Hiệu quả kinh tế của việc tái chế chất thải nhựa làm dải phân cách di động trong giao thông đường bộ

Theo dõi KTMT trên

Tóm tắt: Rác thải nhựa là một trong những hiểm họa môi trường lớn mà thế giới đang phải đối mặt. Cùng với các quốc gia trên thế giới, Việt Nam đang nỗ lực để giảm thiểu các tác động của chất thải nhựa bằng các hoạt động giảm thiểu, tái sử dụng và tái chế. Việc tận dụng chất thải nhựa để ứng dụng trong làm dải phân cách đường bộ ở Việt Nam sẽ mang lại hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường đồng thời là một công cụ cần thiết cho quá trình chuyển đổi sang một nền kinh tế tuần hoàn. Bài báo đề cập tới khả năng thu gom, phân loại vật liệu tái chế, xây dựng được Quy trình sản xuất dải phân cách có sử dụng nhựa tái chế đơn giản mà không cần có sự thay đổi về công nghệ hiện hành và đây là một trong những giải pháp sử dụng hợp lý chất thải nhựa góp phần giảm thiểu tác động tới môi trường.

Mở đầu

Nhựa được sử dụng ngày càng nhiều trong đời sống kinh tế, xã hội và môi trường do giá rẻ và tiện ích cao nên loại vật liệu này được sản xuất với khối lượng rất lớn. Do đó, rác thải nhựa đã và đang gây ra nhiều ảnh hưởng đến toàn bộ sự sống trên hành tinh, đặc biệt là ở đại dương bởi tính chất khó phân hủy của chúng. Rác thải nhựa đang là vấn đề mang tính thời sự, đòi hỏi các cơ quan chức năng có thẩm quyền phải đưa ra những quyết định thay đổi một cách có hệ thống bằng việc xây dựng chính sách phù hợp; đầu tư vào nghiên cứu khoa học trong việc xử lý loại rác thải này; và khuyến cáo người dân sử dụng các loại vật liệu thay thế có khả năng phân hủy sinh học.

Theo báo cáo của Liên hợp quốc, hàng năm có khoảng 13 triệu tấn rác nhựa thải ra đại dương và hiện có khoảng 9,1 tỷ tấn rác thải nhựa tích tụ trên toàn thế giới. Tại Việt Nam, tổng lượng nhựa PE hạt và PE tái chế đã tạo ra lượng sản phẩm nhựa đạt 1,8 triệu tấn/năm và cung cấp ra thị trường trong và ngoài nước; trung bình mỗi gia đình sử dụng khoảng 1kg túi nilon/tháng, tổng cộng mỗi ngày hai Thành phố Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh thải ra môi trường khoảng 80 tấn nhựa và nilon. Để phân hủy hoàn toàn các sản phẩm nhựa, túi ni lông cần thời gian hàng trăm năm, đặc biệt là các sản phẩm nhựa thải ra đại dương có thể kéo dài hơn. Việc lạm dụng sử dụng túi ni lông khó phân hủy, các sản phẩm nhựa nhất là đồ dùng nhựa dùng một lần đã và đang để lại những hậu quả khôn lường với môi trường. Song song với vấn đề phân loại rác thải nhựa, xử lý các sản phẩm nhựa tổng hợp đang hiện hữu, con người cần hướng tới các giải pháp xử lý từ nguồn, sử dụng các sản phẩm nhựa có thể phân hủy sinh học,…[6].

Rác thải nhựa là một trong những hiểm họa môi trường lớn mà thế giới đang phải đối mặt. Cùng với các quốc gia trên thế giới, Việt Nam đang nỗ lực để giảm thiểu các tác động của chất thải nhựa bằng các hoạt động giảm thiểu, tái sử dụng và tái chế. Trong lĩnh vực giao thông đường bộ, dải phân cách được xem là một trong những cấu trúc chính, được chế tạo từ nhiều loại vật liệu, nhưng chất liệu nhựa chiếm tỷ lệ lớn.  Ngày nay, dải phân cách nhựa đang được sử dụng rộng rãi trong đường đô thị, nông thôn trên thế giới và ở Việt Nam. Việc tận dụng chất thải nhựa để ứng dụng trong làm dải phân cách đường bộ ở sẽ mang lại hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, cần đánh giá hiệu quả về mặt kỹ thuật để đáp ứng được một số yêu cầu kỹ thuật về dải phân cách nhựa trong giao thông đường bộ. Do đó, nghiên cứu này đánh giá hiệu quả kinh tế của quy trình tái chế nhựa sử dụng để sản xuất dải phân cách nhựa trong giao thông đường bộ.

