Những loại công nghệ tái chế nào có tác động lớn nhất?

Bài học chính

Tái chế cơ học, một quá trình bao gồm thao tác vật lý và biến đổi vật liệu để tái sử dụng, tiết kiệm chi phí hơn so với tái chế sinh học vì nó không yêu cầu các sinh vật chuyên biệt phân hủy chất thải. Tuy nhiên, tái chế cơ học cũng có nhược điểm là tạo ra các sản phẩm cuối cùng có chất lượng thấp hơn do tính chất của các quá trình vật lý liên quan. Những sản phẩm phụ này có thể ít được ưa chuộng hơn hoặc thậm chí không thể sử dụng được cho một số ứng dụng nhất định, do đó có khả năng ảnh hưởng đến giá trị tổng thể và tính toàn vẹn của vật liệu tái chế.

Tái chế hóa học là một quá trình bao gồm việc phân hủy chất thải thành các đơn phân cấu thành của chúng, cung cấp một cách tiếp cận linh hoạt hơn để xử lý các loại chất thải khác nhau. Phương pháp này bao gồm các kỹ thuật như nhiệt phân, khí hóa và hòa tan.

Máy bán hàng tự động ngược và các chương trình khuyến khích hứa hẹn sẽ thúc đẩy nỗ lực tái chế, mặc dù có những hạn chế phụ thuộc vào loại vật liệu được chấp nhận. Hơn nữa, các phương pháp thay thế như chuyển đổi chất thải thành năng lượng và tái chế pin lithium-ion mang đến những cơ hội bổ sung để tăng cường các hoạt động bền vững.

Bất chấp nỗ lực của các tổ chức phi chính phủ (NGO) và các nhà hoạt động môi trường nhằm nâng cao nhận thức toàn cầu về tầm quan trọng của việc tái chế, tỷ lệ tái chế thực tế vẫn đạt đến mức bế tắc trên quy mô quốc tế. Hơn nữa, người ta quan sát thấy rằng nhiều loại chất thải khác nhau đang được xử lý tại cùng một bãi chôn lấp mà không có sự phân biệt hoặc khác biệt đáng kể nào. Những lý do chính dẫn đến tình trạng dưới mức tối ưu này có thể là do sự không nhất quán trong quy trình tái chế và phương pháp thu gom, có xu hướng dựa vào các công nghệ lạc hậu, không tốn kém mà khá lỗi thời. Một số lượng đáng kể các quốc gia tiếp tục sử dụng những phương pháp thô sơ như vậy.

Khi những tiến bộ trong công nghệ tái chế tiếp tục phát triển, điều quan trọng là phải xem xét phương pháp tái chế cụ thể nào có ảnh hưởng đáng kể nhất đến quản lý chất thải và nỗ lực bền vững môi trường.

Tái chế cơ khí

Tái chế cơ học bao gồm việc đưa các vật liệu thu thập được vào một loạt các quy trình cơ học như cắt nhỏ, nấu chảy và định hình lại để bảo toàn thành phần ban đầu của chúng. Do đó, không thể kết hợp các yếu tố đa dạng trong quá trình này. Thông thường, các cơ quan quản lý chất thải sử dụng phương pháp này để biến đổi các sản phẩm làm từ giấy, thủy tinh, kim loại và nhựa để sử dụng tiếp.

Việc sử dụng các phương pháp tái chế cơ học phổ biến ở cả khu vực công và tư nhân do tính hiệu quả về mặt chi phí so với các kỹ thuật tái chế thay thế. Ngay cả những người có sở thích hay “những người tự làm” cũng chế tạo các thiết bị ngẫu hứng để xử lý các vật liệu có thể tái chế thông qua các quy trình như băm nhỏ, nấu chảy và đúc khuôn.

Mặc dù tái chế cơ học có những ưu điểm nhưng vẫn có những hạn chế nhất định cần xem xét. Một nhược điểm đó là nó thường tạo ra các sản phẩm phụ có chất lượng kém hơn so với các phương pháp quản lý chất thải khác. Điều này xảy ra do tính chất khắc nghiệt của các quá trình vật lý liên quan, có thể gây hư hỏng cấu trúc của vật liệu có thể tái chế. Kết quả là, các sản phẩm làm từ 100% vật liệu tái chế có thể trông yếu hơn hoặc dễ vỡ hơn, bằng chứng là ví dụ về túi giấy và chai nhựa.

