Nhà khoa học VinFuture hiến kế nhằm hóa giải cuộc khủng hoảng rác thải nhựa toàn cầu

GS. Seth Marder, Đại học Colorado Boulder (Mỹ), đặt ra vấn đề này tại toạ đàm “Vật liệu cho tương lai bền vững”, trong khuôn khổ Tuần lễ Khoa học Công nghệ VinFuture 2024, diễn ra tại Hà Nội sáng 4/12. Nếu thành hiện thực, đây sẽ là một cuộc cách mạng trong giải quyết vấn nạn ô nhiễm rác thải nhựa - một trong những thách thức lớn trên toàn cầu hiện nay.

Rác thải nhựa đang nặng hơn khối lượng của tất cả mọi người trên trái đất cộng lại

GS. Seth Marder, Giám đốc Viện Năng lượng tái tạo và bền vững, Đại học Colorado Boulder - 1 trong 3 diễn giả chính của toạ đàm - đưa ra một hình ảnh thú vị để mô tả tình trạng quá tải rác thải nhựa toàn cầu. Theo đó, trên hành tinh của chúng ta đang tồn tại khoảng 6,3 tỷ tấn rác thải nhựa. Con số này tương đương với khối lượng của 1 tỷ con voi châu Phi và nặng hơn khối lượng của tất cả mọi người trên trái đất cộng lại.

5 thập kỷ trước, việc phát hiện ra polymer - nguyên liệu chính tạo ra nhựa - được xem là một điều kỳ diệu. Polymer được dùng trong đại đa số các vật liệu gắn liền với sinh hoạt của con người ở mọi lĩnh vực, nhưng đồng thời cũng tạo nên phong cách sống “1 lần vứt đi”. Sinh hoạt phụ thuộc vào nhựa của con người thời hiện đại không chỉ tạo ra một khối lượng rác thải khổng lồ mà còn dẫn đến nguy cơ cạn kiệt nguồn tài nguyên, trong đó có nguyên liệu hoá thạch.

GS. Seth Marder cho biết, thách thức lớn nhất của giới khoa học là làm thế nào tạo ra được vật liệu nhựa có khả năng tuần hoàn, khi hết vòng đời thì sẽ trở về với cấu trúc nguyên liệu gốc. Các giải pháp tái chế hiện tại chỉ giải quyết phần ngọn và thực tế không hiệu quả. 

“Chúng ta cần suy nghĩ lại quá trình sản xuất nhựa ngay từ lúc thiết kế ban đầu chứ không phải tính toán xử lý vật liệu cuối vòng đời như đã làm. Điều này đòi hỏi sự phối hợp nghiên cứu liên ngành, từ phân tích cơ khí, tái chế và cả AI. AI và máy học ngày càng quan trọng khi thiết kế những vật liệu như thế này”, GS. Seth Marder phân tích.

GS. Seth Marder khẳng định, nhựa sẽ vẫn được con người dùng rộng rãi trong tương lai. Vì vậy, việc cải thiện thiết kế vật liệu nhựa để đảm bảo tính tuần hoàn là một vấn đề cấp bách. Bên cạnh đó, con người cũng cần thay đổi hành vi sử dụng nhựa của mình để đóng góp vào quá trình giảm thiểu râc thải nhựa toàn cầu.

Công suất sản xuất mô-đun năng lượng mặt trời sẽ đạt 3TW vào năm 2030

Cùng chủ đề về vật liệu, hai nhà khoa học khác là GS. Martin Andrew Green, Đại học New South Wales (Úc) – đồng chủ nhân Giải thưởng Chính VinFuture 2023, và GS. Marina Freitag, Đại học Newcastle (Anh) đặt ra vấn đề về vật liệu mới để nâng cao hiệu suất cho pin năng lượng mặt trời.

GS. Martin và nhóm nghiên cứu của ông đã giữ kỷ lục về hiệu suất pin mặt trời Silicon trong suốt 4 thập kỷ qua. Các loại pin mặt trời PERC và TOPCon do ông phát minh vào những năm 1980 và được đội ngũ của ông tiên phong triển khai hiện chiếm hơn 90% tổng sản lượng mô-đun năng lượng mặt trời Silicon được sản xuất trên toàn thế giới.

Tuy nhiên, bối cảnh thế giới hiện đại đòi hỏi cần một hướng đi mới để cải thiện hiệu suất cho pin mặt trời Silicon nhằm tạo ra sự đột phá với mục tiêu đạt 3TW/năm vào năm 2030. Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với việc giảm giá thành sản xuất pin năng lượng mặt trời, giảm phát thải carbon và nâng cao tính bền vững của kinh tế toàn cầu.

Thách thức với nhóm nghiên cứu của GS. Martin là tìm được một vật liệu có thể tích hợp với Silicon để tạo ra những tấm pin có công suất lớn.

G.S. Marina Freitag đề xuất 1 giải pháp là dùng Perovskite (một loại khoáng sản được nhà khoa học Nga Lev Perovski tìm thấy ở dãy Ural cách đây 200 năm). Theo bà, nguyên liệu có sẵn và dồi dào này là giải pháp tốt nhất hiện nay.

G.S Marina cho biết, Silicon nếu thêm Perovskite có khả năng giữ được ánh sáng nhiều hơn và lâu hơn, do đó đạt công suất cao hơn. Theo tính toán, pin mặt trời tích hợp vật liệu Silicon và Perovskite sẽ giảm thời gian hoàn vốn xuống còn 4 tháng và giảm phát thải C02 lên đến 50%.

Về vấn đề sử dụng AI trong việc nghiên cứu, sản xuất vật liệu mới, GS. Marina cho rằng cần tính toán đến chi phí năng lượng. Bên cạnh đó, để AI có thể tham gia vào lĩnh vực nghiên cứu vật liệu, các phòng thí nghiệm cần một kho dữ liệu đủ lớn. Điều này đòi hỏi sự hợp tác, chia sẻ dữ liệu nghiên cứu ở phạm vi toàn cầu.

Các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió và thủy điện ngày càng trở thành trụ cột trong việc giải quyết khủng hoảng năng lượng toàn cầu và giảm lượng khí thải carbon. Trong đó, vật liệu cho pin mặt trời đóng một vai trò then chốt. 

Pin mặt trời, sử dụng các vật liệu tiên tiến như Silicon, Perovskite và vật liệu hai chiều, đang giúp tăng cường hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng, đồng thời giảm chi phí sản xuất. Những tiến bộ này không chỉ giúp tăng cường khả năng tiếp cận của năng lượng sạch mà còn góp phần quan trọng vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững trên toàn cầu.