Một số phương pháp tái chế chất thải nhựa

Tái chế nhựa sẽ làm giảm lượng chất thải cần xử lý trong khi làm giảm áp lực đối với vật liệu nhựa nguyên sinh. Tái chế nhựa cũng làm giảm sự tiêu thụ năng lượng và nước và phát thải các loại khí và hóa chất độc hại trong quá trình sản xuất vật liệu nguyên sinh.

Trong quá trình tái chế nhựa, các sản phẩm cuối cùng có thể thay thế cho vật liệu nguyên sinh và sẽ tạo ra những lợi ích kinh tế - môi trường đáng kể. Tái chế nhựa có thể được thực hiện theo ba cách chính: tái chế cơ học, tái chế hóa học (hay tái chế nguyên liệu) và tái chế nhiệt.

Phương pháp tái chế cơ học

Ảnh minh họa

Đây là phương pháp đơn giản và phổ biến được sử dụng cho phần lớn các loại chất thải nhựa. Tái chế cơ học là cách để tạo ra các sản phẩm mới từ chất thải nhựa chưa bị biến đổi. Phương pháp này được phát triển từ những năm 1970 và hiện đang được hàng trăm nhà sản xuất trên thế giới sử dụng.

Chất thải được tái chế bằng phương pháp cơ học cho đến nay phần lớn là chất thải nhựa công nghiệp. Chất thải nhựa công nghiệp phát sinh trong sản xuất, chế biến và phân phối các sản phẩm nhựa rất thích hợp để sử dụng làm nguyên liệu cho tái chế cơ học nhờ sự phân tách rõ ràng các loại nhựa khác nhau, đồng thời chất thải nhựa công nghiệp có hàm lượng bụi bẩn và tạp chất thấp và với số lượng lớn.

Tất cả các loại sản phẩm tái chế được làm từ nhựa công nghiệp bao gồm đồ chứa, ghế băng, hàng rào, thiết bị vui chơi cho trẻ em, các sản phẩm bao bì, vận tải, xây dựng, nhà cửa, công viên, đường, đường sắt, các hàng hoá khác và các phương tiện được sử dụng trong nông nghiệp, lâm nghiệp và thủy sản.

Các sản phẩm tái chế có một số đặc điểm hấp dẫn là chúng bền, nhẹ, dễ gia công và dễ cắt nối, giống như gỗ. Các sản phẩm tái chế có các tính chất này đang được kỳ vọng có thể được sử dụng làm các vật liệu khác, chẳng hạn như thép, bê tông, gỗ và các khối phân cách giữa.

Chất thải nhựa phát sinh từ hộ gia đình, chẳng hạn như chai PET và tấm cách nhiệt xốp polystirol, được chuyển đổi thành các sản phẩm dệt may, vật liệu bao bì, chai lọ, văn phòng phẩm, các nhu yếu phẩm hàng ngày, băng video và các sản phẩm tương tự.

Phương pháp tái chế hóa học

Monome hóa

Phương pháp này chủ yếu để khôi phục monome thông qua quá trình khử polyme hóa. Trong khi chai PET có thể được tái chế để làm ra các mặt hàng dệt và tấm nhựa, chúng không thể được sử dụng để làm chai PET đựng đồ uống. Điều này là do chai PET đã qua sử dụng không thích hợp làm nguyên liệu cho chai nước giải khát, rượu hay xì dầu vì lý do vệ sinh và mùi. Tuy nhiên, chuyển đổi chai PET trở lại trạng thái trước đó là kinh tế hơn so với sản xuất nhựa PET từ dầu hỏa và dầu mỏ.

Phương pháp này phân hủy hóa học chai PET phế liệu thành các thành phần monome của chúng (khử polyme hóa) sau đó chúng được sử dụng để sản xuất chai PET.

Công ty Tenjin của Nhật Bản đã sử dụng phương pháp phân hủy độc quyền của mình, kết hợp ethylene glycol (EG) và methanol để phân hủy chất thải nhựa PET thành DMT (dimethyl terephthalate) và chuyển đổi thành nguyên liệu cho sản xuất vải và màng mỏng. Kỹ thuật này đã được cải tiến để tiếp tục phân hủy chai PET từ DMT thành PTA (axit terephtalic tinh chế) để sản xuất nhựa PET và Công ty Sợi Tenjin bắt đầu vận hành thương mại một cơ sở với công suất xử lý khoảng 62.000 tấn/năm vào năm 2003. Sản phẩm nhựa của công ty được Ủy ban An toàn thực phẩm Nhật Bản đánh giá phù hợp để sử dụng làm hộp đựng thức ăn vào năm 2004 và việc sản xuất chai từ chai phế thải đã được Bộ Y tế, Lao động và Phúc lợi chấp thuận.

Công ty Aies tại Nhật Bản cũng đã phát triển một kỹ thuật để sản xuất nhựa bằng cách phân hủy nhựa thành các monome BHET (bis hydroxyethyl terephthalate) có độ tinh khiết cao sử dụng phương pháp khử polyme hóa mới bằng EG. Công ty này đã thành lập Công ty PET Reverse với công suất xử lý khoảng 23.000 tấn mỗi năm. Tuy nhiên, sự gia tăng đáng kể trong xuất khẩu chai PET phế thải gây ra tình trạng khan hiếm nguyên liệu và Công ty Sợi Tenjin đã dừng sản xuất chai từ chai phế thải, trong khi việc kinh doanh của Công ty PET Reverse vẫn đang được Công ty Seikan Kaisha Toyo (Công ty công nghệ tinh chế nhựa PET) điều hành.

Tái chế nguyên liệu bằng lò luyện sắt

Tại các nhà máy thép, quặng sắt, than cốc và các nguyên liệu thô phụ trợ được đưa vào lò luyện sắt và quặng sắt tan chảy để sản xuất gang.

