Giải mã Aerogel: Cuộc cách mạng vật liệu từ rác thải nhựa và nông nghiệp

11 giờ trướcBài gốc

Tại diễn đàn kinh tế mùa thu 2025 diễn ra vào cuối tháng 11 vừa qua, PGS-TS Dương Minh Hải - Trường Đại học quốc gia Singapore và cộng sự đã đưa ra công nghệ Aerogel bền vững– một hướng đi được giới khoa học quốc tế đánh giá là “đột phá”, “khả thi về kinh tế” và “mở đường cho nền kinh tế tuần hoàn thế hệ mới”.

Cuộc lột xác của chất thải

Nhiều năm qua, rác thải nhựa được coi là “kẻ thù của thế kỷ 21”. Nhưng trong mắt các nhà khoa học, đó lại là “mỏ tài nguyên bị bỏ quên”. Theo PGS-TS Dương Minh Hải, rác thải nhựa, giấy vụn, vải thải, tro bay hay phế phẩm nông nghiệp đều mang trong mình cấu trúc polymer và cellulose, có thể tái cấu trúc để trở thành các vật liệu siêu nhẹ, siêu bền, siêu cách nhiệt. Đó là nền tảng của công nghệ Aerogel: biến chất thải thành vật liệu xốp nano – được mệnh danh là “bọt rắn nhẹ nhất thế giới”.

Công nghệ Aerogel được sáng chế từ rác thải nhựa và xơ nông nghiệp - Ảnh: minh họa

Phương pháp mà nhóm nghiên cứu phát triển không phải là tái chế thông thường, mà là upcycling – nâng cấp chất thải thành vật liệu có giá trị cao gấp hàng chục lần. Thay vì tái chế cơ học hay hóa học tiêu tốn năng lượng, quy trình Aerogel mới không dung môi, không độc hại, cho phép sản xuất liên tục với tốc độ “vài mét vuông mỗi phút”. Chi phí sản xuất cũng bất ngờ thấp, chỉ 1,5 USD/kg, biến Aerogel – vốn đắt đỏ trong công nghiệp – trở thành vật liệu có thể phổ cập.

Điều đáng chú ý nhất là tác động môi trường của vật liệu mới cực kỳ thấp. "Chỉ số phát thải carbon chỉ 0,1 kg CO₂/m² – “xanh hơn 13 lần” so với bột PU thương mại và “sạch hơn 840 lần” Aerogel truyền thống, theo phân tích của nhóm tác giả. Đây có thể xem là một trong những công nghệ sản xuất vật liệu bền vững nhất hiện nay", ông Hải nói.

Nhìn bằng mắt thường, Aerogel có thể giống như một miếng bọt nhựa nhẹ tênh. Nhưng ở quy mô nano, nó là một mạng lưới polymer cực kỳ phức tạp, với phần lớn thể tích là… không khí. Nhờ cấu trúc siêu rỗng, Aerogel trở thành vật liệu có khả năng cách nhiệt và cách âm vào loại tốt nhất thế giới.

Khả năng cách nhiệt của Aerogel không chỉ vượt trội mà còn ổn định trong môi trường nhiệt độ khắc nghiệt. Vật liệu có thể chịu mức 1.400 độ C mà không bị biến dạng. Độ dẫn nhiệt cực thấp chỉ 0,019 W/mK – thấp hơn cả vật liệu cách nhiệt dùng trong hàng không vũ trụ.

Một số loại Aerogel được nhóm PGS-TS Hải tăng cường thêm zirconium dioxide và xi măng chịu lửa, tạo thành lớp chống cháy chỉ 200 micromet nhưng chịu được 1.500 độ C. Ngay cả ở 1.600 độ C, vật liệu vẫn không cháy nổ mà chỉ chuyển thành tro trơ, đồng thời bám dính tốt hơn với bề mặt silica.

Trong một phép so sánh trực tiếp, Aerogel từ rác thải có thể nhẹ hơn 11 lần nhưng cách nhiệt tốt hơn 7 lần so với vật liệu truyền thống. Nhẹ, bền, chống cháy, thân thiện môi trường – đó là lý do Aerogel được đánh giá là “ứng viên số 1” cho nhu cầu cách nhiệt thế hệ mới.

Không chỉ cách nhiệt, Aerogel còn là một trong những vật liệu cách âm hiệu quả nhất hiện nay. Hệ số giảm tiếng ồn NRC đạt 0.56, cao hơn 4,7 lần so với các tấm bọt thương mại. Vật liệu cũng có khả năng chịu lực ấn tượng: nhẹ hơn 3 lần nhưng cứng hơn 35 lần so với foam thông thường, với mô đun đàn hồi nén đạt 0,52 MPa.

