Phát triển công nghệ pin mặt trời biến chai nhựa phế thải thành nhiên liệu hydro

Rác thải nhựa đang là một trong những thách thức môi trường lớn nhất thế giới, với hàng chục triệu tấn thải ra mỗi năm gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Trước thực trạng lượng rác thải nhựa dự kiến tăng gấp ba lần vào năm 2060 nếu không có chính sách can thiệp mạnh mẽ, các nhà khoa học tại Đại học Cambridge (Anh) đã nghiên cứu ra một giải pháp đột phá: sử dụng pin mặt trời để biến chai nhựa bỏ đi thành nhiên liệu hydro xanh.

Quy trình chuyển hóa nhựa PET bằng năng lượng mặt trời

Hệ thống mới tập trung xử lý loại nhựa polyethylene terephthalate (PET) - thành phần chính trong các loại chai nước uống dùng một lần. Quy trình bắt đầu bằng việc nghiền nhỏ nhựa PET, sau đó trộn với dung dịch kali hydroxit và đun nóng ở nhiệt độ 80°C trong vòng ba ngày. Quá trình tiền xử lý này giúp phân hủy PET và giải phóng ethylene glycol, một hợp chất hữu cơ cơ bản.

Sau khi lọc bỏ các phần nhựa PET chưa phân hủy hết, phần dung dịch lỏng còn lại sẽ được đưa vào một lò phản ứng năng lượng mặt trời đặc biệt. Khác biệt với các tấm pin quang điện thông thường vốn dùng để sản xuất điện năng, hệ thống này ứng dụng công nghệ quang xúc tác, sử dụng trực tiếp ánh sáng mặt trời để thúc đẩy các phản ứng hóa học chuyển đổi chất thải thành hydro.

Thử nghiệm thực tế và tiềm năng quy mô lớn

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm từ các tấm pin mặt trời quy mô nhỏ trước khi nâng cấp lên một lò phản ứng ngoài trời có diện tích 1 m² sử dụng bốn tấm pin lớn hơn. Kết quả thực nghiệm ban đầu cho thấy quy trình này hoàn toàn khả thi để sản xuất khí hydro trên quy mô công nghiệp.

Hiện nay, nhu cầu tiêu thụ hydro trên toàn cầu là rất lớn, phục vụ cho các ngành công nghiệp nặng như lọc dầu, sản xuất thép, metanol và amoniac. Tuy nhiên, khoảng 99% lượng hydro hiện tại vẫn được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch, phát thải một lượng lớn khí CO₂ ra môi trường. Việc sản xuất thành công hydro xanh từ rác thải nhựa sẽ là bước tiến quan trọng giúp cắt giảm lượng khí thải carbon toàn cầu.

Thách thức và định hướng phát triển trong tương lai

Mặc dù mở ra nhiều triển vọng, việc sản xuất hydro xanh hiện nay vẫn đối mặt với không ít rào cản kỹ thuật. Phương pháp điện phân nước truyền thống đòi hỏi nguồn năng lượng cực kỳ lớn. Trong khi đó, quá trình phân hủy nhựa bằng nhiệt và hóa chất cũng tiêu tốn nhiều năng lượng và khó kiểm soát các sản phẩm phụ sinh ra.

Để tối ưu hóa hiệu quả và giảm thiểu chi phí vận hành, đội ngũ nghiên cứu tại Đại học Cambridge đang tiếp tục cải tiến công nghệ nhằm hấp thụ nhiều ánh sáng mặt trời hơn, đồng thời nâng cao độ bền của chất quang xúc tác. Định hướng tiếp theo của dự án là mở rộng quy mô sản xuất và nghiên cứu tích hợp mô hình kép: vừa sản xuất điện năng, vừa chuyển hóa rác thải nhựa thành nhiên liệu hydro sạch.