Nhựa là một trong những phát minh có ảnh hưởng nhất của thế kỷ 20, mang lại sự tiện lợi to lớn cho cuộc sống hiện đại. Tuy nhiên, nó đang dần trở thành một thách thức môi trường toàn cầu. Với mức sản xuất ngày càng tăng, chu kỳ sử dụng ngắn hơn và tỷ lệ tái chế thấp, lượng khí thải carbon của ngành công nghiệp nhựa đã trở thành một vấn đề ngày càng nghiêm trọng. Khi chúng ta tìm kiếm các giải pháp bền vững hơn, công nghệ nhiệt phân đang ngày càng được quan tâm. Bài viết này sẽ khám phá lượng khí thải carbon của nhựa và phân tích cách nhiệt phân có thể giảm thiểu gánh nặng này một cách hiệu quả, từ đó ủng hộ mạnh mẽ mục tiêu trung hòa carbon
Chuỗi cung ứng nhựa: Nguồn phát thải carbon toàn cầu chính
Ngành sản xuất nhựa là một nguồn phát thải carbon đáng kể trên toàn cầu. Ước tính các hoạt động liên quan đến vòng đời của nhựa thải ra khoảng 1.3 tỷ tấn CO₂ tương đương mỗi năm, chiếm khoảng 3.4% lượng khí thải nhà kính toàn cầu. Nhu cầu về nhựa tiếp tục tăng, dự kiến lượng khí thải carbon cũng sẽ tăng theo. Dấu chân carbon của nhựa bao phủ toàn bộ vòng đời của nó, từ khâu sản xuất đến thải bỏ. Dưới đây là bảng phân tích lượng khí thải carbon ở từng giai đoạn và tác động của chúng:
Chuỗi cung ứng nhựa: Nguồn phát thải carbon toàn cầu chính
Ngành sản xuất nhựa là một nguồn phát thải carbon đáng kể trên toàn cầu. Ước tính các hoạt động liên quan đến vòng đời của nhựa thải ra khoảng 1.3 tỷ tấn CO₂ tương đương mỗi năm, chiếm khoảng 3.4% lượng khí thải nhà kính toàn cầu. Nhu cầu về nhựa tiếp tục tăng, dự kiến lượng khí thải carbon cũng sẽ tăng theo. Dấu chân carbon của nhựa bao phủ toàn bộ vòng đời của nó, từ khâu sản xuất đến thải bỏ. Dưới đây là bảng phân tích lượng khí thải carbon ở từng giai đoạn và tác động của chúng:
1. Khai thác nguyên liệu thô (35-45% lượng khí thải carbon)
Hiện nay, khoảng 99% nhựa được sản xuất từ nguồn tài nguyên hóa thạch (dầu mỏ, khí đốt tự nhiên) để sản xuất các monome như etylen và propylen. Dấu chân carbon chủ yếu phát sinh từ:
Khai thác và lọc dầu và khí đốt tự nhiên: Quá trình này giải phóng một lượng lớn CO₂ và mêtan (CH₄).
Tổng hợp etilen, propylen và các monome khác: Chúng thường được sản xuất thông qua các phản ứng hóa học phức tạp, tiêu thụ một lượng lớn năng lượng và giải phóng CO₂.
2. Sản xuất nhựa (20% lượng khí thải carbon)
Giai đoạn này bao gồm quá trình trùng hợp nhựa và xử lý tiếp theo:
Trùng hợp etilen và propylen để tạo thành polyme có trọng lượng phân tử cao (ví dụ: PE, PP, PVC, PET).
Xử lý thông qua các phương pháp như ép phun, ép thổi và đùn để tạo ra sản phẩm hoàn thiện.
Những quá trình này đòi hỏi một lượng nhiệt và điện đáng kể. Nếu năng lượng được lấy từ nhiên liệu hóa thạch (như than đá hoặc khí đốt tự nhiên), lượng khí thải carbon phát sinh sẽ rất đáng kể.
3. Giao thông vận tải (5-8% lượng khí thải carbon)
Giai đoạn này bao gồm quá trình vận chuyển nhiều giai đoạn từ nguyên liệu thô đến sản phẩm cuối cùng:
Nguyên liệu thô (dầu/khí tự nhiên) → Nhà máy lọc dầu → Nhà máy hóa chất → Cơ sở sản xuất nhựa
Nhựa thành phẩm → Nhà máy sản xuất → Nhà bán lẻ → Người dùng cuối
Mỗi mắt xích trong chuỗi cung ứng đều liên quan đến vận tải (ví dụ: xe tải chạy bằng dầu diesel, vận chuyển, đường sắt), góp phần vào việc phát thải khí nhà kính liên tục.
