Những điều kì diệu ít người biết về cái lon

Trong số 500 tỉ lon được sử dụng mỗi năm trên toàn cầu, ngành công nghiệp đồ uống sử dụng khoảng 200 tỉ lon để đựng bia, nước uống có ga như Coca – Cola, Pepsi, …

Lon nước ngọt Coca-Cola. Ảnh minh họa: TL/Thanh Niên.

Tại sao lon có hình trụ tròn?

Câu hỏi đầu tiên mà nhiều người đặt ra là tại sao cái lon lại có hình trụ tròn như hình trên?

Ban đầu một người kĩ sư có thể nghĩ tới việc làm cái lon hình cầu vì, theo Giáo sư Bill Hammack của Đại học Illinois (The Engineer Guy), để chứa cùng một đơn vị thể tích, hình cầu có diện tích bề mặt nhỏ nhất và do vậy tiết kiệm nguyên vật liệu nhất. Bề mặt cong đều của hình cầu cũng đảm bảo áp suất trong lon được dàn đều ra mọi điểm, lon hình cầu không có các góc/cạnh và do vậy không có điểm yếu về áp suất.

Khi xếp cạnh nhau, giữa các khối cầu luôn có khoảng trống. Ảnh minh họa: Greg G L.

Tuy nhiên sản xuất một hình cầu khó hơn so với các hình khác. Ngoài ra, hình cầu lăn khi để trên mặt bàn, bất tiện trong sử dụng. 

Khi xếp chồng lên nhau, các khối cầu chỉ chiếm 74% không gian, số 26% không gian còn lại là khoảng trống giữa các khối cầu, gây lãng phí khi lưu kho, vận chuyển hoặc xếp lên kệ. (Chưa kể, một cái lon hình cầu với nắp giật trông rất giống một quả lựu đạn!)

Nhà thiết kế lúc này có thể nghĩ đến việc làm lon hình hộp chữ nhật đứng. Loại lon này rất dễ sản xuất, đứng được trên bàn, chiếm 100% không gian khi xếp cạnh nhau nên không có khoảng không gian nào bị lãng phí.

Tuy nhiên loại lon này hơi khó cầm và uống; diện tích bề mặt lớn hơn khối cầu và do vậy tốn nhiều vật liệu hơn. Chưa kể các cạnh của lon hình hộp chữ nhật là các điểm yếu, và để chống chịu được áp suất từ trong lon, phần cạnh này cần được làm dày hơn bình thường – càng làm tiêu tốn vật liệu.

Để có được chiếc lon ưng ý, các nhà thiết kế đã lựa chọn hình trụ tròn với các ưu điểm của cả hai loại hình khối trên. Nhìn từ trên xuống, hình trụ tròn cũng giống như hình cầu. Nhìn từ trước mặt, hình trụ tròn cũng giống như hình hộp chữ nhật đứng.

Các phương án hình dạng lon có thể xem xét: Hình cầu, hình trụ, hình hộp chữ nhật đứng. Ảnh chụp màn hình: The Engineer Guy.

Khi xếp cạnh nhau, lon hình trụ chiếm khoảng 91% không gian, không tuyệt đối như hình hộp chữ nhật nhưng tốt hơn khối cầu. Lượng vật liệu mà lon hình trụ cần lớn hơn so với hình cầu, nhưng lại nhỏ hơn hình hộp chữ nhật.

Và nhân tố quan trọng quyết định là lon hình trụ có thể được sản xuất hết sức dễ dàng và nhanh chóng.

Từ tấm nhôm 0,3 mm đến cái lon 0,075 mm

Giáo sư Bill Hammack cho biết quá trình sản xuất lon bắt đầu từ một tấm nhôm hình tròn như cái đĩa dày 0,3 mm. Tấm nhôm này sau đó được đưa vào các máy dập công nghiệp với vận tốc dập tối đa 11 mét/giây và gia tốc tối đa lên đến 45G (45 lần gia tốc trọng trường của Trái Đất).

Đáy của lon có hình vòm cong lên phía trên. Ảnh minh họa: pridecan.com

Quá trình dập này đồng thời cán mỏng tấm nhôm 0,3 mm ban đầu để tạo thành chiếc lon với độ dày chỉ 0,075 mm (hay 75 micromet). 

Phần đáy lon được cố ý làm thành hình vòm cong lên trên để chuyển một phần lực thẳng đứng thành lực ngang, giúp đáy vòm chịu được áp suất lớn hơn đáy phẳng.

Một dây chuyền sản xuất lon có thể hoạt động liên tục trong 6 tháng, cho ra 100 triệu lon trước khi cần bảo dưỡng.

Sau khi xong phần thân và đáy, chiếc lon được sơn logo, thương hiệu và các họa tiết trang trí ở bên ngoài và phun một lớp nhựa (plastic) mỏng ở bên trong để ngăn thức uống tiếp xúc trực tiếp với lon.

Chính lớp nhựa này giúp cho đồ uống không bị lẫn vị kim loại và không cho a-xít có trong đồ uống hòa tan vỏ lon bằng nhôm.

