Phương pháp mới chuyển hóa chất thải sinh khối thành nhựa sinh học giá trị cao

Sản phẩm in 3D từ nhựa sinh học, chế tạo từ chất thải lignin. Ảnh: Đại học Delaware.

Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Delaware (UD) và các cộng tác viên từ CanmetENERGY, dưới sự chỉ đạo của GS Thomas H. Epps, III đang tập trung nghiên cứu phương pháp chuyển đổi sinh khối sau quy trình công nghiệp thành những sản phẩm mới. Một trong những vật liệu đó là lignin, một thành phần của thảm thực vật.

Trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy, lignin là chất thải còn lại từ quy trình sản xuất các sản phẩm giấy, được coi là vật chất bẩn nhất trong các loại chất bẩn, không thể sử dụng được ngoại trừ đốt tạo nhiệt hoặc bổ sung vào cao su lốp xe làm chất độn.

Robert O'Dea, nghiên cứu sinh TS kỹ thuật hóa học tham gia chế tạo sản phẩm nhựa sinh học từ lignin trong phòng thí nghiệm của GS Thomas Epps. Ảnh: Đại học Delaware.

Theo nhóm nghiên cứu UD, nguồn vật liệu này rất sẵn, khoảng 100 triệu tấn chất thải lignin kỹ thuật tạo ra hàng năm từ các nhà máy giấy và bột giấy trên khắp thế giới.

Nhóm nhà khoa học đã tìm được phương pháp mới, có thể biến chất thải công nghiệp lignin thành chất dẻo hiệu suất cao, chẳng hạn như nhựa in sinh học 3D và những hóa chất có giá trị. Những phân tích kinh tế và tính toán vòng đời sử dụng cho thấy, sản phẩm tạo ra từ chất thải kỹ thuật này có thể cạnh tranh với các sản phẩm có nguồn gốc từ dầu mỏ.

Một thách thức chính trong chuyển hóa lignin là hầu hết các quy trình thực hiện đều hoạt động ở áp suất rất cao, đòi hỏi chi phí lớn và khó mở rộng quy mô sản xuất. 

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng glycerin thay thế methanol, dung môi truyền thống thường được dùng trong quá trình phân giải cấu trúc lignin để quy trình này có thể được thực hiện ở áp suất khí quyển.

Glycerin là một chất rẻ tiền, được sử dụng trong mỹ phẩm lỏng, xà phòng, dầu gội và kem dưỡng ẩm do tính chất dưỡng ẩm. Sử dụng glycerin, nhóm nghiên cứu phá vỡ lignin thành các khối cấu trục hóa học, được dùng để sản xuất nhiều loại sản phẩm trên cơ sở sinh học, từ nhựa in 3D đến các loại nhựa khác nhau, những hợp chất tạo hương thơm, chất chống oxy hóa...

Chữ UD lồng vào nhau, chế tạo từ in 3D nhựa, sản xuất từ sinh khối lignin kỹ thuật mang theo mùi hương. Ảnh Đại học Delaware.

Trong nghiên cứu đánh giá tính khả thi của phương pháp mới về kinh tế. Nhóm nghiên cứu UD chứng minh được, phương pháp áp suất thấp giảm chi phí sản xuất chất keo dán sinh học từ lignin gỗ mềm Kraft tới 60% so với quy trình sử dụng dung môi truyền thống với áp suất cao.