Nghiên cứu sinh Việt biến rác thải thành vật liệu có tính ứng dụng cao

LTS: Là một nghiên cứu sinh vừa hoàn thành chương trình Tiến sĩ tại Đại học Rice (tiểu bang Texas, Hoa Kỳ), anh Lương Xuân Duy chia sẻ với bạn đọc Báo điện tử Giáo dục Việt Nam về công trình nghiên cứu mang tính ứng dụng, giảm thiểu rác thải, hiệu ứng nhà kính.

Tòa soạn trân trọng gửi đến độc giả bài viết.

Từ 2014, tôi và vợ qua Mỹ để bắt đầu chương trình Tiến sĩ của tôi tại Đại học Rice tiểu bang Texas.

Trong quá trình nghiên cứu, tôi cũng đã có nhiều công trình nhưng tôi vẫn cảm thấy chưa thực sự hài lòng và còn nhiều trăn trở làm sao có thể có một trình giúp ích cho xã hội.

Đầu năm 2018, tôi đọc được một bài báo về quá trình tạo ra những hạt nano kim loại, đã truyền cảm hứng cho tôi.

Nghiên cứu sinh Lương Xuân Duy

Sau đó, tôi tự mình tạo ra một hệ thống có thể dùng điện để tăng nhiệt độ của bất cứ một loại carbon thành graphene. Sau vài lần thất bại, cuối cùng tôi cũng đã tìm ra một công thức nhất định có thể làm ra graphene chất lượng cao.

Graphene là một loại thù hình của carbon có cấu trúc 2D. Với những tính năng vượt trội như: khỏe hơn sắt, dẫn điện và nhiệt tốt hơn đồng, graphene có rất nhiều tiềm năng trong ứng dụng composite, y học hay chất xúc tác.

Nhưng từ lúc được tìm ra đến giờ, graphene chất lượng cao với 1-10 lớp vẫn chưa bao giờ được thương mại hóa vì quá trình sản xuất quá phức tạp. Những công ty sản xuất graphene trên thị trường hầu hết là bán graphene nanoplatelets với ít nhất 20 lớp.

Công trình nghiên cứu của anh Lương Xuân Duy có thể tạo ra graphene từ bất cứ nguyên liệu cacbon nào.

Quá trình để sản xuất ra những loại graphene này bắt đầu từ graphite và qua rất nhiều công đoạn tách lớp trong acid và máy trộn tốc độ cao. Chính vì thế giá thành của những loại graphene này lên đến 10.000 đô la Mỹ/tấn trong khi chất lượng không được tốt.

Trong hệ thống của tôi, bất cứ nguyên liệu carbon nào cũng có thể được tạo thành graphene bằng xung điện.

Xung điện này tăng nhiệt độ của nguồn carbon lên hơn 3000 Kelvin hay 2700 độ C, phá hủy toàn bộ các liên kết hóa học và bốc hơi những tạp chất khác. Đến khi nguội xuống, carbon liên kết với nhau thành loại thù hình bền hơn là graphene.

Tôi đã kiểm chứng graphene từ rất nhiều nguyên liệu carbon; rác thải hữu cơ như vỏ khoai tây, rác thải nhựa như bình nước, bánh xe, hay toàn bộ các loại than đá, than củi, than cốc đều chuyển hóa thành graphene chất lượng cao.

Anh Lương Xuân Duy (bên phải) cùng giáo sư giới thiệu về nghiên cứu mới của mình.

Điều tuyệt vời nhất là để tạo ra 1 tấn graphene chỉ cần 2000 kWh năng lượng điện. Tôi cũng dùng loại graphene này để làm composite cùng xi măng. Chỉ cần 0.05% graphene, khả năng chịu lực của xi măng tăng lên 30%.

Nếu công nghệ này được áp dụng, graphene sẽ giúp ích được rất nhiều cho xã hội. Đầu tiên là thay vì đổ rác thải đến các chỗ phế thải, tất cả các loại rác có thể được biến đổi thành graphene.

Thay vì phân hủy thành khí carbonic và khí methane, các rác thải hữu cơ sẽ trở thành graphene và không bao giờ phân hủy trong tự nhiên. Thay vì phải phân loại và tái chế rác thải nhựa, tất cả các loại nhựa có thể biến đổi thành graphene.

Các loại graphene này có thể cho lại vào nhựa để tăng khả năng chịu lực của nhựa và giảm thiểu số lượng nhựa cần phải dùng.

