Trong nhiều thập kỷ, ngành công nghiệp vật liệu luôn phải cân nhắc giữa hai lựa chọn: nhựa tổng hợp có nguồn gốc từ dầu mỏ, bền, rẻ và hiệu quả, hay gỗ, thân thiện môi trường nhưng hạn chế về độ bền và khả năng ứng dụng. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới từ University of Oulu (Phần Lan) đang làm thay đổi cục diện này, khi các nhà khoa học phát triển thành công loại nhựa sinh học từ gỗ và phụ phẩm nông nghiệp có hiệu suất vượt trội, thậm chí bền hơn nhựa truyền thống tới 76%.
Điểm đột phá của nghiên cứu nằm ở việc thay thế các thành phần hóa dầu trong nhựa polyester và epoxy, hai loại vật liệu nền phổ biến nhất trong composite bằng các hợp chất có nguồn gốc sinh học.
Thay vì dùng nguyên liệu từ dầu mỏ như các loại nhựa thông thường, nhóm nghiên cứu đã tạo ra nhựa mới từ một chất gọi là furfural, được chiết xuất từ các phế phẩm tự nhiên như mùn cưa, rơm rạ hay gỗ thải.
Hiểu đơn giản, họ đã biến những thứ vốn bị bỏ đi trong nông nghiệp và lâm nghiệp thành “nguyên liệu đầu vào” để sản xuất nhựa. Nhờ đó, loại nhựa này không còn phụ thuộc vào dầu mỏ mà tận dụng được nguồn tài nguyên tái tạo, vừa giảm tác động môi trường vừa giúp sử dụng hiệu quả hơn các vật liệu sẵn có.
Trong các thử nghiệm, vật liệu composite gia cường bằng sợi thủy tinh sử dụng nhựa sinh học đã cho thấy kết quả ấn tượng. Độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền tổng thể đều cao hơn đáng kể so với các loại nhựa thông thường.
Đáng chú ý, một biến thể của nhựa polyester sinh học đạt độ bền cao hơn tới 76% so với sản phẩm thương mại hiện nay. Điều này cho thấy vật liệu sinh học không còn chỉ là lựa chọn “xanh” mang tính đánh đổi, mà có thể trở thành giải pháp vượt trội về mặt kỹ thuật.
Một trong những thách thức lớn nhất của vật liệu composite hiện nay là khả năng tái chế. Các loại nhựa như epoxy và polyester khi đã đóng rắn sẽ tạo thành mạng liên kết chéo rất bền, khiến chúng gần như không thể tái nóng chảy hay tái sử dụng theo cách thông thường. Việc tách nhựa khỏi sợi thủy tinh hoặc sợi carbon cũng phức tạp và tốn kém, khiến phần lớn vật liệu sau khi hết vòng đời bị thải bỏ.
Các loại nhựa sinh học mới giải quyết được vấn đề này nhờ cấu trúc hóa học có thể phân hủy. Khi cần, vật liệu composite có thể được xử lý để tách các thành phần và tái sử dụng làm nguyên liệu đầu vào, mở ra khả năng tái chế hóa học, một bước tiến quan trọng hướng tới mô hình sản xuất khép kín. Đây là lần đầu tiên một hệ vật liệu composite vừa đạt hiệu suất cơ học cao, vừa có khả năng tái chế ở cấp độ phân tử.
Bên cạnh lợi ích môi trường, yếu tố kinh tế cũng là điểm đáng chú ý. Theo nhóm nghiên cứu, quy trình sản xuất nhựa sinh học này tương thích với các dây chuyền hóa chất hiện có, không đòi hỏi phải xây dựng lại nhà máy. Điều này giúp giảm đáng kể rào cản thương mại hóa, đồng thời giữ chi phí ở mức cạnh tranh so với nhựa truyền thống.
Việc tận dụng các phụ phẩm nông nghiệp và lâm nghiệp như mùn cưa hay rơm rạ không chỉ giúp giảm chất thải mà còn mở ra các chuỗi giá trị mới trong nền kinh tế sinh học. Trong bối cảnh ngành năng lượng bị tác động bởi nhiều mặt, các vật liệu sinh học như vậy còn mang ý nghĩa chiến lược, góp phần tăng tính tự chủ về nguồn nguyên liệu và phù hợp với các mục tiêu phát triển bền vững.
Hiện tại, công nghệ vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm và cần thêm thời gian để hoàn thiện trước khi được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như hàng hải, năng lượng tái tạo, xây dựng hay hàng không.
Tuy nhiên, với việc đã được cấp bằng sáng chế và đang tìm kiếm đối tác công nghiệp, nghiên cứu này cho thấy một hướng đi rõ ràng, vật liệu tương lai không chỉ bền hơn, mà còn phải tái tạo và tái chế được, thay đổi căn bản cách ngành Xây dựng và công nghiệp vật liệu vận hành.
