Khi “rác” trở thành chủ đề vật liệu của thời khủng hoảng
Biến phế liệu máy bay, phế thải composite và phụ phẩm nông nghiệp như vỏ trấu thành vật liệu đa chức năng là hướng nghiên cứu vật liệu bền vững, nhằm đồng thời giảm chất thải khó xử lý và tạo ra giải pháp mới cho cách nhiệt, xử lý dầu tràn và khử mặn từ vỏ trấu trong bối cảnh khủng hoảng khí hậu và nước sạch. Hạt nhân của câu chuyện này là sự chuyển dịch từ tư duy “xử lý rác” sang tư duy thiết kế vòng đời cho vật liệu composite tái chế, nơi các nhà khoa học Việt Nam không chấp nhận để carbon sợi, epoxy hay cellulose dừng lại ở bãi chôn lấp. Thay vì chỉ thu hồi một phần vật liệu, họ tìm cách giữ lại tối đa cấu trúc, giá trị, biến chúng thành aerogel tiên tiến, màng trao đổi ion hay những vật liệu nhẹ, bền, có thể bước vào các ngành công nghiệp mới. Nhìn từ góc độ đó, rác không còn là gánh nặng, mà là kho tài nguyên đang bị bỏ quên.
Aerogel từ phế liệu máy bay: giải bài toán rác composite hay chỉ là bước đầu?
Phế liệu máy bay từ sợi carbon và nhựa epoxy vốn là “cơn đau đầu” kinh niên của ngành vật liệu: khi còn sử dụng thì nhẹ, bền, chống ăn mòn, nhưng khi bị loại bỏ lại gần như không thể tái nóng chảy, tái định hình như nhựa nhiệt dẻo. Thay vì tiếp tục chấp nhận việc phá hủy epoxy để chỉ cứu lấy phần sợi carbon, nhóm nhà khoa học Việt Nam và Singapore đã chọn con đường khác: nghiền toàn bộ phế liệu, trộn với carboxymethyl cellulose rồi đông khô để tạo thành aerogel tiên tiến.
Mẫu aerogel này cực nhẹ, với 91–94% thể tích là lỗ rỗng, nên cách nhiệt và cách âm tốt. Một câu trích dẫn đáng chú ý là: “Thông qua một quy trình xanh, không dung môi và tiết kiệm năng lượng, chất thải composite được chuyển hóa thành vật liệu aerogel đa chức năng với khả năng cách nhiệt, hấp thụ dầu, giảm tiếng ồn và nhiều ứng dụng công nghiệp khác”. Trong thử nghiệm, mỗi gram aerogel có thể hấp thụ khoảng 14,4 gram dầu, cho thấy tiềm năng rõ ràng trong xử lý và hút dầu tràn hoặc tách dầu khỏi nước. Vấn đề không chỉ là hiệu năng, mà là thông điệp: rác composite không nhất thiết phải kết thúc bằng lò đốt hoặc bãi chôn lấp.
Vỏ trấu bước vào công nghệ khử mặn: từ đồng ruộng đến phòng thí nghiệm
Ở một hướng khác, vỏ trấu – thứ từng bị xem là phụ phẩm nông nghiệp ít giá trị – đang được đưa vào phần khó nhất của hệ khử mặn bằng điện. Cử nhân Phạm Thanh Hoa và cộng sự đã tách cellulose từ vỏ trấu, chuyển thành cellulose acetate, phối hợp với polyvinyl alcohol rồi tiếp tục biến tính để tạo màng trao đổi ion phục vụ công nghệ khử mặn từ vỏ trấu bằng điện, hay còn gọi là MCDI. Công trình này được công bố trên một tạp chí quốc tế về khử mặn, ghi nhận Hoa là đồng tác giả đóng góp ngang nhau với người cùng nhóm, và không hề né tránh việc mô tả rõ phần việc của cô trong ý tưởng, phương pháp, thực nghiệm và viết bản thảo.
Các phép đo cho thấy màng PVA/cellulose acetate đạt độ dẫn 12,03 mS/cm, độ hút nước 120% và ổn định điện hóa đến 1,2 V. Trong thử nghiệm MCDI, màng trao đổi cation được phosphoryl hóa đạt khả năng hấp phụ muối 12,52 mg/g ở chu kỳ đầu, còn biến thể bổ sung graphene oxide giữ hơn 85% hiệu năng ban đầu sau 20 chu kỳ. Đây mới chỉ là kết quả trên quy mô phòng thí nghiệm, nhưng nó cho thấy khử mặn từ vỏ trấu không phải khẩu hiệu môi trường mà là hướng kỹ thuật cụ thể, có số liệu. Trong bối cảnh nước ngọt ngày càng khan hiếm, việc một phụ phẩm đồng ruộng góp phần xây dựng hệ thống xử lý nước mặn là bước đi đầy tính biểu tượng.
Từ phòng thí nghiệm ra đời sống: tiềm năng, thách thức và trách nhiệm
Aerogel từ phế liệu máy bay cho thấy một hướng tận dụng vật liệu composite tái chế rất khác: thay vì hạ cấp thành sản phẩm giá trị thấp, nó nhắm tới các ứng dụng có giá trị kỹ thuật cao như lớp cách nhiệt, vật liệu cách âm cho công trình, hay vật liệu hút dầu tràn trong các sự cố môi trường. Những đặc tính này đặc biệt ý nghĩa với người dùng cuối: nhà ở yên tĩnh hơn, thiết bị tiêu thụ ít năng lượng hơn, và sự cố dầu tràn được xử lý nhanh hơn, sạch hơn. Song, nhóm nghiên cứu cũng không che giấu thực tế rằng họ cần bước tiếp: mở rộng quy mô, đánh giá hiệu quả kinh tế và tác động môi trường, đồng thời tìm kiếm hợp tác với các đối tác trong hàng không vũ trụ, vật liệu tiên tiến, sản xuất và xử lý chất thải.
Với màng khử mặn từ vỏ trấu, con đường ra ứng dụng còn dài hơn. Chính các tác giả thừa nhận rằng nếu hướng này tiếp tục đi tới ứng dụng, những câu hỏi tiếp theo sẽ khó hơn nhiều: hiệu năng sau hàng trăm, hàng nghìn chu kỳ; cách màng phản ứng với nước thực có thành phần phức tạp; hiện tượng bám bẩn, trương nở; và khả năng lặp lại của quy trình chế tạo khi tăng quy mô. Tuy vậy, việc các kết quả này đã xuất hiện trên những tạp chí quốc tế uy tín về quản lý chất thải, khử mặn và vật liệu polymer là minh chứng rằng khoa học vật liệu Việt không chỉ loay hoay với bài toán nội địa. Câu hỏi giờ không phải “ta có làm được không”, mà là “ta có dám đầu tư, thử nghiệm và chịu trách nhiệm để những vật liệu này đến được với đời sống hay không”.
