sử dụng nhiệt độ cao và áp suất cao trong môi trường không có oxy. Quá trình này được gọi là "cracking hơi nước". monomer.

Paial Bachti, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Aston, người tập trung vào các vật liệu polyme bền vững, cho biết: "Ethylene có thể được chiết xuất trực tiếp từ dầu mỏ sau khi cracking nhiệt. Acrylic là nguyên liệu quan trọng để tạo ra cấu trúc vật liệu nhựa."

Trong bước tiếp theo, nghiên cứu được thực hiện thông qua một quá trình gọi là phản ứng trùng hợp. Trong quá trình này, các thành phần monomer riêng biệt được kết hợp hóa học theo một cách mới để tạo ra một chuỗi lặp lại dài. Ethylene và acrylic tạo thành polyethylene và polypropylene, đây là hai loại polyme phổ biến và được sản xuất rộng rãi nhất trên trái đất.

Vậy tại sao hai loại polyme này lại phổ biến như vậy? Cấu trúc của polyethylene có thể được sử dụng để tạo ra các loại nhựa có mật độ khác nhau, nghĩa là nó có thể dễ vỡ và linh hoạt, hoặc là một chất rắn và cứng, vì vậy mục đích sử dụng của nó rất rộng rãi. Ngoài ra, cấu trúc của polypropylene cũng có độ linh hoạt và đàn hồi độc đáo. Do đó, chúng ta có thể thấy nhiều loại sản phẩm nhựa mỗi ngày. Polypropylene chủ yếu được sử dụng để tạo ra các sản phẩm nhựa dùng một lần, chẳng hạn như: chai sữa, bao bì nhựa sử dụng trong cuộc sống hàng ngày, ống hút, chai nước, túi mua sắm, chai dầu gội, nắp chai, v.v.

Tuy nhiên, đây chỉ là hai trong số hàng chục loại nhựa tổng hợp. Các loại hydrocacbon khác được tách ra và phân hủy từ các nguồn khác nhau. Chúng không chỉ đến từ dầu thô mà còn từ khí tự nhiên. Chúng cũng được sử dụng để làm nhựa. Trong một số trường hợp, polyme có thể được cấu tạo từ một monomer duy nhất, giống như polyethylene và polypropylene mà chúng ta thấy, hoặc chúng có thể bao gồm sự kết hợp của nhiều loại monomer.

Quan trọng hơn, mỗi chuỗi polyme sẽ được xử lý theo những cách khác nhau và trộn với nhiều loại phụ gia, bao gồm: chất chống oxy hóa, chất tạo bọt, chất hóa dẻo, chất chống cháy, v.v., để chúng có đủ loại chức năng sinh thái, khiến nhựa trở nên "vạn năng" như vậy.

Bachti cho biết: "Các loại nhựa khác nhau có đặc tính khác nhau. Lấy bao bì thực phẩm làm ví dụ. Nó phải ngăn chặn oxy và ánh sáng mặt trời quá mức gây phân hủy. Do đó, nó chứa các phụ gia sau khi có đặc tính polyme, hình thành nên nhựa."

Cuối cùng, các chuỗi công nghiệp nhựa này đã tạo ra sự đa dạng của các sản phẩm nhựa mà chúng ta có ngày nay. Chúng đã đóng góp to lớn cho việc sản xuất và lưu trữ thực phẩm, mỹ phẩm, nghiên cứu và phát triển công nghệ, và chăm sóc y tế.

"Vật liệu ngoại lai"

Bây giờ chúng ta hãy "tua nhanh" để hiểu quy trình sản xuất các sản phẩm nhựa. Nhựa được tổng hợp từ dầu mỏ và khí tự nhiên là tách các hợp chất hydrocacbon và phân hủy chúng thành một phần, sau đó sắp xếp lại các phần này trong tự nhiên thành một dạng mới. Nói một cách đơn giản, điều này tạo ra một "vật liệu ngoại lai", vốn xa lạ với các vi sinh vật trong đất và nước trên trái đất. Bachti giải thích rằng chuỗi chính cacbon trong nhựa tổng hợp không thể được nhận diện bởi vi khuẩn đất, điều này có nghĩa là chúng không thể bị tiêu hóa và chuyển hóa thành nước và carbon dioxide.