Tái chế hóa chất

Nguồn hình ảnh: IBM Research/Flickr

Tái chế hóa học liên quan đến việc phân hủy chất thải thành các thành phần cơ bản của chúng được gọi là monome. Các monome này sau đó được chuyển hóa thành các chất mới có tính chất khác với chất thải ban đầu. Kết quả cuối cùng là sự khác biệt hoàn toàn so với dạng ban đầu của vật chất, hiện tồn tại ở một trạng thái vật chất hoàn toàn khác biệt.

Tái chế hóa học mang lại lợi thế đáng kể về khả năng xử lý nhiều loại chất thải hơn so với các phương pháp cơ học. Thật không may, các quy trình tái chế cơ học không thể xử lý chất thải đã trở nên bẩn, bẩn hoặc bị ô nhiễm. Trong nhiều trường hợp, các cơ sở quản lý chất thải phải xử lý những chất đó tại bãi chôn lấp do không thể xử lý bằng cơ học. Ví dụ bao gồm chai nhựa chứa chất lỏng còn sót lại hoặc vật liệu đóng gói bị nhiễm bẩn bởi thịt sống.

OECD thậm chí còn báo cáo rằng chỉ có 9% rác thải nhựa được tái chế. Hiện tại có ba loại tái chế hóa học.

Nhiệt phân

Nhiệt phân là phương pháp phân hủy nhiệt hóa không có oxy ở nhiệt độ cao, nằm trong khoảng từ 752 đến 1.472 độ F để xử lý các vật liệu có thể tái chế. Thường được sử dụng để quản lý rác thải nhựa phức tạp, quá trình nhiệt phân làm giảm các vật liệu này xuống mức phân tử, biến chúng thành các sản phẩm có giá trị như dầu sinh học tái chế, khí tổng hợp hoặc các chất có chứa cacbon. Quá trình nhiệt phân tạo ra các sản phẩm cuối cùng gần giống với các sản phẩm có nguồn gốc từ nguồn nguyên chất, cho thấy tính hiệu quả của kỹ thuật tái chế hóa học này so với các quy trình cơ học có thể làm giảm chất lượng vật liệu.

FHWA tuyên bố rằng những người lái xe ô tô ở Mỹ thải bỏ 280\+ triệu lốp ô tô mỗi năm, tuy nhiên các nhà sản xuất không thể sử dụng cao su tái sử dụng bền vững nhưng không an toàn. Tái chế lốp Big Atom giải quyết vấn đề này thông qua quá trình nhiệt phân. Nhóm của họ phân hủy lốp xe phế liệu thành dầu thô và nhựa, có thể dùng làm nguyên liệu thô cho những chiếc lốp đường bộ hoàn toàn mới và đáng tin cậy.

Khí hóa

Khí hóa là một kỹ thuật xử lý nhiệt tiên tiến được sử dụng để xử lý các loại vật liệu có thể tái chế khác nhau bao gồm nhựa, sinh khối và chất thải hữu cơ bằng cách cho chúng tiếp xúc với nhiệt độ từ 1.472 đến 2.192 độ F trong điều kiện không có quá nhiều oxy. Phương pháp này phân hủy các vật liệu này một cách hiệu quả thông qua một loạt các phản ứng hóa học dẫn đến tạo ra khí tổng hợp, có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng linh hoạt. Không giống như nhiệt phân, khí hóa đòi hỏi nhiệt độ cao hơn do tính chất phức tạp của nó, dẫn đến tăng hiệu quả và hiệu quả trong việc sản xuất nhiệt, điện và khí tổng hợp. Hơn nữa, nó thể hiện một cách tiếp cận bền vững hướng tới việc khai thác năng lượng từ các nguồn tài nguyên bị loại bỏ trong khi giảm thiểu

Hòa tan

Hòa tan là một phương pháp hiệu quả cao và tiết kiệm năng lượng để xử lý các vật liệu có thể tái chế, đặc biệt nhắm tới các hợp chất polyester và polyurethane. Kỹ thuật cải tiến này liên quan đến việc sử dụng dung môi độc quyền để hòa tan chất thải ở nhiệt độ từ 212 đến 572 độ F. Trái ngược với các phương pháp tái chế cơ học truyền thống không thể xử lý hiệu quả một số loại nhựa do độ cứng và độ giòn của chúng, quá trình hòa tan mang lại một giải pháp đầy hứa hẹn để xử lý các chất thải đó. Xử lý rác thải từ lâu đã là phương pháp chủ yếu được các cơ sở quản lý chất thải sử dụng khi xử lý các loại nhựa khó tái chế này; tuy nhiên, quá trình hòa tan đưa ra một giải pháp thay thế khả thi cho phương pháp thông thường này, cung cấp một môi trường

