Đã có thể sản xuất sợi carbon từ gỗ vụn, giấy bỏ, rác thải từ nhiên liệu sinh học

Từ Thư viện Khoa học VLOS
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm
Chia sẻ lên facebook Chia sẻ lên twitter Chia sẻ lên google-plus In trang này

Một nghiên cứu mới từ đại học Texas A&M rất có thể mang lại cho chúng ta một nguồn khai thác sợi carbon chất lượng cao dồi dào cũng như giải quyết vấn đề về môi trường từ rác thải chứa lignin. Điều đáng nói là loại rác thải này lại chính là bã giấy, mạt cưa, gỗ vụn cũng như phế thải từ quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học.

Da-co-the-san-xuat-soi-carbon-tu-go-vun-giay-bo-rac-thai-tu-nhien-lieu-sinh-hoc-1.png

Lignin hay còn gọi là chất gỗ là một polymer kị nước có trong hầu hết các loại thực vật có mạch và nó có vai trò kết dính, tạo nên độ vững chắc cho cấu trúc thân cây. Lignin cũng là thành phần có nhiều trong rác thải từ các ngành công nghiệp như giấy và nhiên liệu sinh học. Riêng tại Mỹ mỗi năm thải ra khoảng 50 triệu tấn giấy trong khi đó con số này gấp 4 lần đối với loại chất thải từ hoạt động sản xuất nhiên liệu sinh học như ethanol.

Hiện tại chỉ có khoảng 2% trong số rác thải này được tái chế thành các sản phẩm mới, phần còn lại được đốt hủy và khả năng chúng ta đang đốt đi cả mỏ vàng bởi không chỉ là nguồn polymer tự nhiên dồi dào nhất trên thế giới chỉ sau cellulose, lignin cũng là một loại chất cao phân tử độc đáo khi thường được dùng làm các loại polymer thơm. Nhựa, dược phẩm và sơn thường sử dụng các hợp chất thơm lấy từ than đá, hắc in và dầu hỏa. Vì vậy lignin tiềm năng có thể trở thành một nguồn nguyện liệu chế xuất polymer thơm thay thế, từ đó đặt ra nền tảng cho ngành công nghiệp hóa học, giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Da-co-the-san-xuat-soi-carbon-tu-go-vun-giay-bo-rac-thai-tu-nhien-lieu-sinh-hoc-2.png

Thế nhưng, không dễ để có thể bẻ gãy các liên kết của lignin để phân tách thành các thành phần riêng lẻ. Sự liên kết chéo rất chặt chẽ giữa các chuỗi phân tử vốn tạo nên đặc tính cứng và chất gỗ của cây cũng chính là yếu tố khiến cây khó bị mủn. Để phá vỡ liên kết này, thông thường lignin cần phải được xử lý ở mức nhiệt độ đến 500 độ C và áp suất 200 bar và thậm chí khi đã bẻ gãy được liên kết thì những sản phẩm phụ từ quy trình này có thể là những hợp chất chứa oxy rất khó để phân tách. Đó là còn chưa kể đến yếu tố kinh tế khi mà chi phí để chiết xuất nhiên liệu hay sản phẩm năng lượng tái tạo từ lignin vẫn rất cao nếu sử dụng phương pháp truyền thống. ​ Vì vậy đại học Texas A&M đã đi đến một giải pháp hiệu quả hơn cả về hiệu suất lẫn chi phí, giúp phân tách lignin thành các thành phần riêng biệt và đặc biệt là có thể sử dụng để sản xuất sợi carbon. Sử dụng một hệ thống dẫn truyền enzyme, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng họ có thể phân tách lignin thành nhiều khối phân tử, nhiều nhóm chức năng và các liên kết hóa học khác nhau. Đặc biệt là họ cũng phát hiện ra phần trọng lượng phân tử cao với mật độ dày đặc rất lý tưởng để sản xuất sợi carbon chất lượng cao.

Da-co-the-san-xuat-soi-carbon-tu-go-vun-giay-bo-rac-thai-tu-nhien-lieu-sinh-hoc-3.png

Thành viên nhóm ngiên cứu cho biết: "Chúng tôi vẫn đang cải thiện chất lượng nhưng sản phẩm sợi carbon sau cùng có thể được dùng trong xe hơi, turbin gió hoặc dụng cụ thể thao …" Một ưu điểm nữa của quá trình xử lý nói trên là có thể phân tách lignin ra thành nhiều thành phần đơn lẻ để sử dụng cho nhiều mục đích khác ngoài sản xuất sợi carbon, từ đó hạn chế lãng phí nguyên liệu cũng như rác thải. Phần trọng lượng phân tử cao được dùng làm sợi carbon, ngược lại phần trọng lượng phân tử thấp có thể dùng làm nhựa sinh học hay chất kết dính trong nhựa đường.

Một lợi ích nữa được nhóm nghiên cứu tại Texas A&M nhắc đến trong nghiên cứu của mình là tác động tích cực đến nền kinh tế Mỹ và thị trường việc làm, đặc biệt là tại những khu vực hẻo lánh. Vấn đề là rất khó để có thể vận chuyển lượng rác thải khổng lồ này sang một quốc gia khác để sản xuất và giải pháp tốt nhất vẫn là xử lý tại chỗ và khi nó vẫn nằm tại Mỹ, nó sẽ thúc đẩy ngành công nghiệp tái chế, sản xuất vật liệu từ lignin cũng như cả ngành nông nghiệp đi lên cùng nhau.

  • Theo: Texas A&M​, Tinhte.vn