Nghiên Cứu Tái Chế Lốp Cao Su Phế Thải Thành Vật Liệu Xốp Aerogel

Nghiên cứu tái chế lốp cao su phế thải thành vật liệu xốp aerogelVăn Thức (T/h) - Thứ sáu, 27/03/2020 09:33 (GMT+7)

Theo dõi MTĐT trên

Nhóm các nhà nghiên cứu tại Trường ĐH NUS, Singapore do hai nhà khoa học gốc Việt đã có 1 bước đột phá lớn khi lần đầu tiên thành công tái chế lốp cao su phế thải thành vật liệu xốp siêu nhẹ aerogel.

Vật liệu xốp siêu nhẹ aerogel từ cao su có các tính năng vượt trội. Chúng cực kỳ nhẹ, có khả năng thấm hút cao, rất bền và cũng rất hiệu quả trong việc giữ nhiệt và âm thanh.

Bằng cách tận dụng phế thải cao su để biến chúng thành các sản phẩm có giá trị thương mại cao hơn, công nghệ mới này thúc đẩy việc sử dụng lốp xe phế liệu rộng hơn và cung cấp một giải pháp thân thiện với môi trường để tái chế cao su đã sử dụng. Công nghệ mới lạ này đã được xuất bản trong phiên bản in của tạp chí khoa học Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects và đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế.

Để thúc đẩy nỗ lực nghiên cứu của nhóm và nâng cao nhận thức cộng đồng về tái chế, Mapletree Investments, nhà phát triển bất động sản hàng đầu tập trung mạnh vào sự bền vững môi trường, gần đây đã tặng một món quà trị giá 155.000 đô la Singapore cho NUS.

Chất thải từ lốp xe phế liệu

Theo thống kê, ước tính mỗi năm có khoảng 1 tỷ lốp xe phế liệu được thải ra trên toàn thế giới. Lốp cao su có độ bền cao và không phân hủy. Chỉ 40% được tái chế thành các sản phẩm có giá trị gia tăng thấp, trong khi 49% được đốt để tạo ra năng lượng, và ít nhất 11% bị chôn lấp. Các bãi chôn lấp đang ngày càng thiếu, chưa kể việc chôn lấp rác có nguy cơ nước rỉ rác gây ra ô nhiễm môi trường. Còn việc đốt cao su tạo ra các chất độc hại gây lo ngại cho an toàn sức khỏe.

PGS Dương Minh Hải, người đứng đầu nhóm nghiên cứu của Khoa Kỹ thuật Cơ khí, Đại học NUS cho rằng, tỷ lệ 40% lốp cao su thải được tái chế trên toàn thế giới vẫn còn thấp, do chế biến cao su đã qua sử dụng rất tốn kém, mất nhiều năng lượng và không có động lực tiền tệ. “Nhóm của chúng tôi đã quyết định tập trung vào việc tạo ra vật liệu aerogel cao su từ lốp cao su đã qua sử dụng vì chúng là nguồn nguyên liệu rẻ tiền và phong phú. Bằng cách chuyển đổi lốp cao su thải thành aerogel có giá trị cao, chúng tôi có thể tăng cường khuyến khích tiền tệ để tái chế cao su và lần lượt cắt giảm chất thải cao su”, anh Dương Minh Hải nói.

Theo ông Edmund Cheng, Chủ tịch Mapletree , Mapletree luôn chú trọng vào việc tích hợp các thiết kế bền vững vào sự phát triển. Dự án này, với mục đích biến chất thải cao su thành vật liệu aerogel thông qua công nghệ xanh, phù hợp với cam kết của chúng tôi nhằm giảm tác động tiêu cực đến môi trường. Chúng tôi rất vui mừng vì một phần của hỗ trợ cũng sẽ tài trợ để tân trang lại cơ sở phòng thí nghiệm cho nghiên cứu và giáo dục ứng dụng về tiềm năng của công nghệ tái chế. Chúng tôi hy vọng rằng, thông qua giáo dục, một trong những trụ cột trách nhiệm xã hội quan trọng, nhiều người sẽ nhận thức tốt hơn về các vấn đề môi trường.

Quy trình sản xuất đơn giản, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường

Các nhà khoa học bắt đầu với việc tái chế các sợi lốp xe ô tô, sau đó ngâm trong nước cùng một lượng tối thiểu các liên kết chéo hóa học. Tiếp theo, hỗn hợp sợi cao su và dung môi thân thiện với môi trường được phân tán đồng đều bằng máy khuấy trong 20 phút. Sau đó, hỗn hợp đồng nhất này được đông khô ở âm 50 độ C trong tối đa 12 giờ để sản xuất vật liệu aerogel cao su.

PGS Dương Minh Hải cho biết, quá trình chế tạo rất đơn giản, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường. Toàn bộ quá trình sản xuất mất từ 12 đến 13 giờ để hoàn thành và chỉ tốn chưa đến 10 đô la Singapore để sản xuất một tấm aerogel cao su có kích thước 1m2 và dày 1cm. Quá trình cũng có thể dễ dàng mở rộng để sản xuất hàng loạt. Điều này làm cho vật liệu aerogel cao su trở thành một sản phẩm hấp dẫn về mặt thương mại.