Chắc chắn, quá trình hòa tan có khả năng xử lý cả chất sinh học và chất thải hữu cơ. Trong số các sản phẩm phụ chính thu được từ quá trình này là nhiên liệu, oligome và monome có mức độ hữu dụng cao. Những chất thu hồi này có thể được sử dụng trong sản xuất nhựa cao cấp, rượu etylic và chất bôi trơn.

Mặc dù có những ưu điểm không thể phủ nhận so với các phương pháp tái chế cơ học thông thường, chẳng hạn như nhiệt phân, khí hóa và hòa tan, nhưng đáng tiếc là các kỹ thuật tiên tiến này phần lớn vẫn nằm ngoài tầm với của hầu hết các cơ sở quản lý chất thải do chi phí quá cao và yêu cầu bảo trì đáng kể. Mặc dù có thể có hy vọng về việc áp dụng rộng rãi các phương pháp đổi mới này trong tương lai, nhưng vẫn có thể phải mất vài thập kỷ để chúng trở thành công nghệ tái chế chiếm ưu thế trên toàn cầu.

Máy bán hàng tự động đảo ngược

Nguồn hình ảnh: Donald_Trung/Wikimedia Commons

Máy bán hàng tự động ngược (RVM) là một giải pháp thiết thực nhằm thúc đẩy tái chế bằng cách tạo cơ hội cho các cá nhân trao đổi các vật liệu có thể tái chế của họ như hộp thủy tinh rỗng, chai nhựa và lon nhôm để lấy phần thưởng. Những phần thưởng này có thể bao gồm phiếu giảm giá, thẻ giảm giá hoặc bồi thường bằng tiền. Để tận dụng những lợi ích này, người ta chỉ cần đặt rác tái chế của mình vào máy, nhận phần thưởng và xem thiết bị tự động phân loại rác. Tuy nhiên, một nhược điểm đáng kể liên quan đến hệ thống này là việc tuân thủ nghiêm ngặt các loại vật liệu tái chế được chấp nhận. Do việc sử dụng phổ biến các phương pháp xử lý thủ công trong các cơ sở quản lý chất thải nên có nguy cơ ô nhiễm đáng kể từ các vật liệu tái chế không được chấp nhận.

Để thúc đẩy sự bền vững về môi trường, các thương hiệu bán lẻ đã thực hiện các chiến lược tương tự nhằm khuyến khích khách hàng tham gia các chương trình tái chế. Ví dụ: Apple đã thiết lập một sáng kiến ​​tái chế trong đó cung cấp các phần thưởng và chiết khấu độc quyền cho những cá nhân trả lại các sản phẩm Apple lỗi thời của họ cho các điểm thu gom được chỉ định. Bằng cách đó, cả công ty và khách hàng đều góp phần giảm thiểu chất thải và bảo tồn tài nguyên.

Chuyển chất thải thành năng lượng (WtE)

Chất thải thành năng lượng là một quá trình chuyển đổi chất thải đô thị, công nghiệp và nông nghiệp thành năng lượng có thể sử dụng được thông qua quá trình đốt cháy có kiểm soát ở nhiệt độ cao. Phương pháp này tạo ra các sản phẩm phụ thân thiện với môi trường như nhiệt và điện. Việc triển khai công nghệ này ở quy mô lớn hơn có khả năng tăng khả năng tiếp cận các nguồn năng lượng thay thế cho cộng đồng trên toàn thế giới.

Mặc dù quá trình chuyển chất thải thành năng lượng (WtE) và khí hóa có những điểm tương đồng trong việc chuyển đổi chất thải thành sản phẩm hữu ích, nhưng điều quan trọng là phải nhận ra rằng chúng sử dụng các phương pháp công nghệ riêng biệt. Cụ thể, quá trình khí hóa liên quan đến việc đốt chất thải ở nhiệt độ cao trong môi trường có nguồn cung cấp oxy hạn chế, trong khi WtE liên quan đến việc đốt trực tiếp các vật liệu có thể tái chế. Hơn nữa, cần lưu ý rằng công nghệ WtE không cho phép sản xuất khí tổng hợp (syngas), vốn là sản phẩm chính của các nhà máy khí hóa.