1. Khái niệm về giảm thiếu chất thải và vấn đề kinh tế trong giảm thiểu chất thải nhựa

1.1. Khái niệm về giảm thiểu chất thải

Giảm thiểu chất thải bao gồm việc giảm số lượng và tác hại của chất thải được tạo ra bằng cách can thiệp vào cả các phương thức sản xuất và tiêu dùng. 

Như vậy, việc ngăn ngừa cần thực hiện trên cả phương diện định lượng nhằm giảm số lượng chất thải được tạo ra và cả phương diện định tính nhằm giảm tác hại của chất thải [5].

Việc giảm bớt chất thải được thực hiện trước khi một đồ vật trờ thành phế thải, tức là trước khi đồ vật đó bi vứt bỏ. Hành động này có thể được áp dụng qua các biện pháp như sau:

- Trong quá trình sản xuất: thiết kế sinh thái (giảm bớt bao bì, quy trình sản xuất ít gây ô nhiễm hơn, kéo dài thời gian sử dụng, v.v...) giúp ngăn ngừa việc tạo ra chất thải ngay từ các công đoạn thiết kế và sản xuất một đồ vật.

- Trong quá trình tiêu dùng: Tái sử dụng hoặc sửa chữa một sản phẩm nhằm kéo dài thời gian sử dụng và giảm khối lượng chất thải tạo ra.

Giảm thiểu chất thải là một công cụ cần thiết cho quá trình chuyển đổi sang một nền kinh tế tuần hoàn, tức là một hệ thống kinh tế nhằm tăng hiệu quả sử dụng các nguồn tài nguyên và giảm tác động đến môi trường ở mọi giai đoạn trong vòng đời của các sản phẩm. Trong một nền kinh tế tuần hoàn, tài nguyên không bị lãng phí bằng cách ngăn ngừa phát sinh chất thải, áp dụng mô hình cung ứng bền vững khi sản xuất hàng hóa, kéo dài tuổi thọ của sản phẩm và sau đó mới đến tái chế.

Nếu chỉ quan tâm đến tái chế mà không cố gắng ngăn ngừa phát sinh chất thải thì những nỗ lực đó sẽ không đủ đề đối mặt với lượng chất thải ngày càng gia tăng. Điều này được giải thích bởi xu hướng gia tăng chất thải diễn ra nhanh hơn nhiều so với việc mở rộng tái chế. Một số chất thải không thề tái chế. Đối với những thành phần có thề tái chế, nhiều sản phẩm không thề tái chế nhiều lần vì chúng không còn giữ được chất lượng như cũ.

1.2. Các khía cạnh kinh tế trong trong hoạt động tái chế chất thải nhựa

- Nền kinh tế tuần hoàn: Đây là khải niệm khá mới mẻ tại Việt Nam, và đã đưa vào một trong những chiến lược quản lý môi trường của Việt Nam trong Văn kiện đại hội Đảng XIII năm 2020. Nền kinh tế tuần hoàn thể hiện sự ưu việt trong giảm thiểu tác động đến môi trường thông qua quy trình sản xuất bền vững, tái sử dụng, thu hồi năng lượng và các hoạt động liên quan đến ý thức của con người.

Ngược lại, nền kinh tế tuyến tính truyền thống trong đó ngay sau công đoạn khai thác là khâu sản xuất và tiêu dùng mà không cố gắng tận dụng hoặc thu hồi. 

Chính nền kinh tế tuyến tính hiện đang chi phối các mô hình sản xuất và tiêu dùng của chúng ta, nhưng đó là mô hình không bền vững: nếu việc sử dụng tài nguyên tiếp tục với tốc độ hiện tại cho đền năm 2050, theo ước tính sẽ cần tới ba hành tinh như Trái đất đề đáp ứng nhu cầu của xã hội loài người [5].

