Kiểm soát ô nhiễm rác thải nhựa bằng công nghệ hạt nhân

Công nghệ hạt nhân đóng vai trò quan trọng trong giải quyết thách thức toàn cầu về ô nhiễm nhựa.

Ô nhiễm rác thải nhựa là vấn đề không chỉ có ở từng quốc gia, mà là một trong những thách thức cấp bách nhất hiện nay đối với môi trường, đe dọa trực tiếp đến sự phát triển bền vững toàn cầu.

Báo động ô nhiễm rác thải nhựa

Theo Báo cáo “Triển vọng nhựa toàn cầu năm 2022” của Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD), thế giới đang thải ra lượng rác thải nhựa gấp đôi so với 2 thập kỷ trước, phần lớn trong số đó sẽ được đưa đến bãi chôn lấp, đốt hoặc rò rỉ ra môi trường, chỉ có 9% được tái chế thành công.

Hầu hết ô nhiễm nhựa xuất phát từ việc thu gom và xử lý không đầy đủ các mảnh vụn nhựa, trong đó rò rỉ vi nhựa (polymer tổng hợp có đường kính ≤5 mm) từ những thứ như viên nhựa công nghiệp, hàng dệt tổng hợp, vạch kẻ đường, lốp xe mòn…

Hầu hết các loại nhựa đang được sử dụng hiện nay đều là nhựa nguyên sinh, hoặc nhựa sơ cấp được làm từ dầu thô hoặc khí đốt. Sản lượng toàn cầu từ nhựa tái chế hoặc nhựa thứ cấp đã tăng gấp 4 lần (từ 6,8 triệu tấn vào năm 2000 lên 29,1 triệu tấn vào năm 2019, nhưng con số này vẫn chỉ chiếm 6% tổng sản lượng).

Năm 2019, 6,1 triệu tấn rác thải nhựa đã rò rỉ vào môi trường nước và 1,7 triệu tấn chảy vào đại dương. Đến năm 2022, ước tính có khoảng 30 triệu tấn rác thải nhựa ở biển và đại dương, ngoài ra còn có 109 triệu tấn nữa đã tích tụ ở các con sông.

Nhiều nhà khoa học khẳng định, khoa học và công nghệ hạt nhân có thể đóng vai trò quan trọng trong cuộc chiến nhằm giải quyết thách thức toàn cầu về ô nhiễm nhựa. Bên cạnh các phương pháp cơ học và hóa học truyền thống, kỹ thuật hạt nhân có thể được sử dụng để tái chế một số loại chất thải nhựa.

Bức xạ ion hóa sẽ phá vỡ các polymer nhựa không đủ chất lượng thành các thành phần nhỏ hơn và tạo ra các sản phẩm nhựa mới, kéo dài vòng đời sử dụng của chất thải nhựa. Mặt khác, công nghệ hạt nhân cũng được ứng dụng rộng rãi để hỗ trợ xác định, theo dõi và giám sát nhựa, đặc biệt là vi nhựa, trong đại dương - nơi phần lớn rác thải nhựa đổ về.

Để đối phó với ô nhiễm rác thải nhựa, Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) đang phối hợp với các đối tác nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật bức xạ ion hóa để tái chế nhựa với chi phí hợp lý. Các kỹ thuật này sử dụng nguồn phát tia gamma hoặc máy gia tốc chùm tia điện tử (EB) để chiếu xạ nhựa đã qua sử dụng, đồng thời dễ dàng cải tạo chúng thành các sản phẩm tái chế, từ đó giúp giảm lượng nhựa thải ra.

Tái chế và giám sát rác thải nhựa

Nhựa được tạo thành từ nhiều loại polymer khác nhau. Các polymer được chiếu xạ có thể tìm thấy ở khắp mọi nơi, từ lốp ô tô đến đường ống nước nóng hay bao bì thực phẩm. Chiếu xạ tạo ra các hiệu ứng khác nhau trên polymer có lợi cho việc tái chế, giảm thiểu và tái sử dụng chất thải nhựa.

Vì thế, chiếu xạ không còn chỉ là một công cụ sản xuất mà còn là một công cụ tái chế để biến đổi polymer có liên quan đến quá trình xử lý chất thải nhựa. Một số kỹ thuật phổ biến hiện nay bao gồm liên kết chéo, cắt mạch và ghép polymer.

Những kỹ thuật này chỉ là một vài cách mà IAEA đang nghiên cứu nhằm sử dụng bức xạ ion hóa để tái chế rác thải từ nhựa. Năm 2021, có 17 quốc gia tham gia các dự án tái chế do IAEA điều phối, chủ yếu là từ châu Á - Thái Bình Dương. Đến nay, con số này là 39 quốc gia với sự gia nhập của các thành viên đến từ châu Âu, Mỹ Latin và Caribe.

Ở châu Á - Thái Bình Dương, các quốc gia tập trung vào việc tái sử dụng và tái chế chất thải polymer thông qua biến đổi bức xạ để sản xuất hàng công nghiệp. Philippines, Indonesia, Malaysia và Thái Lan là 4 quốc gia thí điểm triển khai và kết hợp các phương pháp tiếp cận khác nhau để tái chế polymer.

Trong thời gian qua, các phương pháp hạt nhân đã được sử dụng để theo dõi, định lượng chính xác chuyển động, tác động của vi nhựa và các chất gây ô nhiễm khác. Ngoài ra, các kỹ thuật hạt nhân và đồng vị còn được sử dụng để đánh giá sức khỏe của các sinh vật biển bị ảnh hưởng như thế nào bởi sự hiện diện của vi nhựa.

Công nghệ hạt nhân bắt đầu được sử dụng để xác định ô nhiễm nhựa trên biển ở khu vực châu Á vào những năm 60 và 70 của thế kỷ XX. Việc theo dõi ô nhiễm nhựa cùng dữ liệu thu thập được là điều cần thiết để xác định xu hướng của các hạt nhựa trong trầm tích, nước và sinh vật biển để đưa ra quyết định.

Tuy nhiên, một trong những thách thức chính trong nghiên cứu về vi nhựa là thiếu phương pháp thống nhất để thu thập dữ liệu, từ đó giúp đưa ra quyết định đúng đắn. Mỗi quốc gia, mỗi khu vực có thể sử dụng các chiến lược lấy mẫu và phương pháp phân tích khác nhau, vì vậy rất khó để so sánh các kết quả và đưa ra kết luận đồng nhất.

NUTEC Plastics được IAEA khởi xướng năm 2020, nhằm hỗ trợ các quốc gia thành viên tích hợp các kỹ thuật hạt nhân và đồng vị phóng xạ trong công cuộc chung giải quyết ô nhiễm rác thải nhựa. Chương trình này được xây dựng dựa trên các dự án nghiên cứu, hợp tác kỹ thuật của IAEA với các quốc gia thành viên, các tổ chức liên quan về tái chế nhựa bằng công nghệ bức xạ và giám sát vi nhựa bằng kỹ thuật đánh dấu đồng vị.

Chương trình với hai nội dung chính là: Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân phục vụ nghiên cứu, mô tả và đánh giá ô nhiễm vi nhựa trong đại dương; Ứng dụng công nghệ bức xạ trong tái chế nhựa, chuyển hóa chất thải nhựa thành tài nguyên có thể tái sử dụng.

Thông qua NUTEC Plastics, hiện có 86 quốc gia đang tham gia giám sát vi nhựa trên biển và 39 quốc gia trên toàn thế giới đang phát triển công nghệ tái chế tiên tiến.

Việt Nam đã tích cực tham gia NUTEC plastics của IAEA thông qua Dự án hợp tác vùng châu Á - Thái Bình Dương về “Quan trắc môi trường biển để nâng cao hiểu biết về sự phong phú và ảnh hưởng của ô nhiễm nhựa biển” và Dự án liên vùng về “Tham gia giám sát ô nhiễm nhựa trên biển toàn cầu theo sáng kiến công nghệ hạt nhân của IAEA để kiểm soát ô nhiễm nhựa”.

Các dự án này có những hoạt động chính như: Tham gia các cuộc họp, hội thảo và các khóa đào tạo do IAEA tổ chức; tham gia xây dựng sổ tay các quy trình phù hợp để giám sát vi nhựa trong các chất nền đã chọn; đánh giá năng lực phòng thí nghiệm để giám sát nhựa trên biển; thiết lập cơ sở dữ liệu…