Nghiên cứu được thực hiện bởi nhóm chuyên gia từ Đại học Lâm nghiệp Nam Kinh và Đại học Thanh Hoa (Trung Quốc), vừa công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology. Polystyrene là loại nhựa phổ biến dùng trong bao bì xốp, hộp đựng thực phẩm và vật liệu cách nhiệt, hiện đang tích tụ lượng lớn trong môi trường. Để xử lý loại rác thải này, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một hệ thống lò phản ứng hai giai đoạn kết hợp quy trình nhiệt phân và hydro hóa. Đầu tiên, nhựa PS rắn được nung nóng ở 475 độ C để phá vỡ cấu trúc và chuyển thành dạng hơi. Sau đó, dòng hơi này được dẫn qua buồng thứ hai chứa khí hydro và chất xúc tác Ruthenium (Ru) nguyên tử đơn ở nhiệt độ thấp hơn là 275 độ C.
Điểm mấu chốt của công nghệ này nằm ở chất xúc tác Ruthenium nguyên tử đơn. Tiến sĩ Zedong Zhang, đồng tác giả nghiên cứu, giải thích rằng việc điều chỉnh các tâm hoạt động của Ruthenium ở cấp độ nguyên tử cho phép kiểm soát chính xác sản phẩm đầu ra. Nhờ đó, quy trình này đạt được độ chọn lọc lên tới hơn 99% và thu hồi được 83,5% lượng Toluene từ rác thải ban đầu. Đây là một bước tiến vượt bậc, khắc phục được sự đánh đổi giữa năng suất và độ tinh khiết thường thấy trong các phương pháp tái chế hóa học trước đây.
Không chỉ vượt trội về mặt kỹ thuật, phương pháp này còn cho thấy tiềm năng to lớn về kinh tế và môi trường. Các phân tích vòng đời và kinh tế - kỹ thuật chỉ ra rằng quy trình mới giúp giảm 53% lượng khí thải carbon so với việc sản xuất Toluene từ dầu mỏ. Chi phí sản xuất ước tính chỉ khoảng 0,61 USD/kg, thấp hơn mức giá chuẩn hiện tại của ngành công nghiệp. Điều này biến việc tái chế nhựa từ gánh nặng chi phí trở thành một cơ hội kinh doanh sinh lời.
Nhóm nghiên cứu tin rằng chiến lược sử dụng xúc tác nguyên tử đơn này sẽ định hình lại cách thiết kế các quy trình chuyển đổi nhựa trong tương lai. Hiện tại, họ đang tập trung phát triển hệ thống nạp liệu liên tục và mở rộng quy mô lò phản ứng để có thể vận hành trong thời gian dài với công suất lớn hơn, nhằm sớm đưa công nghệ này ra khỏi phòng thí nghiệm và ứng dụng vào thực tế xử lý rác thải công nghiệp.
