Mỗi năm, hàng tỉ chai nhựa dùng một lần bị thải ra bãi rác hoặc đại dương. Vấn đề rác thải này ngày càng trầm trọng. Một phát hiện khoa học mới cho thấy những chai nhựa đó có thể giúp cung cấp năng lượng cho cuộc sống hàng ngày .

Nghiên cứu này đã được công bố trên Tạp chí Energy & Fuels và được Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ nhấn mạnh. Các nhà khoa học cho biết phát hiện này có thể giúp giảm ô nhiễm nhựa đồng thời thúc đẩy công nghệ năng lượng sạch hơn.

Vì sao rác thải nhựa PET lại trở thành vấn đề ngày càng nghiêm trọng?

Nhựa PET có mặt ở khắp mọi nơi. Theo các nhà nghiên cứu, hơn 500 tỷ chai nhựa PET dùng một lần được sản xuất mỗi năm. Hầu hết chúng chỉ được sử dụng một lần rồi vứt đi. Trưởng nhóm nghiên cứu, Tiến sĩ Yun Hang Hu, cho biết quy mô này tạo ra một thách thức lớn đối với môi trường.

Thay vì để rác thải nhựa chất đống, nhóm nghiên cứu đã tập trung vào việc tái chế chúng thành những sản phẩm có giá trị. Ý tưởng của họ rất đơn giản nhưng mạnh mẽ: biến chất thải thành vật liệu hỗ trợ các hệ thống năng lượng tái tạo và đồng thời giảm chi phí sản xuất.

Những vật liệu tái chế đó kết hợp với nhau để tạo thành một siêu tụ điện hoàn toàn từ nhựa phế thải, được thiết kế để sạc nhanh và lưu trữ năng lượng lâu dài.

Cách chai nhựa lưu trữ và giải phóng năng lượng

Hãy tưởng tượng một thiết bị có thể sạc nhanh và cung cấp năng lượng tức thì. Đó chính xác là những gì siêu tụ điện làm được. Chúng lưu trữ và giải phóng năng lượng nhanh hơn nhiều so với pin truyền thống, điều này khiến chúng hữu ích cho xe điện, hệ thống năng lượng mặt trời và các thiết bị điện tử hàng ngày.

Nhóm nghiên cứu của Hu đã tìm ra cách chế tạo các linh kiện lưu trữ năng lượng này bằng cách sử dụng chai nước nhựa PET đã qua sử dụng. Bằng cách định hình lại nhựa ở nhiệt độ cực cao, các nhà nghiên cứu đã biến chất thải thành vật liệu có thể tạo ra điện năng một cách hiệu quả và liên tục.

Quy trình diễn ra như sau:

• Để chế tạo điện cực, các nhà nghiên cứu đã cắt chai PET thành những mảnh nhỏ li ti, kích thước như hạt. Họ trộn nhựa với canxi hydroxit và nung nóng đến gần 1.300 độ Fahrenheit trong môi trường chân không. Nhiệt độ đó đã biến đổi nhựa thành một loại bột carbon xốp, dẫn điện.
• Bột sau đó được tạo thành các lớp điện cực mỏng. Đối với màng ngăn, các mảnh PET nhỏ được làm phẳng và đục lỗ cẩn thận bằng kim nóng. Mẫu này cho phép dòng điện đi qua hiệu quả trong khi vẫn đảm bảo an toàn và độ bền. Sau khi lắp ráp, thiết bị sử dụng hai điện cực carbon được ngăn cách bởi màng PET và ngâm trong dung dịch điện phân kali hydroxit.
• Các nhà nghiên cứu sử dụng nhiệt độ cực cao để chuyển đổi nhựa PET phế thải thành vật liệu carbon xốp có khả năng lưu trữ và truyền tải điện năng hiệu quả.

Sơ đồ minh họa quy trình chuyển đổi chai PET thành năng lượng.

Kết quả gây bất ngờ cho các nhà khoa học

Khi thử nghiệm, siêu tụ điện làm hoàn toàn từ nhựa phế thải cho hiệu suất vượt trội so với các thiết bị tương tự được chế tạo bằng màng ngăn sợi thủy tinh truyền thống. Sau nhiều lần sạc và xả, nó vẫn giữ được 79% dung lượng năng lượng. Một thiết bị sợi thủy tinh tương đương chỉ giữ được 78%. Sự khác biệt đó rất quan trọng. Thiết kế dựa trên PET có chi phí sản xuất thấp hơn, vẫn hoàn toàn có thể tái chế và hỗ trợ các công nghệ lưu trữ năng lượng tuần hoàn , nơi vật liệu phế thải được tái sử dụng thay vì bị loại bỏ.

Bước đột phá này có thể tác động đến cuộc sống hàng ngày sớm hơn bạn tưởng. Siêu tụ điện giá rẻ hơn có thể làm giảm chi phí xe điện, hệ thống năng lượng mặt trời và thiết bị điện tử di động. Thời gian sạc nhanh hơn và tuổi thọ thiết bị dài hơn cũng có thể được cải thiện. Điều này cũng cho thấy rằng tính bền vững không đòi hỏi phải từ bỏ điều gì đó. Nhựa phế thải có thể trở thành một phần của giải pháp thay vì là vấn đề. Mặc dù công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn phát triển, nhóm nghiên cứu tin rằng siêu tụ điện làm từ PET có thể tiếp cận thị trường thương mại trong vòng 5 đến 10 năm. Trong thời gian chờ đợi, việc lựa chọn chai tái sử dụng và các sản phẩm thay thế không chứa nhựa vẫn giúp giảm thiểu rác thải hiện nay.

Biến rác thải thành nguồn lưu trữ năng lượng không chỉ là một ý tưởng thông minh. Nó cho thấy khoa học có thể giải quyết hai thách thức toàn cầu cùng một lúc. Ô nhiễm nhựa ngày càng gia tăng. Nhu cầu năng lượng cũng vậy. Nghiên cứu này chứng minh rằng những vấn đề đó không cần phải được giải quyết riêng lẻ. Bằng cách xem xét lại rác thải như một nguồn tài nguyên, các nhà khoa học đang xây dựng một tương lai sạch hơn và hiệu quả hơn từ những vật liệu mà chúng ta đã vứt bỏ.