Việc chuyển đổi sang nền kinh tế tuần hoàn không phải là vấn đề hy sinh nền kinh tế vì môi trường: trái lại, Liên minh châu Âu ước tính việc chuyển đổi sang nền kinh tế tuần hoàn sẽ tăng thêm 0,5% GDP vào năm 2030 và cho phép tạo ra 700.000 việc làm [5].

1. Một số vấn đề kỹ thuật trong tái chế chất thải nhựa làm dải phân cách di động sử dụng trong giao thông đường bộ 

2.1. Vật liệu nhựa tái chế

2.1.1. Một số vấn đề liên quan đến hiệu quả kinh tế của việc sử dụng vật liệu nhựa tái chế

Tái chế là một giải pháp đáng quan tâm, đặc biệt là trong bối cảnh rút ngắn cự ly sản xuất - tiêu dùng hoặc phế thải công nghiệp được tái chế cho các lĩnh vực khác. Tuy nhiên, giải pháp này vẫn chưa đủ. Tái chế tồn tại nhiều hạn chế mà hiếm khi được đề cập, hoặc thậm chí bị lờ đi.

- Những thách thức về logistic và kinh tế: đối với nhiều loại vật liệu, quá trình tái chế đòi hỏi một mạng lưới thu gom hiệu quả và thu gom có phân loại. Do đó, đối với những vật liệu này, việc tái chế hiệu quả kèm theo điều kiện người dân phải được truyền thông đề có thề biết phân loại hoặc các nhà máy và công nghệ có thề đảm bảo phân loại tự động. Điều này chưa thề áp dụng với nhiều loại chất thải được gọi là "có thể tái chế". Ngoài ra, cơ sở hạ tầng tái chế phải tồn tại với quy mô đủ lớn.

- Vật liệu tái chế phải có khả năng đáp ứng nhu cầu thị trường: Cơ sở hạ tầng tái chế có hiệu quả kinh tế khi có thị trường mua lại các sản phẩm tái chế và sử dụng chúng trong sản xuất hàng hóa mới. Thị trường tái chế hiện nay ở Việt Nam cho phép phân loại rõ những loại phế thải nào được tìm kiếm và những loại nào không được quan tâm.

Đối với nhiều vật liệu, các đặc tính vật lý của chúng sẽ giảm dần sau mỗi lần tái chế. Đối với nhựa, việc sử dụng phụ gia làm giảm chất lượng của hạt tái sinh so với hạt nhựa nguyên sinh. Các tạp chất có thể khó loại bỏ trong quá trình tái chế. Đề hạn chế sự suy giảm các tính chất cơ học trong quá trình tái chế, các chất phụ gia và chất tạo màu phải được thêm vào. Trong đại đa số các trường hợp, các loại chai nhựa khi tái chế sẽ không thể tạo thành chai đựng cùng sản phẩm như lúc đầu. Chúng sẽ được chế tạo thành những đồ vật có chất lượng và giá trị thấp hơn, đặc biệt là trong lĩnh vực nội thất, dệt may hoặc xây dựng [5].

2.1.2. Việt liệu nhựa sử dụng để sản xuất dải phân cách cho hoạt động giao thông đường bộ

Trên thị trường hiện nay, các sản phẩm dải phân cách mềm từ nhựa nhiệt dẻo đã được sản xuất chủ yếu từ nhựa HDPE nguyên sinh. Việc sản xuất các sản phẩm này đã được các nhà máy thực hiện trên dây chuyền công nghiệp với các thông số kỹ thuật ổn định. Vì vậy, để có thể tận dụng dây chuyền sản xuất hiện có, nhóm đề tài đã lựa chọn nghiên cứu nhựa HDPE tái chế để làm vật liệu.

Do nhựa HDPE tái chế có tính chất không ổn định, vì vậy không thể sử dụng hoàn toàn nhựa tái chế, mà cần phải kết hợp với nhựa nguyên sinh để ổn định tính chất và nâng cao chất lượng của sản phẩm.

