Lượng rác thải nhựa đang gia tăng mỗi ngày và đã tăng gấp ba lần trên toàn nước Đức trong vòng 30 năm qua. Rác thải bao bì là một trong những nguyên nhân chính gây ra tình trạng này. Nếu như vào năm 1994, các hộ gia đình Đức thải ra 2,1 triệu tấn rác thải nhựa thì con số này đã tăng lên 5,6 triệu tấn vào năm 2023. Do đó, việc tìm ra cách tái chế các sản phẩm dùng một lần, phần lớn có nguồn gốc từ dầu thô, trở nên cực kỳ quan trọng.
"Việc tái chế rác thải sau tiêu dùng khó khăn hơn nhiều so với tái chế chất thải nhựa còn sót lại từ quá trình sản xuất công nghiệp," Tiến sĩ Silke Eckardt, giáo sư chuyên về hệ thống năng lượng bền vững và hiệu quả sử dụng tài nguyên tại HSB (Đại học Khoa học Ứng dụng Bremen, Đức) giải thích. Những vật liệu này không chỉ rất không đồng nhất mà còn thường chứa nhiều tạp chất.
Để khép kín chu trình sản xuất, HSB đã hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Fraunhofer IFAM nhằm tái chế những loại nhựa khó xử lý từ các hộ gia đình và đưa chúng vào quy trình sản xuất.
Nhựa tái chế trong sợi in 3D
Tiến sĩ Dirk Godlinski, quản lý dự án trong nhóm nghiên cứu Công nghệ Composite tại Fraunhofer IFAM, cho biết: "Vì chất thải được tái chế để sử dụng trong in 3D nên phải đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về độ tinh khiết, hình dạng và kích thước".
Để đạt được mục tiêu này, sản phẩm đầu ra từ nhà máy phân loại rác thải bao bì đã được sử dụng trong nghiên cứu khả thi do HSB và Fraunhofer IFAM thực hiện. Để đảm bảo độ tinh khiết, Eckardt và nhóm của mình đã xử lý thêm đầu ra của nhà máy phân loại: Tại phòng thí nghiệm, họ nghiền nhựa, rửa sạch và tách vật liệu không mong muốn bằng phương pháp tách nổi-chìm-tách. Công nghệ gần hồng ngoại được sử dụng để xác định nhựa lạ còn sót lại và sau đó loại bỏ chúng. Tiếp đó, các nhà nghiên cứu nghiền lại vật liệu cho đến khi đạt được kích thước hạt cần thiết để phối trộn và sấy khô, đạt được mức độ tinh khiết hơn 99,8%.
Fraunhofer IFAM phụ trách giai đoạn tiếp theo: "Trong dự án, chúng tôi sản xuất polypropylene đồng nhất từ chất thải" Godlinski cho biết. "Đây là một dạng nhựa đa năng, bền, chống vỡ và tương đối linh hoạt."
Nhà khoa học và nhóm của ông đã sản xuất ra một loại sợi nhựa rắn bằng cách xử lý các mảnh polypropylene tái chế trong một máy đùn công nghiệp tại Fraunhofer IFAM. Vật liệu được kết hợp, trộn bằng các hình dạng trục vít đùn khác nhau, sau đó nấu chảy ở nhiệt độ lớn hơn 200 độ C và đùn ra.
"Công việc của chúng tôi bao gồm việc điều chỉnh chính xác các vít cơ học, nhiệt độ, áp suất và tốc độ khác nhau trong suốt quá trình sản xuất để sản phẩm cuối cùng là polypropylene đồng nhất," Godlinski giải thích. Để có thể sử dụng trong in 3D, sợi nhựa phải tròn và có đường kính đồng đều trên toàn bộ chiều dài, với bề mặt nhẵn.
Các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc này: sợi nhựa màu xám, dày khoảng 2 mm có thể được sử dụng trực tiếp làm sợi trong máy in 3D thương mại. Đến nay, Godlinski và nhóm của ông đã in thành công các thành phần đầu tiên, bao gồm cả nắp sản phẩm.
Điều này đánh dấu sự thành công bước đầu giữa HSB và Fraunhofer IFAM. Hiện tại, các nhà nghiên cứu đang tối ưu hóa quy trình sản xuất, và đã có các ý tưởng cho những dự án tiếp theo. Godlinski cho biết, nhựa có thể được tinh chế thêm, ví dụ, bằng cách thêm các chất phụ gia như sợi thủy tinh vào trong quá trình pha trộn, cho phép sản xuất các thành phần chất lượng cao trong các lĩnh vực như hàng không và công nghiệp ô tô.
Các quy định pháp lý cũng đang thúc đẩy nhu cầu cao về vật liệu tái chế: Theo Quy định về Bao bì và Chất thải Bao bì của EU (PPWR), bao bì phải bao gồm từ 10-35% vật liệu tái chế vào năm 2030, tùy thuộc vào loại nhựa và sản phẩm, ngoại trừ thiết bị y tế và sản phẩm dược phẩm. Yêu cầu cho năm 2035 là từ 25 đến 65% vật liệu tái chế.
"Việc tăng nhu cầu về vật liệu tái chế là rất quan trọng," Eckardt nhấn mạnh. "Đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu, chúng ta cần phải chú trọng đến hiệu quả sử dụng tài nguyên. Nền kinh tế tuần hoàn đang trở nên ngày càng quan trọng." Godlinski đồng tình: "Chúng ta càng tái sử dụng và tái chế nhiều chất thải thì càng có thể tiết kiệm được nhiều năng lượng và tài nguyên hơn."