Lát cắt mối nối kép giữa thân lon (màu đỏ) và nắp trên của lon (màu vàng), keo được đưa vào giữa để ngăn khí thoát ra ngoài. Ảnh chụp màn hình: The Engineer Guy.

Công đoạn tiếp theo là gắn phần trên của lon. Trước đây, các nhà sản xuất chỉ đơn giản là hàn một tấm nhôm hình tròn lên trên thân lon, cách làm này thường khiến cho thức uống lẫn tạp chất, mùi vị bị thay đổi.

Ngày nay, phần trên của lon được gắn vào thân lon thông qua một thiết kế cực kì thông minh có tên gọi mối nối kép (double seam). 

Cụ thể, thân lon và phần trên của lon được cuộn vào nhau rồi ép chặt lại, một loại keo được đưa vào mối nối này để đảm bảo rằng khí ga trong lon không thoát được ra ngoài.

Tại sao lon được nén áp suất cao?

Các lon nước đều có khí ga, tạo ra áp suất 2 atmosphe (gấp đôi áp suất khí quyển thông thường - ATM). Đối với các loại nước như Coca-Cola hay Pepsi, khí được đưa vào lon là CO2 (carbon dioxit). Đối với các loại nước khác như nước ép hoa quả, khí trong lon là Nitơ – một loại khí trơ, không màu, không mùi, không phản ứng hóa học với nước uống hay lon.

Nhưng tại sao lon lại được nén khí, tạo áp suất lớn? Vì áp suất giúp cho cái lon khỏe hơn.

Vỏ lon chỉ dày 0,075 mm – tương đương một sợi tóc của con người, rất dễ móp méo khi bị bóp hay va đập. Khi trong lon có áp suất, lực đẩy dàn đều ra thành lon khiến chiếc lon trở nên cứng, khó biến dạng. Các bạn có thể thử bóp một chiếc lon đã mở và một chiếc lon còn nguyên tem sẽ thấy chiếc lon còn nguyên cứng hơn rất nhiều.

Nhờ vậy, lon nước có thể được xếp chồng lên nhau khi lưu kho hay vận chuyển, thậm chí một người trưởng thành có thể đứng lên mà không làm bẹp lon nước (còn mới, chưa mở nắp).

Áp suất ban đầu trong lon là 2 atmosphere nhưng có thể tăng lên tới 4 atmosphere do những va đập hay thay đổi nhiệt độ môi trường. Vì vậy, cái lon được thiết kế để chịu được áp suất tới 6 atmosphere.

Thiết kế thông minh trên chiếc nắp giật

Một bộ phận không thể thiếu trong cái lon ngày nay là chiếc nắp giật. Đây cũng lại là một thành quả của quá trình sáng tạo không ngừng của con người.

Những cái lon đầu tiên không hề có nắp giật này, phần trên của lon hoàn toàn bằng phẳng. Để uống nước từ lon, người ta phải dùng một dụng cụ đặc biệt để mở hai lỗ, một lỗ để ghé miệng vào uống và một lỗ để thông khí.

Những vỏ lon trước đây cần được mở bằng một loại dụng cụ riêng. Ảnh chụp màn hình: The Engineer Guy.

Nắp gắn liền trên lon có thể được dùng để giữ ống hút. Ảnh minh họa: Getty Image

Đến thập niên 1960, nắp giật được phát minh và gắn vào lon. Tuy nhiên sau khi mở, chiếc nắp này thường bị vất vương vãi khắp nơi, làm bẩn môi trường sống cũng như cắt vào chân du khách trên bãi biển … Thế là chiếc nắp giật gắn liền vào lon ra đời. Sau khi mở, chiếc nắp này vẫn dính trên lon. Cái lỗ trên chiếc nắp này còn có thể được dùng để giữ ống hút.

Lon nhôm có khả năng tái chế vô tận

Việc chiếc nắp giật được gắn liền càng làm tăng khả năng tái chế lon nhôm, thêm một mẩu nhôm kim loại không bị lãng phí.

Các vỏ chai, lọ bằng nhựa chỉ có thể được tái chế một số lần nhất định. Sau đó cấu trúc phân tử nhựa thay đổi và không thể tiếp tục tái chế nữa.

Tuy nhiên nhôm kim loại có thể được tái chế liên tục hết lần này qua lần khác, không có giới hạn.

Việc sản xuất nhôm từ quặng bô-xit gây nguy hại lớn tới môi trường cũng như tiêu tốn một lượng lớn điện năng. Theo tính toán của tờ The Economist, nếu sản xuất nhôm từ các vật liệu tái chế, lượng điện năng cần chỉ bằng 5% so với sản xuất nhôm từ quặng.

Theo thống kê của Hiệp hội Nhôm (Aluminum.org), khoảng 75% lượng nhôm từng được sản xuất trên thế giới hiện nay vẫn đang được sử dụng.

Nếu con người tái chế được 100% lượng nhôm đang sử dụng thì nhôm có thể đi vào một chu trình khép kín, gần như không cần khai thác thêm quặng để sản xuất nhôm mới, đồng thời tiết kiệm được một lượng khổng lồ điện năng cho các mục đích khác.