Từ kết quả phân tích các chỉ tiêu và công thức phối trộn nhựa thải trong phòng thí nghiệm, nhóm thực hiện nhiệm vụ đã lựa chọn công thức nhựa HDPE / bột đá là 90/10, trong đó hàm lượng nhựa nguyên sinh và tái chế trong 90% là: 70/30. Hay công thức (%) được xác định để chế tạo dải phân cách là: 63 : 27 : 10 (nhựa nguyên sinh : nhựa tái chế : bột đá). 

Bột đá có thành phần gồm CaCO3 (tỉ trọng là 2,3 g/cm3) và TiO2 (tỉ trọng là 4,252 g/cm3). Trộn thêm bột đá giúp tăng độ cứng và tăng khối lượng cho sản phẩm.

2.2. Quy trình công nghệ sử dụng nhựa tái chế trong 

Để đảm bảo hiệu quả giá thành, mức độ phức tạp của sản phẩm và yêu cầu chất lượng của sản phẩm sẽ sử dụng công nghệ sản xuất khác nhau. Các sản có các chi tiết khá phức tạp hơn như các dải phân cách ghép, kèm theo nhiều chức năng sẽ sử dụng công nghệ ép phun để sản xuất.

2.2.1. Một số công đoạn chính trong quy trình công nghệ

Quy trình công nghệ quá trình đúc sản phẩm bao gồm các giai đoạn sau:

a. Giai đoạn làm đầy: Gồm 2 giai đoạn điền đây và giải nén.

- Giai đoạn điền đây: ở giai đoạn này áp suất nhựa trong khuôn thấp nên nhựa chảy tự do, vì vậy không ảnh hưởng đến quá trình nhựa chảy vào khuôn. Do đó ảnh hưởng đến tính chất bề mặt của sản phẩm. chẳng hạn nếu bơm quá nhanh thì nhiệt nội sinh ra tăng gây cháy vật liệu, còn bơm chậm quá thì nhựa không lấp đầy khuôn.

- Giai đoạn nén: giai đoạn này áp suất cao và nhựa bị nén chặt nên ảnh hưởng rất nhiều đến khối lượng riêng và một số khuyết tật của sản phẩm như co rút, cong,…

b. Giai đoạn duy trì áp:

Giai đoạn này nhằm để sản phẩm trong khuôn định hình, nhựa trong rãnh và cửa khuôn nguội. Nếu không thì nhựa lỏng sẽ chảy ngược ra khỏi khuôn do chênh áp và định hướng theo nhiều hướng gây ra co rút không đều làm cong vênh sản phẩm.

c. Giai đoạn lấy nhựa: gồm 2 giai đoạn.

- Nhựa hóa 2 vùng nguyên liệu.

- Nhựa hóa 1 vùng nguyên liệu.

- Khi vít lùi chậm lại thì 2 vùng nguyên liệu sẽ nhập lại làm 1 vùng nguyên liệu, với mục đích không tạo bọt cho sản phẩm. Nếu không nhập lại thì tồn tại 2 

- Tốc độ quá chậm thì thời gian lưu trú của nhựa trong xy lanh dài sẽ bị giảm cấp. Tốc độ nhanh thì nhựa hóa không đồng đều (do nhiệt độ làm nguội nhựa và nhựa nóng trong xy lanh chênh lệch nhau nhiều làm cho nhiệt độ hỗn hợp không đồng đều).

d. Giai đoạn làm nguội:

- Giai đoạn này xảy ra khi vật liệu chảy vào khuôn đến khi mở khuôn lấy sản phẩm. 

- Giai đoạn làm nguội khuôn có thể xem là quá trình đẳng tích – khối lượng riêng của vật liệu không đổi. Khi nhiệt độ giảm tương ứng với áp suất giảm. Do đó, nếu không đủ áp suất sẽ gây vết lõm trên bề mặt.

- Tốc độ làm nguội tăng thì làm cho kích thước hạt giảm. Làm nguội nhanh thì khí không thoát ra được làm cho nén khí, bên cạnh đó làm cho bề mặt nguội nhanh nhưng bên trong nguội chậm gây co rút không đều làm cong vênh sản phẩm.