Hơn nữa, graphene có thể giảm thiểu lượng xi măng 30% trong mỗi công trình. Điều này đồng nghĩa với ít khí nhà kính bị thải ra trong quá trình sản xuất xi măng.

Hai học sinh gốc Việt giành giải Jugend forscht 2019 tại Đức

Đầu năm 2020, báo Nature – tờ báo uy tín trong ngành khoa học, và rất nhiều đầu báo trên thế giới tại Brazil, Trung Quốc, Anh, Brazil,… đã đăng tải công trình nghiên cứu của tôi.

Báo Nature: https://www.nature.com/articles/s41586-020-1938-0?fbclid=IwAR0ehTFFk8ndEzYIeIJ0RAIuZlQyCuOXwuggTa5JsnCGODa1RNxs2TCpmN4

Các bài viết trên các trang báo khác tại các nước:

Tại Mỹ:

Báo Science Magazine: https://www.sciencemag.org/news/2020/01/electricity-turns-garbage-graphene?fbclid=IwAR0an72q0PKh_FSjLJphg67S9bBLSaFT4IvVHbcXdvA0yC9OdiOwT0GLkD4

Phys.org : https://phys.org/news/2020-01-lab-trash-valuable-graphene.html?fbclid=IwAR1Wx3Mdoy2LILW76EsR4QOD0g6u70YEssn7tB39hCkyJyxHpPLjwWEgEAs

Báo C&EN: https://cen.acs.org/materials/2-d-materials/make-pristine-graphene-trash-flash/98/web/2020/01?utm_source=Materials&utm_medium=Materials&utm_campaign=CENRSS&PageSpeed=noscript&fbclid=IwAR3vtizkKZRBfa6ZDQBt-rUzpzNaXP-H-U-AOgPSP2S8wZkTaOfMM91ZyEc

Báo tại Đại học Rice: https://news.rice.edu/2020/01/27/rice-lab-turns-trash-into-valuable-graphene-in-a-flash-2/?fbclid=IwAR0TqGt5myKlwJwOmIngQahpdmRSYx5MOkb3dfxPooJYM_M8ltef3uNdXGI

Báo tại Trung Quốc:

https://mp.weixin.qq.com/s/qXIjYozoHS3wzDRXqfNEhw?fbclid=IwAR2lyy3a3t_PxU_SUQ3wCiOyMd9EcWU4h4HJoV2atwds3KsxTlGRR4ov3s4

Báo tại Brazil:

https://olhardigital.com.br/ciencia-e-espaco/noticia/cientistas-descobrem-como-transformar-lixo-em-grafeno-em-um-flash/95924?fbclid=IwAR2COISXH9JxQaFooJsYHrsE2DEgWh31xAf98he1jwgdA0NUMoi6NzBcwEc

Báo tại Ý:

http://www.greenreport.it/risorse/un-novo-procedimento-flash-ed-economico-trasforma-la-spazzatura-in-prezioso-grafene-video/?fbclid=IwAR2pvXXgRuWNGrcCPRON_wqNAEwUeIFnblwPScwMW2qUuGcCe0vIAOftxks

Link youtube về quá trình làm graphene trong nghiên cứu mới của tôi: https://www.youtube.com/watch?v=GzDrnoGdLO4&fbclid=IwAR2llgtBf-62VK8Jjle16iguqHfdYwDIxoYspcygM5nxZVUfcH8ZyLyCjWY

Hiện tại, công trình nghiên cứu của tôi đã được mua bản quyền sở hữu trí tuệ bởi công ty start up tên là Universal Matter tại Canada và Mỹ.

Công ty tôi hướng tới sẽ giảm thiểu rác thải và khí nhà kính trên toàn cầu và tạo ra vật liệu xây dựng và nhựa công nghệ cao.

Tôi hy vọng trong tương lai gần nhất, công nghệ này của tôi sẽ được áp dụng tại Việt Nam để có thể giúp ích một phần nào đó cho môi trường chúng ta. Tiếp đến, Việt Nam có thể là nước xuất khẩu graphene chất lượng cao trên toàn châu Á.

Ngoài ra, tôi mong muốn nghiên cứu của mình được đăng trên những trang báo uy tín trong nước, để các trường đại học, chuyên gia và các nhà đầu tư quan tâm có thể cùng công ty chúng tôi hợp tác triển khai để mang ứng dụng này mở rộng tại Việt Nam.