"Ledexia cho biết: "Polyethylene cần vài thế kỷ để phân hủy tại các bãi chôn lấp rác, nghĩa là nhiều thứ chúng ta sản xuất trong cuộc sống vẫn giữ nguyên hình dạng ban đầu. Dưới tác động của mặt trời, nước và gió, nhựa dần dần bị phân hủy. Các sản phẩm nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ và khí tự nhiên sẽ giải phóng khí nhà kính và trả lại các hóa chất được thêm vào trong quá trình sản xuất ra môi trường. Chúng ta cần đặc biệt chú ý đến lượng ô nhiễm nhựa dùng một lần. Ngoài việc phá hủy môi trường dai dẳng trong hàng trăm năm, thảm họa môi trường do các sản phẩm nhựa gây ra trong tương lai có thể còn nghiêm trọng hơn.""

Tuy nhiên, cũng có những cách để loại bỏ đống rác thải nhựa tích tụ như núi này. Ledexia tin rằng nhựa phân hủy sinh học là một trong những trọng tâm của nghiên cứu trong tương lai. Đây có thể là một giải pháp tiềm năng. Nói cách khác, sản xuất nhựa phân hủy sinh học không nhất thiết có nghĩa là sử dụng nguyên liệu sinh học như tinh bột ngô (mặc dù điều này có thể cung cấp một giải pháp), và cụ thể hơn, quy trình này cần được sử dụng để tạo ra nhựa với các polyme. Các polyme này có thể được phân hủy một cách hợp lý và hiệu quả bởi các vi sinh vật trong nước và đất.

Nếu bạn muốn thay đổi hoàn toàn tác động của nhựa đối với môi trường trái đất, các polyme sinh học có thể thay thế polyethylene và polypropylene gốc dầu, nhưng đồng thời, cần phải duy trì độ bền và độ linh hoạt của các polyme truyền thống. Đây là lý do tại sao chúng rất phổ biến, nhưng đây là một nhiệm vụ khó khăn, vì các polyme truyền thống vẫn có tính cạnh tranh về chi phí sản xuất, điều này làm cho nhiệm vụ trở nên phức tạp hơn.

Tuy nhiên, trong những năm gần đây, một số giải pháp phân hủy sinh học đang có tiến triển. Một trong số đó là polystumin, có thể được sử dụng để làm các vật dụng dùng một lần như cốc, bộ đồ ăn và ống hút. Một khi nó đi vào môi trường sống của con người, nó có thể phân hủy sinh học hiệu quả hơn. Người ta tin rằng khi nhu cầu về các sản phẩm nhựa tiếp tục tăng trên toàn cầu, những phát minh như vậy có thể dần dần tăng lên.

Cũng có những dấu hiệu tích cực và lạc quan trong các lĩnh vực khác. Năm 2016, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một loại vi khuẩn có thể ăn nhựa, và sau đó những người khác đã phát hiện ra loài sâu có thể ăn polyethylene. Ngoài ra, họ cũng tìm thấy các enzyme có thể phân hủy rác thải nhựa.

"Có lẽ trong vài năm tới, chúng ta sẽ thu được khả năng phân hủy và tiêu hóa nhựa từ những vi khuẩn và loài sâu này, và thậm chí có thể phân hủy túi nhựa polyethylene để nuôi những con sâu lớn hơn, có thể nuốt chửng rác thải nhựa của chúng ta."

Dù sao đi nữa, trong quá trình sản xuất nhựa, con người đã xoay xở để lấy nguyên liệu thô từ thiên nhiên và biến đổi hoàn toàn chúng để chúng không thể tiêu hóa được. Đây là tình thế tiến thoái lưỡng nan do trí tuệ và sự thông thái của con người gây ra. Bây giờ chúng ta hy vọng sẽ thay đổi tất cả những điều này thông qua nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới!

Tất cả các phương pháp giải quyết vấn đề nhựa nêu trên cần được khoa học và công nghệ phát triển hơn nữa, và có những vấn đề với một số rào cản kỹ thuật và chi phí quá cao trước khi được sử dụng phổ biến.

Và cách tốt nhất để giải quyết vấn đề nhựa hiện nay là tái chế. Việc sử dụng nhiều lần nhựa thông qua các bước như nghiền và làm sạch hạt không chỉ bảo vệ môi trường mà còn giảm chi phí sử dụng nhựa. Đây hiện là cách hiệu quả nhất để giải quyết các vấn đề về nhựa.