Quá trình làm nguội được tiến hành song song trong quá trình định hình sản phẩm. Khi thời gian làm nguội đã đủ, khuôn mở, lấy sản phẩm ra ngoài. Khuôn đóng lại để tiếp tục cho chu kỳ tiếp theo

Thời gian của 1 chu kỳ lấy sản phẩm theo kết quả theo dõi là khoảng 213 giây. Năng suất trung bình khoảng 405 sản phẩm/ngày.

e. Quá trình hoàn tất sản phẩm:

Sản phẩm sau khi ép được công nhân cắt bỏ bavia và đuôi keo đồng thời kiểm tra sơ bộ chất lượng sản phẩm như: hình dáng, trọng lượng, màu sắc, khuyết tật,…

- Sản phẩm nếu không được yêu cầu sẽ được cưa, băm nhỏ. Sau khi băm phế liệu sẽ được sàn lọc qua lưới (dưới 10 li) rồi đem phối trộn với nguyên liệu nhựa cùng phụ gia ở công đoạn trộn phối liệu.

- Xử lí bề mặt – phun sơn phản quang: Sau khi hoàn thành các công đoạn trên dải phân cách sẽ được xử lý bề mặt để đảm bảo cho sơn phản quang bám chắc. Tiếp đến dải phân cách sẽ được đem đi sơn đúng theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia Việt Nam QCVN 41:2019/BGTVT Báo hiệu đường bộ.

- Quy trình kiểm tra chất lượng sản phẩm:

+ Ngoại quan: Màu sắc sản phẩm phải đạt so với mẫu chuẩn đã được phê duyệt  trước khi sản xuất hàng loạt.

Trọng lượng sản phẩm phải đạt trong dung sai cho phép. (Đối chiếu với bảng Qui định trọng lượng)

Kiểm tra Bavia trên sản phẩm: phải sạch Bavia, độ sắc cạnh.

Kiểm tra các khuyết tật bề mặt của sản phẩm.

Kiểm tra LOGO

Kiểm tra độ đặc khít sản phẩm lắp ráp hoàn chỉnh.

+ Tiêu chuẩn kỹ thuật:

Thử độ bền va đập: Sau khi thử bằng cách thả dải phân cách từ độ cao 2m, sau 3 lần thả mà sản phẩm không xuất hiện vết rạn, không bị biến dạng thì đạt yêu cầu.

Thử độ phù sản phẩm: Đổ đầy nước vào thùng và để trong khoảng thời gian 10 ngày, nếu sản phẩm không bị phù hai bên hông và đáy thùng không bị thủng là đạt yêu cầu.

- Lỗi sản phẩm và phương pháp khắc phục:

2.2.2. Các thiết bị kỹ thuật chính

Các thiết bị kỹ thuật chính sử dụng để sản xuất bao gồm: Máy ép phun nhựa và thiết bị phụ trợ là hệ thống tháp giải nhiệt cho khuôn và máy; Máy nghiền (băm phế phẩm); Máy trộn.

Đánh giá chung: Quy trình sản xuất dải phân cách có sử dụng nhựa tái chế đơn giản mà không cần có sự thay đổi về công nghệ hiện hành do đó đảm bảo tính khả thi về mặt kỹ thuật.

III. Đánh giá hiệu quả kinh tế 

Do quy trình sản xuất dải phân cách có sử dụng nhựa tái chế đơn giản mà không cần có sự thay đổi về công nghệ hiện hành. Nên để so sánh đánh giá hiệu quả kinh tế của việc sử dụng nhựa tái sinh và không sử dụng nhựa tái sinh ở đây sẽ đánh giá thông qua hai tiêu chí chính là giá nguyên vật liệu để tạo ra sản phẩm. Ngoài ra, sẽ đánh giá thêm các chỉ tiêu khác về việc làm và bảo vệ môi trường.

Căn cứ vào tỷ lệ nguồn nguyên liệu tái chế, nguyên sinh và phụ gia đã lựa chọn để chế tạo dải phân cách là: 63 : 27 : 10 (nhựa nguyên sinh : nhựa tái chế : bột đá) và kết quả khảo sát về giá nhựa để tính toán hiệu quả về mặt kinh tế của hoạt động tái chế nhựa sử dụng để sản xuất dải phân cách.

Thời điểm tháng 4-5/2021 giá nhựa HDPE nguyên sinh và tái sinh tương ứng dao động trong khoảng 30.300-31.000 đ/kg [2] và 23.200-27.300 đ/kg [3]. Như vậy, với việc giống nhau quy trình công nghệ, sự chênh lệch về giá nguyên liệu để sản xuất sản phẩm được tổng hợp ở bảng 1.