“Nhóm của chúng tôi đã quyết định tập trung vào việc tạo ra aerogel cao su từ lốp cao su đã qua sử dụng vì chúng là nguồn nguyên liệu rẻ tiền và phong phú. Bằng cách chuyển đổi lốp cao su thải thành vật liệu aerogel có giá trị cao, chúng tôi có thể tăng cường khuyến khích tiền tệ để tái chế cao su và lần lượt cắt giảm chất thải cao su”, PGS Dương Minh Hải, người đứng đầu nhóm nghiên cứu nói.

Giáo sư Phan Thiện Nhân, thành viên cấp cao trong nhóm nghiên cứu cho biết, các thị trường tiềm năng của vật liệu aerogel là rất lớn. Vật liệu này có thể ngăn tiếng ồn xe và cách nhiệt trong thiết kế xe. Đây cũng là vật liệu siêu thấm để ngăn các sự cố tràn dầu. Được biết, thị trường giải pháp cách nhiệt và cách nhiệt ô tô toàn cầu dự kiến sẽ đạt 3,2 tỷ USD vào năm 2022. Ngoài ra, thị trường quản lý sự cố tràn dầu toàn cầu dự kiến sẽ đạt 182,7 tỷ USD vào năm 2025.

PGS Hải, Giáo sư Nhân và nhóm của họ đang mong muốn mọi người nhận ra tác động tích cực đến môi trường của vật liệu aerogel bằng cách hợp tác với Mapletree và các đối tác trong ngành để thương mại hóa và nhân rộng công nghệ mới lạ này. Với sự đóng góp hào phóng từ Mapletree, nhóm các nhà khoa học gốc Việt tại NUS sẽ có thể tiến hành các nghiên cứu sâu hơn để tăng cường hiệu suất của vật liệu aerogel từ cao su, khám phá các ứng dụng khác, cũng như sử dụng các loại phế thải khác để chuyển đổi thành aerogel.

2 trong số nhiều ứng dụng nổi bật của aerogel PET :

- Áo khoác cứu hỏa nhẹ và an toàn: áo khoác cứu hỏa hiện có rất cồng kềnh và thường phải sử dụng với nhiều thiết bị thở và an toàn khác. Sự nặng nề của nó có thể gây thiệt hại cho lính cứu hỏa, đặc biệt là trong các vụ cháy lớn. Nếu được phủ aerogel PET, chiếc áo khoác có thể chịu được nhiệt độ lên tới 6200C - cao gấp 7 lần so với lớp lót nhiệt được sử dụng trong áo khoác lính cứu hỏa thông thường. Nhưng đáng quý hơn là trọng lượng chiếc áo sẽ được giảm tới 90%. Sự mềm mại, nhẹ và linh hoạt của aerogel PET sẽ giúp những người lính cứu hỏa di chuyển dễ dàng hơn.

- Mặt nạ 2 trong 1 giúp hấp thụ carbon dioxide và các hạt bụi có hại: khi được phủ một nhóm amin, aerogel PET có thể nhanh chóng hấp thụ carbon dioxide từ môi trường. Khả năng hấp thụ của nó tương đương với các vật liệu được sử dụng trong mặt nạ khí vốn rất tốn kém và cồng kềnh. Để minh họa cho ứng dụng này, nhóm nghiên cứu đã nhúng một lớp mỏng aerogel PET vào mặt nạ thương mại để tạo ra chiếc mặt nạ có thể hấp thụ cả bụi và carbon dioxide một cách hiệu quả. GS Nhân cho biết: “Ở các quốc gia đô thị hóa cao như Singapo, mặt nạ hấp thụ carbon dioxide và áo khoác chịu nhiệt được chế tạo bằng aerogel PET có thể được đặt bên cạnh các bình chữa cháy trong các tòa nhà cao tầng để nâng cao sự an toàn cho người dân khi họ thoát khỏi đám cháy”. “Mặt nạ được lót bằng aerogel PET được gia cố bằng amin cũng có thể mang lại lợi ích cho những nơi bị ô nhiễm không khí và khí thải carbon. Những chiếc mặt nạ như vậy có thể được sản xuất dễ dàng và cũng có thể được tái sử dụng” - PGS Minh khẳng định. Các nhà nghiên cứu cũng đang xem xét việc điều chỉnh bề mặt để aerogel PET có thể hấp thụ các loại khí độc như carbon monoxide, thành phần nguy hiểm nhất của khói.

Nhóm nghiên cứu đã mất hai năm (từ 8/2016 - 8/2018) để phát triển công nghệ chế tạo aerogel PET. Công trình này đã được công bố trên Tạp chí khoa học Colloids and Surfaces A vào 8/2018. Aerogel PET do nhóm nghiên cứu phát triển có nhiều ưu điểm nổi bật như mềm, dẻo, bền, cực nhẹ và dễ xử lý. Nếu như giá bán của aerogel silica (loại phổ biến nhất trên thị trường) là 40 SGD (tương đương 30 USD) cho một tấm cỡ A4 thì giá sản xuất của tấm aerogel PET cùng kích cỡ chỉ là 0,5 USD. Nhóm nghiên cứu cũng đã rút ngắn quy trình sản xuất thông thường từ 7 ngày xuống còn 8 - 10 giờ.