4. Sử dụng và tiêu thụ (Rất thấp)
Bản thân việc sử dụng nhựa chỉ tạo ra lượng khí thải carbon trực tiếp tối thiểu, nhưng mô hình sử dụng có tác động đáng kể đến tổng lượng tiêu thụ nhựa. Ví dụ, việc sử dụng và thải bỏ thường xuyên bao bì nhựa dùng một lần đòi hỏi phải liên tục sản xuất nhựa mới. Xét về vòng đời, điều này dẫn đến lượng khí thải carbon tích lũy đáng kể.
5. Xử lý (20%–30% Tổng lượng khí thải carbon)
Việc xử lý rác thải nhựa tác động trực tiếp và gián tiếp đến lượng khí thải carbon:
Đốt: Khoảng 10% rác thải nhựa được đốt, thải trực tiếp ra một lượng lớn CO₂. Nếu không áp dụng công nghệ thu hồi năng lượng, lượng khí thải carbon từ hoạt động đốt rác thậm chí còn cao hơn.
Chôn lấp: Khoảng 50% rác thải nhựa được đưa đến các bãi chôn lấp. Mặc dù nhựa mất nhiều thời gian để phân hủy, bản thân việc chôn lấp không giải phóng khí nhà kính ngay lập tức, nhưng nó lại cản trở việc tái chế tài nguyên. Điều này có nghĩa là sẽ cần sản xuất thêm nhiều nhựa mới trong tương lai, gián tiếp làm tăng lượng khí thải carbon.
Tái chế: Tỷ lệ tái chế nhựa toàn cầu dưới 10%, nghĩa là phần lớn rác thải nhựa vẫn được đốt hoặc chôn lấp. Điều này không chỉ lãng phí tài nguyên mà còn làm tăng nhu cầu sản xuất nhựa mới, dẫn đến phát thải carbon liên tục.
Chất thải không được quản lý: Khoảng 32% rác thải nhựa không được quản lý đúng cách, thường được xử lý bằng cách đốt ngoài trời hoặc đổ rác trái phép. Những hoạt động này thải ra khí nhà kính, và do khó theo dõi, lượng khí thải carbon thực tế có thể bị đánh giá thấp một cách nghiêm trọng.
Nhiệt phân: Hỗ trợ sản xuất dầu nhiệt phân đạt chứng nhận ISCC
Nhiệt phân là một công nghệ xử lý nhiệt hóa học tiên tiến, bao gồm việc nung nóng rác thải nhựa trong môi trường thiếu hoặc không có oxy, khiến chúng bị phân hủy thành các hợp chất phân tử nhỏ hơn. Trong số các sản phẩm đầu ra, dầu nhiệt phân là sản phẩm quan trọng nhất của quá trình nhiệt phân nhựa. Ví dụ, các loại nhựa như polyethylene (PE), polypropylene (PP) và polystyrene (PS) có thể đạt năng suất dầu lên tới 80% đến 90%. Dầu nhiệt phân không chỉ có thể được sử dụng làm nhiên liệu mà còn làm nguyên liệu hóa học, tái sử dụng trong chuỗi sản xuất nhựa để sản xuất nhựa mới hoặc các sản phẩm hóa học hạ nguồn khác.
Với hệ thống do VCSCA cung cấp ví dụ, dầu nhiệt phân được sản xuất bởi nó thiết bị nhiệt phân nhựa đáp ứng các tiêu chuẩn của Chứng nhận Carbon và Bền vững Quốc tế (ISCC). Điều này cho thấy dầu nhiệt phân có nguồn nguyên liệu có thể truy xuất nguồn gốc, quy trình chế biến được tiêu chuẩn hóa, dữ liệu phát thải carbon có thể định lượng và tuân thủ các yêu cầu về tính bền vững liên quan đến tính tuần hoàn tài nguyên và giảm khí thải nhà kính.
Khi công nghệ nhiệt phân ngày càng được tích hợp vào khuôn khổ công nghiệp xanh toàn cầu, nó đang nổi lên như một yếu tố quan trọng thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang carbon thấp trong ngành công nghiệp nhựa và là động lực quan trọng của nền kinh tế tuần hoàn.
