Một khuôn khổ có hệ thống để so sánh hiệu suất của các phương pháp tái chế nhựa
bởi Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia
Khái quát về phạm vi phân tích. Phương pháp tiếp cận từ đầu đến cuối được sử dụng để đánh giá các công nghệ tái chế từ kiện nhựa của cơ sở thu hồi vật liệu cho đến tái chế, tái polyme hóa (nếu có) và ép đùn thành dạng viên; sản xuất, sử dụng và thu gom nhựa ban đầu không được bao gồm. Polyme nguyên chất được đánh giá để khai thác nguyên liệu hóa thạch, tổng hợp monome, trùng hợp và ép đùn; sử dụng và xử lý không được bao gồm. Ảnh: ACS Bền vững Hóa học & Kỹ thuật (2023). DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c05497
Chỉ với một tỷ lệ nhỏ nhựa được tái chế, việc xác định cách tốt nhất để tái chế và tái sử dụng các vật liệu này có thể cho phép áp dụng tái chế nhựa nhiều hơn và giảm ô nhiễm chất thải nhựa. Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia (NREL) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã xem xét lợi ích và sự đánh đổi của các công nghệ hiện tại và mới nổi để tái chế một số loại nhựa để xác định các lựa chọn phù hợp nhất.
Các nhà nghiên cứu đã cung cấp một bản so sánh các công nghệ khác nhau để tái chế vòng kín, cho phép tái sử dụng nhựa thông qua quá trình xử lý cơ học hoặc hóa học, loại bỏ nhu cầu sử dụng vật liệu nguyên chất có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch. Họ đã xem xét các chỉ số kỹ thuật như chất lượng vật liệu và khả năng duy trì, cũng như các chỉ số về môi trường bao gồm việc sử dụng năng lượng và lượng khí thải nhà kính.
Taylor Uekert, tác giả chính của cuốn sách "So sánh kỹ thuật, kinh tế và môi trường của các công nghệ tái chế vòng kín cho mục đích chung cho biết: "Chúng tôi biết chi phí là một trong những yếu tố chính - nếu không phải là yếu tố chính - thúc đẩy tái chế". nhựa," xuất hiện trên tạp chí ACS Bền vững Hóa học & Kỹ thuật. "Nhưng tôi nghĩ điều quan trọng cần nhớ là có những thứ khác cũng quan trọng không kém đối với cuộc sống của chúng ta trên hành tinh này và chúng ta cũng cần xem xét những tác động môi trường đó."
Các đồng tác giả của cô, tất cả đều từ NREL, là Avantika Singh, Jason DesVeaux, Tapajyoti Ghosh, Arpit Bhatt, Geetanjali Yadav, Shaik Afzal, Julien Walzberg, Katrina Knauer, Scott Nicholson, Gregg Beckham và Alberta Carpenter.
Bài viết trình bày cách thức hoạt động hiệu quả của các công nghệ tái chế vòng kín đối với polyetylen terephthalate (PET) và ba loại polyolefin: polyetylen mật độ cao (HDPE), polyetylen mật độ thấp (LDPE) và polypropylen (PP). Những loại nhựa này có nhiều công dụng. Ví dụ, PET được sử dụng để sản xuất chai lọ, khay và thảm. HDPE được tìm thấy trong bình sữa, túi, hộp đựng và đồ chơi. LDPE thường được sử dụng để sản xuất chai, nắp và túi có thể bóp được. Trong khi đó, PP được sử dụng để làm hũ đựng sữa chua, móc treo và ống hút.
Tỷ lệ tái chế của các polyme này khác nhau ở Hoa Kỳ trong năm 2019, từ 2% đối với LDPE đến 15% đối với chai và hộp đựng PET.
"PET giống như chai nước dùng một lần phổ biến của bạn," Uekert nói. "Bạn có thể tái chế nó. Nhưng rất có thể nó sẽ không xuất hiện ở đầu kia như một cái chai. Nó sẽ xuất hiện dưới dạng khay nhựa để đặt thức ăn hoặc nó có thể được chuyển đổi thành sợi nhựa có thể được sử dụng cho quần áo. Nó quay trở lại cùng một loại nhựa, nhưng không nhất thiết phải là cùng một loại sản phẩm nhựa."
Có hai phương pháp tái chế khép kín đối với nhựa HDPE, LDPE và PP: cơ học, trong đó nhựa được nghiền nhỏ, nấu chảy và tạo thành một thứ gì đó mới; và hòa tan bằng dung môi, loại bỏ tạp chất để nhựa có chất lượng phù hợp để tái sử dụng. Những quy trình tương tự đó có thể được sử dụng trên PET ngoài ba công nghệ tái chế hóa học: thủy phân bằng enzyme, glycolysis và metanol.
Hơn 400 triệu tấn chất thải nhựa được tạo ra trên toàn cầu mỗi năm. Các chiến lược tái chế hiện tại có thể thu được một phần nhỏ các loại nhựa này, nhưng thiếu dữ liệu nhất quán về khả năng và tác động của các quy trình này. Nghiên cứu NREL đã mô tả định lượng hiệu suất của các công nghệ tái chế nhựa—bao gồm các yếu tố thường chỉ được thảo luận một cách định tính, như khả năng chịu nhiễm bẩn—và thiết lập một phương pháp để so sánh các quy trình tái chế mới khi chúng xuất hiện.
"Không chỉ là bạn có thể tái chế nhựa," Uekert nói. "Đó là cách bạn có thể tái chế nhựa đó hiệu quả như thế nào?"
Mặc dù tái chế cơ học vượt trội so với tất cả các công nghệ khác cũng như sản xuất nhựa nguyên chất trên các chỉ số kinh tế và môi trường, quy trình này tạo ra nhựa chất lượng thấp hơn. Các nhà nghiên cứu cho biết việc tăng chất lượng và số lượng nhựa được tái chế thông qua quá trình phân loại và tiền xử lý tốt hơn có thể cải thiện khả năng tồn tại của tái chế cơ học.
Ông Ukert nói
"Nếu bạn có một quy trình chỉ đạt hiệu suất 75%, thì cuối cùng bạn sẽ cần nhiều điện hơn một chút, nhiều hóa chất hơn một chút để tái chế một kg nhựa so với nếu bạn có hiệu suất 90% hoặc cao hơn . Điều đó có nghĩa là các tác động môi trường tổng thể của bạn, chi phí tổng thể của bạn, sẽ giảm khi bạn tăng khả năng lưu giữ vật liệu của mình."
Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng tái chế nên được coi là một cơ hội khử cacbon, với các công nghệ sử dụng điện có thể được tạo ra từ các nguồn tái tạo.
