Người Việt góp phần tìm lời giải cho bài toán tái chế vật liệu composite

Chỉ sáu tháng sau khi bắt đầu chương trình tiến sĩ tại Đại học Quốc gia Singapore (National University of Singapore - NUS), nghiên cứu sinh Việt Nam Phan Ngô Minh Quang đã cùng nhóm nghiên cứu phát triển một hướng tiếp cận mới trong tái chế vật liệu composite sợi carbon - epoxy.

Công trình được công bố trên tạp chí Waste Management, hướng tới giải quyết một trong những thách thức lớn của ngành vật liệu tiên tiến: tái chế hiệu quả loại vật liệu có độ bền cao nhưng rất khó xử lý sau khi hết vòng đời sử dụng.

Composite sợi carbon - epoxy được ứng dụng rộng rãi trong các ngành hàng không, ô tô, năng lượng gió và quốc phòng nhờ trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng chịu lực tốt. Tuy nhiên, chính cấu trúc bền vững của vật liệu này khiến việc tái chế trở nên đặc biệt khó khăn. Phần lớn chất thải composite hiện vẫn chưa được xử lý hiệu quả, tạo áp lực ngày càng lớn đối với môi trường.

Đó cũng là lý do nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đang tìm kiếm các giải pháp nhằm xây dựng mô hình kinh tế tuần hoàn cho loại vật liệu này.

Tìm lời giải từ khoảng trống nghiên cứu

Dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo sư Dương Minh Hải, Khoa Cơ khí, Đại học Quốc gia Singapore, Quang tham gia nghiên cứu bài toán tái chế composite nhiệt rắn ngay từ những tháng đầu của chương trình tiến sĩ.

Nhóm nghiên cứu không bắt đầu bằng việc phát triển công nghệ mới mà trước hết tiến hành rà soát toàn diện các hướng tiếp cận hiện có. Trong bài báo tổng quan chuyên sâu, nhóm phân tích các công nghệ tái chế cơ học, tái chế hóa học, vật liệu vitrimer và composite sinh học nhằm đánh giá ưu điểm, hạn chế cũng như những khoảng trống còn tồn tại.

Theo nhóm nghiên cứu, các phương pháp hiện nay chủ yếu tập trung thu hồi sợi carbon, trong khi phần nhựa epoxy thường bị loại bỏ hoặc chỉ được tận dụng ở mức hạn chế. Điều này khiến việc xây dựng một quy trình tái chế khép kín, có giá trị gia tăng cao cho toàn bộ vật liệu composite vẫn là thách thức.

Chuyển chất thải thành vật liệu xây dựng

Từ kết quả nghiên cứu tổng quan, nhóm tiếp tục phát triển một hướng tiếp cận mới. Công trình đăng trên Waste Management giới thiệu chiến lược chuyển hóa toàn bộ chất thải composite sợi carbon - epoxy thành các vật liệu kỹ thuật có giá trị cao, thay vì chỉ thu hồi riêng sợi carbon như nhiều phương pháp trước đây.

Theo nhóm nghiên cứu, quy trình này không sử dụng dung môi, không yêu cầu nhiệt độ cao và không tạo ra chất thải thứ cấp, qua đó góp phần giảm tác động môi trường.

Từ loại chất thải vốn rất khó xử lý, nhóm đã chế tạo các vật liệu aerogel đa chức năng. Đây là vật liệu siêu nhẹ có khả năng cách nhiệt, hấp thụ âm thanh và hấp phụ dầu, mở ra tiềm năng ứng dụng trong xử lý môi trường cũng như nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác.

Nhóm nghiên cứu cho rằng hướng tiếp cận này có thể góp phần thúc đẩy kinh tế tuần hoàn đối với vật liệu composite và tạo cơ sở cho việc phát triển các sản phẩm kỹ thuật có giá trị gia tăng cao từ chất thải công nghiệp.

Sáu tháng đầu với nhiều kết quả nghiên cứu

Bên cạnh công trình trên, trong sáu tháng đầu của chương trình tiến sĩ, Quang đã công bố ba bài báo thuộc nhóm Q1 quốc tế, trong đó có hai bài với vai trò tác giả chính. Anh cũng tham gia một chương sách quốc tế, ba bài báo hội nghị quốc tế và hỗ trợ tổ chức nhiều hoạt động học thuật tại NUS.

Theo Quang, mục tiêu của nghiên cứu khoa học không chỉ là công bố kết quả mà còn là tạo ra những giải pháp có thể giải quyết các vấn đề thực tiễn.

"Mỗi thí nghiệm không chỉ nhằm tạo ra tri thức mới mà còn hướng tới việc giải quyết những vấn đề thực tiễn, góp phần xây dựng một tương lai bền vững hơn," Quang chia sẻ.

Theo Phó Giáo sư Dương Minh Hải, đào tạo nghiên cứu sinh không chỉ hướng đến các công bố khoa học mà còn giúp người học hình thành tư duy độc lập, khả năng hợp tác quốc tế và theo đuổi những vấn đề có ý nghĩa đối với xã hội.

"Chúng tôi mong muốn xây dựng một môi trường nơi các nghiên cứu sinh được khuyến khích đặt ra những câu hỏi táo bạo, hợp tác với các nhà khoa học quốc tế và theo đuổi những ý tưởng có thể tạo ra tác động tích cực cho xã hội," ông nói.

Công trình là một ví dụ về xu hướng nghiên cứu vật liệu tiên tiến đang chuyển từ mục tiêu thu hồi vật liệu sau sử dụng sang tạo ra các sản phẩm có giá trị cao hơn.

Nếu tiếp tục được hoàn thiện và mở rộng quy mô, hướng tiếp cận này có thể đóng góp thêm các giải pháp cho bài toán tái chế vật liệu composite và phát triển kinh tế tuần hoàn trong nhiều ngành công nghiệp công nghệ cao.