Cơ chế giảm phát thải carbon của quá trình nhiệt phân nhựa
Mỗi giai đoạn của chuỗi giá trị nhựa đều liên quan đến lượng khí thải carbon đáng kể, chủ yếu do sự phụ thuộc nặng nề vào tài nguyên hóa thạch và tỷ lệ tái chế thấp. Nhiệt phân, bằng cách cho phép thu hồi tài nguyên từ nhựa thải, mang đến một con đường đầy hứa hẹn để giảm thiểu hiệu quả lượng khí thải carbon trong ngành nhựa thông qua các cơ chế sau:
1. Giảm lượng khí thải carbon từ sản xuất nhựa nguyên sinh
Nhiệt phân nhựa phân hủy nhựa thải thành dầu nhiệt phân, cho phép tái hòa nhập vật liệu vào chu trình sản xuất. Dầu này có thể được sử dụng làm nguyên liệu hóa học trong sản xuất nhựa mới. Điều này giúp giảm phát thải từ quá trình khai thác và lọc dầu. Lọc dầu mỏ và khí tự nhiên là quá trình thải ra nhiều carbon, bao gồm phát thải từ hoạt động thiết bị, sử dụng điện và rò rỉ khí mê-tan. Mỗi tấn dầu nhiệt phân có thể thay thế một lượng nguyên liệu hóa thạch nguyên chất tương đương, giúp giảm phát thải liên quan đến khai thác và lọc dầu.
Các nghiên cứu cho thấy khi sử dụng các sản phẩm nhiệt phân để sản xuất nhựa mới, mỗi tấn nhựa thải được xử lý có thể giảm lượng khí thải nhà kính từ 1.5 đến 3 tấn CO₂e, tùy thuộc vào hiệu quả quy trình và nguồn năng lượng.
2. Giảm phát thải khí nhà kính từ quá trình đốt rác
Quá trình đốt rác thải nhựa đặc biệt thải ra nhiều carbon. Nhiệt phân giúp giảm đáng kể lượng khí thải nhà kính – thường thấp hơn từ 30% đến 50% so với đốt – nhờ một số yếu tố chính sau:
Môi trường phản ứng không có oxy
Quá trình nhiệt phân xảy ra trong môi trường thiếu oxy hoặc ít oxy, tránh phát thải CO₂ trực tiếp từ quá trình đốt cháy.
Nhiệt độ phản ứng thấp hơn:
Thiết kế này có một bánh xe dẫn động chính và hai bánh xe phụ. Nhiệt phân thường hoạt động ở nhiệt độ 400–600°C, thấp hơn đáng kể so với đốt (thường ở mức trên 800°C), dẫn đến tổng lượng năng lượng sử dụng và lượng khí thải thấp hơn.
Kiểm soát khí thải chặt chẽ hơn
Các loại khí dễ cháy không được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào có thể được đốt cháy hoàn toàn trong môi trường được kiểm soát, ngăn chặn việc giải phóng không kiểm soát các loại khí nhà kính mạnh như mê-tan (có khả năng gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu gấp ~25 lần so với CO₂).
Carbon được giữ lại trong sản phẩm
Cacbon trong dầu nhiệt phân vẫn liên kết hóa học và không bị thải ra ngay lập tức dưới dạng CO₂. Nó có thể được tái sử dụng làm nguyên liệu đầu vào, làm chậm quá trình giải phóng cuối cùng và cải thiện khả năng giữ cacbon trong hệ thống.
3. Giảm lượng khí thải carbon bổ sung thông qua khả năng tự cung cấp năng lượng
Quá trình nhiệt phân tạo ra một lượng lớn khí dễ cháy (ví dụ: H₂, CH₄, CO), có thể được sử dụng để làm nóng lò phản ứng nhiệt phân. Việc thu hồi năng lượng nội bộ này giúp giảm đáng kể nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch bên ngoài, từ đó giảm lượng khí thải carbon tổng thể của quá trình.
Tiến tới một tương lai ít carbon
Toàn bộ vòng đời của nhựa luôn đi kèm với phát thải carbon, và tiềm năng giảm thiểu của nó đóng vai trò quan trọng trong ứng phó toàn cầu với biến đổi khí hậu. Là một giải pháp xử lý carbon thấp và bền vững, công nghệ nhiệt phân mở ra một hướng đi mới để khử carbon trong chuỗi giá trị nhựa. Đây là một hướng đi cần sự ủng hộ chung và nghiên cứu liên tục.
