Bộ lọc máy giặt lấy cảm hứng từ cá, có thể loại bỏ 99% vi nhựa

Vi nhựa đang là một vấn đề lớn. Hiện nay, chúng có thể được tìm thấy cả bên trong cơ thể người lẫn một số nơi xa xôi nhất trên Trái đất. Bên cạnh việc mất hàng nghìn năm để phân hủy, hạt vi nhựa ngày càng liên quan nhiều đến vấn đề sức khỏe. Các nhà nghiên cứu vẫn đang cố gắng tìm hiểu sức khỏe con người có thể ảnh hưởng như thế nào khi nuốt phải vi nhựa.

Nói đến vi nhựa, mọi người thường nghĩ đến rác thải nhựa, phân hủy thành các mảnh nhỏ li ti. Tuy nhiên, các sợi tổng hợp từ quần áo, thải ra trong quá trình giặt giũ cũng là nguồn phát thải đáng kể một lượng lớn vi nhựa. Các nhà nghiên cứu ước tính, nước thải từ máy giặt của một gia đình bốn người, thải ra tới 500 gram vi nhựa mỗi năm, chủ yếu do mài mòn vải vóc.

Các hạt vi nhựa bị loại bỏ, sau đó di chuyển cùng nước thải vào hệ thống cống rãnh, trôi ra sông, hồ hoặc đại dương. Vi nhựa cũng xâm nhập trực tiếp vào bùn thải của các nhà máy xử lý nước thải. Vì bùn thải này thường dùng làm phân bón, nên các vi nhựa cuối cùng sẽ trôi ra đồng ruộng. Một phần nước thải cũng sẽ xâm nhập vào nguồn nước ngầm, đất nông nghiệp.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Bonn, Đức muốn làm cho nước thải sạch hơn. Họ phát triển bộ lọc, lấy cảm hứng từ hệ thống cung mang ở cá, để hạn chế vấn đề này. Trong các thử nghiệm ban đầu, bộ lọc cải tiến này có thể loại bỏ hơn 99% vi nhựa khỏi nước thải máy giặt. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí npj Emerging Contaminants.

Nhiều nhà sản xuất đã và đang tìm kiếm các phương pháp loại bỏ vi nhựa khỏi nước giặt để ngăn chúng xâm nhập vào môi trường. Các máy giặt hiện nay có nhiều hệ thống lọc khác nhau nhưng chúng còn nhiều hạn chế, một số hệ thống nhanh chóng bị tắc nghẽn, một số khác lại không lọc hiệu quả, Tiến sĩ Leandra Hamann từ Đại học Bonn cho hay.

Thay vì tìm hiểu các khái niệm kỹ thuật tiên tiến, các nhà khoa học chuyển hướng sang thế giới động vật, đặc biệt tập trung vào loài cá, được coi là bậc thầy của công nghệ lọc, với cơ chế lọc tiến hóa qua hàng triệu năm. Theo nhóm nghiên cứu, việc học hỏi từ hệ thống lọc của loài cá có thể giúp loại bỏ phần lớn hạt vi nhựa khỏi nước thải máy giặt.

Lấy cảm hứng từ hệ thống cấu trúc này, Tiến sĩ Leandra Hamann, Tiến sĩ Alexander Blanke và các đồng nghiệp tại Đại học Bonn sử dụng nó làm mô hình, bắt tay vào việc thiết kế phương pháp lọc thay thế, có thể tích hợp vào máy giặt, giúp giảm đáng kể lượng vi nhựa độc hại khổng lồ trong quá trình giặt giũ.

Một số loài cá như cá thu, cá mòi, cá cơm, chúng kiếm ăn bằng cách bơi với miệng mở ra, để nước chảy qua hệ thống cung mang hình phễu. Hệ thống cung mang hoạt động vừa như bộ lọc, vừa là phương tiện để cá bắt thức ăn. Mỗi cung mang giống như lược này, lại bao phủ bởi những chiếc răng nhỏ, cho phép nước đi qua nhưng không cho sinh vật phù du thoát ra ngoài.

Trong quá trình ăn, nước chảy thấm qua thành phễu, được lọc, nước không có hạt sau đó thải trở lại môi trường qua mang. Đối với sinh vật phù du quá lớn, bị giữ lại bởi sàng lọc tự nhiên. Sinh vật phù du không chỉ mắc kẹt vào răng mà còn bị dòng nước chảy vào, cuốn trôi về phía sau phễu, nơi chúng tập trung trong thực quản của cá cho đến khi bị nuốt chửng.

Trong quá trình tiến hóa, các loài cá này phát triển kỹ thuật tương tự như hệ thống lọc dòng chảy chéo. Hệ thống cung mang của cá có hình dạng phễu, rộng nhất ở miệng cá và thuôn dần về phía thực quản. Thành phễu tạo hình bởi các cung mang, có cấu trúc giống như lược, được bao phủ bởi các răng nhỏ. Điều này tạo ra loại lưới co giãn, được kéo căng bởi các cung mang.

Nguyên lý này giúp ngăn bộ lọc bị tắc nghẽn. Quá trình này rất hiệu quả, vì nó lọc gần như toàn bộ sinh vật phù du khỏi nước. Cả hai yếu tố này đều là những đặc điểm mà bộ lọc vi nhựa phải có khả năng đáp ứng. Từ đó, các nhà nghiên cứu sáng chế bộc lọc mô phỏng hệ thống cung mang. Họ thử nghiệm với nhiều kích thước mắt lưới của cấu trúc sàng lọc và góc mở của phễu.

Nhóm nghiên cứu tìm ra sự kết hợp các thông số, cho phép bộ lọc tách hơn 99% vi nhựa ra khỏi nước mà không bị tắc nghẽn. Để đạt được điều này, nhóm nghiên cứu không chỉ sử dụng các thí nghiệm mà còn cả mô phỏng máy tính. Bộ lọc mô phỏng theo tự nhiên này không chứa bất kỳ cơ chế phức tạp nào, do đó rất tiết kiệm chi phí sản xuất.

Các hạt vi nhựa lọc ra khỏi nước giặt sẽ tích tụ ở đầu ra của bộ lọc, sau đó được hút ra vài lần mỗi phút. Theo nhóm nghiên cứu, chỉ cần một vài thay đổi nhỏ ở máy giặt, thiết bị này sau đó có thể ép vi nhựa để loại bỏ nước thừa, trước khi đúc thành dạng viên. Các hạt nhựa tạo ra theo cách này, có thể loại bỏ sau vài chục lần giặt, vứt bỏ đúng cách cùng với rác sinh hoạt thông thường.

Nhóm nghiên cứu từ Đại học Bonn và Viện công nghệ môi trường, an toàn và năng lượng Fraunhofer (UMSICHT) đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho phát minh này tại Đức. Nhóm nghiên cứu hy vọng, các nhà sản xuất máy giặt sẽ tiếp tục phát triển bộ lọc cải tiến này, tích hợp vào các thế hệ máy giặt trong tương lai. Điều này sẽ ngăn chặn sự phát tán của vi nhựa từ hàng dệt may, ít nhất ở mức độ nào đó.