Tái chế pin Lithium-Ion

Khi sự phụ thuộc của chúng ta vào các thiết bị điện tử như điện thoại thông minh, xe tay ga và xe điện tiếp tục tăng lên, thì nhu cầu về pin lithium-ion cung cấp năng lượng cho những thành phần thiết yếu này của cuộc sống hiện đại cũng tăng theo.

IEA báo cáo rằng nhu cầu về xe điện đã tăng vọt từ 330 lên 550 GWh trong và trong khi pin lithium-ion đang được cho là ít gây hại hơn nhiên liệu hóa thạch, việc sản xuất hàng loạt chúng sẽ vô tình bắt đầu nhiều dự án khai thác hơn.

Một phương pháp thích hợp hơn là áp dụng các biện pháp tái chế pin có trách nhiệm với môi trường, cho phép các nhà sản xuất lithium-ion ngừng sử dụng nguyên liệu thô bằng cách tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện tại các trung tâm tái chế và xử lý pin.

Luyện kim

Các quy trình luyện kim là một tập hợp con của kỹ thuật nhiệt phân, bao gồm việc đưa pin tái chế vào nhiệt độ cao trong môi trường không có hàm lượng oxy quá cao. Thông qua phương pháp này, các cơ sở tái chế chuyên dụng có khả năng cô lập các nguyên tố đất đa dạng khỏi các vật liệu bị phân hủy. Tuy nhiên, một hạn chế đáng kể liên quan đến luyện kim lửa là việc tạo ra các oxit nitơ và các hợp chất lưu huỳnh dưới dạng sản phẩm phụ của quá trình đốt cháy, đòi hỏi phải kiểm soát khí thải nghiêm ngặt tại các cơ sở đó.

Thủy luyện

Thủy luyện kim đại diện cho một giải pháp thay thế cho luyện kim hỏa như một quá trình nhiệt độ thấp nhằm mục đích hòa tan pin tái chế trong một dung môi cụ thể. Đồng thời, các cơ sở tái chế được biết là có thể cô lập các kim loại đất sau khi chúng xuống cấp. Tuy nhiên, một trong những thách thức quan trọng nhất liên quan đến thủy luyện kim liên quan đến việc tạo ra nước thải, đòi hỏi các cơ sở xử lý phải xử lý an toàn và thận trọng.

Tái chế trực tiếp

Việc tân trang pin đã qua sử dụng thông qua tái chế trực tiếp bao gồm việc xử lý cơ học các bộ phận để khôi phục chúng về trạng thái có thể sử dụng được. Cách tiếp cận này cung cấp một giải pháp giá cả phải chăng và sẵn có, mặc dù có hạn chế là pin đã được tân trang lại không thể sử dụng được cho mục đích ban đầu. Thay vào đó, chúng chỉ đóng vai trò là nguồn năng lượng phụ trợ.

Hãy thực hiện phần việc của mình bằng cách biết cách vứt bỏ pin đã chết. C&EN báo cáo rằng chỉ 5% pin lithium-ion được tái chế do người tiêu dùng và nhà sản xuất làm theo một cách bất cẩn. các phương pháp thải bỏ.

Những tiến bộ công nghệ sẽ tiếp tục hợp lý hóa các hệ thống tái chế

Mặc dù tỷ lệ tái chế toàn cầu có thể không được cải thiện ngay lập tức nhưng điều quan trọng là các hộ gia đình, tổ chức tư nhân, tổ chức phi lợi nhuận và cơ quan công quyền phải hợp tác để triển khai các công nghệ tái chế hiệu quả và kết hợp chúng vào chiến lược quản lý chất thải tương ứng của họ. Thật không may, một số lượng lớn các hệ thống phân loại hiện đại vẫn chưa được sử dụng đúng mức. Điều quan trọng là phải nhận ra rằng các phương pháp tái chế hiệu quả này chỉ nhằm mục đích giảm bớt một số tác động bất lợi do lượng chất thải ngày càng tăng do xã hội tạo ra. Tuy nhiên, những nỗ lực liên tục nhằm giảm thiểu nhựa sử dụng một lần cũng vẫn là ưu tiên hàng đầu.