Trong lĩnh vực điện tử, nhóm nghiên cứu còn phát triển vật liệu hấp thụ sóng điện từ dựa trên ống nano carbon (CNT) kết hợp với PET. Sản phẩm PET/CNT này có hiệu suất hấp thụ sóng tương đương Aerogel cao cấp, thậm chí vượt nhiều vật liệu không dây khác, mở đường cho các ứng dụng che chắn điện từ, bảo vệ thiết bị và giảm bức xạ.

Aerogel Việt Nam bước vào kỷ nguyên ứng dụng

Khả năng thương mại hóa luôn là “phép thử” quan trọng nhất đối với một công nghệ mới. Và Aerogel bền vững từ rác thải đã vượt qua thử thách đó.

Trong ngành xây dựng, Aerogel được kỳ vọng làm thay đổi hoàn toàn bài toán cách nhiệt và tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà – một thị trường được định giá 3,3 tỷ USD. Khi được phủ bằng PolySiloxane hoặc xi măng chịu lửa, Aerogel tạo nên “áo khoác cách nhiệt – chống cháy” cho công trình, giảm thất thoát nhiệt, chống thấm, hạn chế bụi độc hại, và đặc biệt hữu ích trong các đô thị nóng lên do biến đổi khí hậu.

Trong lĩnh vực môi trường và năng lượng, Aerogel từ chất thải nông nghiệp có thể được sử dụng để xử lý sự cố tràn dầu, lưu trữ năng lượng, che chắn điện từ và xử lý ẩm. Điều ấn tượng là, toàn bộ quy trình sản xuất sử dụng nguyên liệu dư thừa của ngành nông nghiệp Việt Nam – nơi có lượng phụ phẩm khổng lồ nhưng giá trị sử dụng còn hạn chế. Bằng cách chuyển đổi phế phẩm thành vật liệu kỹ thuật, công nghệ này không chỉ mang ý nghĩa môi trường mà còn tạo thêm nguồn thu cho nông dân.

Không dừng lại ở vật liệu xốp, nhóm nghiên cứu còn mở rộng sang các vật liệu nanocomposite, Aerogel siêu bền, Aerogel lai CNT, Aerogel cellulose… tạo nên một hệ sinh thái vật liệu bền vững có tính ứng dụng đa ngành, từ hàng không, điện tử, xây dựng đến công nghiệp nặng.

Khi nhắc đến Aerogel, nhiều người thường nghĩ đến những vật liệu siêu nhẹ từng được NASA dùng trong nhiệm vụ không gian. Nhưng Aerogel của thế hệ mới – đặc biệt là Aerogel được tạo từ chất thải – mang trong mình một sứ mệnh lớn hơn: tạo ra mô hình kinh tế tuần hoàn khả thi trên quy mô toàn cầu.

Với chi phí thấp, quy trình sản xuất sạch, phát thải gần như bằng không, Aerogel từ rác thải cho thấy cách một quốc gia đang phát triển như Việt Nam hoàn toàn có thể dẫn đầu một lĩnh vực vật liệu tiên tiến. Hơn thế nữa, công nghệ này còn đề xuất một cách tiếp cận mới: thay vì cố gắng “loại bỏ chất thải”, hãy biến chất thải thành tài nguyên – một nguyên lý mà Liên Hợp Quốc đánh giá là yếu tố sống còn của tăng trưởng bền vững.

Theo các chuyên gia- nếu được ứng dụng rộng rãi, Aerogel có thể giúp giảm tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà, bảo vệ thiết bị điện tử trước bức xạ, giảm ô nhiễm tiếng ồn ở đô thị, tận dụng được phế phẩm nông nghiệp và giảm đáng kể lượng rác thải chôn lấp. Đó không chỉ là tiến bộ công nghệ mà còn là bước đi chiến lược để hướng đến một Việt Nam xanh hơn, tự chủ hơn về vật liệu kỹ thuật cao.

Công nghệ Aerogel từ rác thải nhựa và phế phẩm nông nghiệp không chỉ là một thành tựu khoa học. Nó là minh chứng rằng những gì ta coi là “vô dụng” có thể trở thành “vật liệu của tương lai”. Từ phòng thí nghiệm đến thực tiễn, từ vật liệu nano đến công nghệ xanh, từ rác thải đến giá trị kinh tế hàng tỷ đô – Aerogel chính là câu trả lời của Việt Nam cho bài toán phát triển bền vững của thế giới.

Và rất có thể, trong tương lai không xa, những ngôi nhà chống cháy tốt hơn, những nhà máy tiết kiệm năng lượng hơn, những thiết bị điện tử bền bỉ hơn và thậm chí những hệ thống hàng không – vũ trụ tối tân hơn… sẽ mang dấu ấn của một công nghệ được khai sinh từ những thứ mà con người từng vội vã vứt đi.

Hồ Quang

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/giai-ma-aerogel-cuoc-cach-mang-vat-lieu-tu-rac-thai-nhua-va-nong-nghiep-242032.html