Bảng 1: So sánh hiệu quả kinh tế của sản phẩm sử dụng nhựa tái chế và nguyên sinh thông qua giá nhiên liệu đầu vào

Kết quả ở bảng 2 cho thấy, bên cạnh hiệu quả trong việc tái chế nhựa làm giảm lượng rác thải nhựa, tạo việc làm cho các hộ tái chế nhựa việc tái chế nhựa để sản xuất dải phân cách giao thông sẽ giảm giá thành nguyên liệu đầu vào hơn 5% so với sử dụng nguyên liệu nhựa nguyên sinh thông thường.

Ngoài ra, quy trình này công nghệ trên, sản phẩm dải phân cách được chế tạo ra sản phẩm đạt được yêu cầu về thiết kế, kích thước, khối lượng theo TCVN 12681:2019 Trang thiết bị an toàn giao thông đường bộ - Dải phân cách và lan can phòng hộ - kích thước và hình dạng.

Kết luận

1. Bài báo đã giới thiệu được Quy trình sản xuất dải phân cách có sử dụng nhựa tái chế đơn giản mà không cần có sự thay đổi về công nghệ hiện hành. Với việc sử dụng nguyên liệu tái chế nhựa HDPE / bột đá là 90/10, trong đó hàm lượng nhựa nguyên sinh và tái chế trong 90% là: 70/30. Hay công thức (%) được xác định để chế tạo dải phân cách là: 63 : 27 : 10 (nhựa nguyên sinh: nhựa tái chế : bột đá) có thể sản xuất được các sản phẩm để làm dải phân cách giao thông đường bộ.

2. Các mẫu sử dụng nhựa tái chế không những có ý nghĩa trong công tác giảm thiểu, tái chế chất thải nhựa, tạo việc làm cho các cá nhân, cơ sở tái chế nhựa mà còn làm giảm giá thành nhiên liệu đầu vào hơn 5% so với không sử dụng nhựa tái chế trong sản xuất các dải phân cách bằng nhựa trong hoạt động GTVT đường bộ.

Tài liệu tham khảo

1. Công ty Cổ phần Nhựa Sài Gòn (2021), Sản phẩm giao thông, truy cập ngày 25/3-2021, tại trang web http://www.saigonplastic.com.vn/san-pham-giao-thong/.

2. Công ty TNHH Hãng tin công nghiệp (2021), Giá nhựa PE nguyên sinh ngày 04/05/2021, truy cập ngày 04/05-2021, tại trang web http://www.giahatnhua.com/tin/8953/gia-hat-nhua-pe-nguyen-sinh-ngay-4-5-2021-mat-bang-gia-ldpe-o-phia-nam-giam-sau-lldpe-va-hdpe-o-phia-bac-dung-im-hoac-giam-nhe.

3. Công ty TNHH Hãng tin công nghiệp (2021), Giá nhựa phế liệu và hạt PE tái sinh ngày 04/05/2021, truy cập ngày 04/05-2021, tại trang web http://www.giahatnhua.com/tin/8993/gia-nhua-phe-lieu-va-hat-nhua-pe-tai-sinh-ngay-4-5-2021-lo-ngai-e-am-hon-do-chiu-anh-huong-dich-covid.

4. Công ty TNHH Sản xuất xây dựng thương mại dịch vụ Hòa Lạc (2021), Sản phẩm cọc giao thông, truy cập ngày 26/3-2021, tại trang web https://www.hoalac.com.vn/.

5. Emmanuel Cerise, Marie Lan Nguyễn và Leroy Vũ Yên Ba (2021), Giải pháp nào để giảm thải chất thải ở Việt Nam, Dự án COMPOSE, Hà Nội.

6. Công ty Cổ phần BLUSAIGON (2023 ), Rác thải nhựa, truy cập ngày 2/3/2023, tại trang web https://www.blusaigon.vn/pages/rac-thai-nhua

Lê Xuân Thái [1], Trần Văn Thụy [2]

[1]Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải, Triều Khúc, Thanh Xuân, Hà Nội

[2]Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội