Trước thách thức ngày càng nghiêm trọng của ô nhiễm nhựa, các nhà khoa học tại Viện Fraunhofer (Đức) đang tiên phong trong việc chuyển hóa hàng triệu tấn rác thải nhựa sinh hoạt thành sợi in 3D chất lượng cao – phục vụ cho ngành sản xuất hiện đại đang ngày càng "khát" vật liệu tái chế.
5,6 triệu tấn rác nhựa - Vấn đề cấp bách của nước Đức
Năm 2023, Đức ghi nhận lượng rác thải nhựa sinh hoạt đạt mức kỷ lục: 5,6 triệu tấn. Tuy nhiên, chưa đến 1/3 trong số này có thể được tái chế, phần lớn đến từ các sản phẩm dùng một lần tại hộ gia đình. Trước thực trạng đó, Viện Fraunhofer về Công nghệ Sản xuất và Vật liệu Tiên tiến (IFAM) đã phát triển hệ thống chuyển hóa nhựa thải thành sợi nhựa (filament) dùng trong in 3D – giải pháp vừa mang tính công nghệ cao, vừa thân thiện với môi trường.
Theo Tiến sĩ Dirk Godlinski – Quản lý dự án tại nhóm Công nghệ vật liệu tổng hợp thuộc Viện Fraunhofer IFAM – việc tạo ra vật liệu in 3D từ rác thải sinh hoạt là một thách thức không nhỏ, khi nguyên liệu phải đạt các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về độ tinh khiết, hình dáng và kích thước.
Để nâng cao hiệu quả xử lý, Viện đã hợp tác cùng Tiến sĩ Silke Eckhardt – chuyên gia về hệ thống năng lượng bền vững và hiệu quả tài nguyên tại Trường Đại học Khoa học Ứng dụng Bremen (HSB). Trong một thông cáo báo chí, bà Eckhardt nhấn mạnh rằng việc tái chế nhựa sau tiêu dùng (post-consumer waste) phức tạp hơn nhiều so với nhựa thải từ sản xuất công nghiệp, bởi chúng thường rất hỗn tạp và bị lẫn nhiều tạp chất.
Đặc biệt, rác thải bao bì – hầu hết là sản phẩm dùng một lần – đang chiếm tỷ trọng lớn trong tổng lượng rác nhựa tại Đức. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu vẫn quyết tâm xử lý loại nhựa “khó nhằn” này để ứng dụng vào sản xuất bằng công nghệ in 3D.
Biến rác nhựa thành sợi in 3D
Tại phòng thí nghiệm Kinh tế Tuần hoàn của HSB, nhóm nghiên cứu đã tiến hành xử lý toàn diện rác nhựa từ nhà máy phân loại. Các công đoạn bao gồm: nghiền nhỏ, rửa sạch, tách tạp chất bằng phương pháp nổi – chìm, sau đó sử dụng công nghệ hồng ngoại cận để nhận diện và loại bỏ nhựa không tương thích. Cuối cùng, nhựa được nghiền thành hạt có kích thước chuẩn, đạt độ tinh khiết lên đến 99,8% – đủ tiêu chuẩn để đưa vào dây chuyền sản xuất.
Sau quá trình tinh lọc, nguyên liệu được chuyển đến Viện Fraunhofer IFAM để sản xuất polypropylene tái chế – một loại nhựa bền, linh hoạt và khó gãy. Các hạt polypropylene sau đó được đưa vào máy đùn công nghiệp, nơi hỗn hợp được nung chảy ở nhiệt độ 200°C và tạo thành sợi nhựa in 3D.
Tiến sĩ Godlinski cho biết, để đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng, nhóm đã điều chỉnh chính xác các thông số kỹ thuật như nhiệt độ, áp suất, tốc độ và hình dạng trục vít trong quá trình đùn. Thành phẩm là sợi nhựa có đường kính 0,002 inch, hình tròn, bề mặt mịn – đạt chuẩn để sử dụng trong in 3D. Nhóm nghiên cứu đã in thử thành công các sản phẩm đầu tiên như nắp đậy và linh kiện mẫu.
Mở ra hướng phát triển mới cho ngành công nghiệp tái chế
Hiện nhóm đang tiếp tục tối ưu hóa quy trình và nghiên cứu bổ sung các phụ gia như sợi thủy tinh trong quá trình phối trộn, nhằm nâng cao tính ứng dụng của vật liệu trong các lĩnh vực như hàng không, ô tô.
“Việc gia tăng nhu cầu sử dụng vật liệu tái chế là vô cùng quan trọng, nhất là trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp,” bà Eckhardt khẳng định. “Chúng ta cần suy nghĩ nghiêm túc về hiệu quả tài nguyên và vai trò của kinh tế tuần hoàn trong tương lai.”
Tiến sĩ Godlinski cũng đồng tình: “Càng tái sử dụng và tái chế nhiều rác thải, chúng ta càng tiết kiệm được năng lượng và tài nguyên quý giá cho hành tinh.”
Maria Mocerino là biên tập viên của Interesting Engineering (IE). Bài viết được đăng trên IE vào ngày 01/4/2025.
Interesting Engineering là trang tin tức công nghệ và khoa học, chuyên cập nhật những phát minh và tiến bộ kỹ thuật mới nhất trên thế giới. Ra mắt năm 2011, nền tảng này cung cấp nội dung hấp dẫn về AI, năng lượng tái tạo, hàng không vũ trụ và nhiều lĩnh vực đột phá khác.Phát hiện tảng đá kỳ dị trên Sao Hỏa
Biên dịch: Thu Hoài