Than cốc được sử dụng làm nhiên liệu để tăng nhiệt độ trong lò và cũng hoạt động như một chất khử bằng cách loại bỏ oxy từ oxit sắt, một trong những thành phần chính của quặng sắt. Do nhựa được làm từ dầu mỏ và khí đốt tự nhiên, thành phần chính của chúng là cacbon và hydro. Điều này có nghĩa là có thể sử dụng chúng thay cho than cốc làm chất khử trong lò luyện sắt.

Quá trình nhựa được sử dụng làm chất khử như sau: Chất thải nhựa thu gom từ các nhà máy và hộ gia đình được loại bỏ các chất không bắt cháy và các tạp chất khác như kim loại, sau đó được nghiền thành bột mịn và đóng khối để giảm thể tích. Nhựa không chứa PVC được tạo hạt và đưa vào lò luyện sử dụng than cốc. Nhựa chứa PVC được đưa vào lò sau khi được tách hydroclorua ở nhiệt độ cao khoảng 350oC và không có oxy do sự phát xạ của hydroclorua có thể làm hỏng lò. Sau khi được tách, hydroclorua được thu hồi dưới dạng axit hydrocloric và được sử dụng cho các mục đích khác.

Phương pháp khử hydroclorua này được Viện Quản lý chất thải nhựa, Hội đồng Các vấn đề môi trường PVC Nhật Bản, Hội đồng Môi trường Vinyl và Tập đoàn Thép JFE (trước đó là NKK) phát triển theo yêu cầu của Tổ chức Phát triển năng lượng và công nghệ công nghiệp mới (NEDO). Tập đoàn Thép JFE bắt đầu vận hành quy mô thực tế với công xuất quy trình là 30.000.000 tấn.

Khí hóa

Nhựa được chuyển đổi thành khí để sử dụng làm nguyên liệu thô trong ngành công nghiệp hóa chất. Thành phần của nhựa chủ yếu là cacbon và hydro do đó thường sản sinh ra cacbon dioxit và nước khi đốt cháy. Quá trình khí hóa bao gồm làm nóng nhựa và bổ sung thêm oxy và hơi nước. Nguồn cung oxy bị hạn chế, có nghĩa là có nhiều nhựa được chuyển thành hydrocacbon, cacbon monoxit và nước.

Cát được đốt nóng đến 600-800 độ C được trộn trong lò khí hóa nhiệt độ thấp giai đoạn đầu. Nhựa đưa vào lò khi tiếp xúc với cát tạo thành hydrocacbon, cacbon monoxit, hydro và than. Nếu nhựa chứa clo, chúng sẽ tạo ra hydroclorua. Nếu nhựa được sử dụng để sản xuất kim loại hay thủy tinh, những loại này được sử dụng như các chất không cháy.

Khí từ lò khí hóa ở nhiệt độ thấp phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ 1.300-1.500 độ C trong lò khí hóa nhiệt độ cao giai đoạn hai sản xuất ra khí chủ yếu gồm cacbon monoxit và oxy. Ở cửa lò, khí được nhanh chóng giảm nhiệt xuống 200 độ C hoặc thấp hơn để tránh hình thành dioxin. Xỉ lò luyện sắt được sử dụng làm vật liệu xây dựng và công trình dân dụng.

Sau đó, khí được cho đi qua thiết bị lọc khí và hydroclorua còn xót lại được trung hòa bằng chất kiềm và bị loại bỏ khỏi khí tổng hợp. Khí tổng hợp được sử dụng làm nguyên liệu thô trong ngành công nghiệp hóa chất để sản xuất các hóa chất như hydro, methanol, ammoniac và axit a-xê-tich.

Để thử nghiệm công nghệ này, Công ty Rekisei Kouyu, Nhật Bản đã thành lập Trung tâm Hóa lỏng nhựa Niigata ở thành phố Niigata để xử lý tất cả các loại chất thải nhựa từ các hộ gia đình. Áp dụng những phát hiện của Viện Quản lý chất thải nhựa từ dự án trên, trung tâm đã tiến hành hoạt động thử nghiệm và hoạt động thương mại.

Một cơ sở quy mô lớn tương tự được Công ty Tái chế nhựa Sapporo xây dựng ở Sapporo và đi vào hoạt động. Tập đoàn Năng lượng Nhật Bản bắt đầu vận hành một nhà máy để chuyển đổi dầu từ chất thải nhựa tái chế của Công ty Tái chế nhựa Sapporo thành naphtha.

Phương pháp tái chế nhiệt

Tái chế nhiệt có nghĩa là sử dụng nhựa làm nhiên liệu chính để thu hồi năng lượng. Nhựa có hiệu suất tỏa nhiệt cao do nhựa có nguồn gốc từ dầu. Giá trị năng lượng của nhựa tương đương hoặc lớn hơn so với than. Nhựa có thể được đốt và cung cấp năng lượng dưới dạng nhiệt.

Một trong những ứng dụng chủ yếu của quá trình tái chế nhựa là thu hồi nhiệt để sản xuất hơi nước nóng cho mục đích sưởi ấm hay chạy các máy phát điện. Một trong các giải pháp đang được nghiên cứu ứng dụng là xây dựng cơ sở chế biến trung gian để cung cấp nhiên liệu cho nhà máy điện. Nhờ chế biến trung gian, chất thải nhựa có thể trở thành nhiên liệu chuyển hoá hoặc dầu tái sinh, có thể được sử dụng rộng rãi, không cần có hệ thống thu gom phân loại phức tạp, vì chất thải giấy, chất thải sinh hoạt và các chất thải khác không phải nhựa có thể trộn lẫn cùng nhiên liệu có nguồn gốc từ chất thải.