Mục tiêu của nghiên cứu nhằm tạo ra nhựa sinh học có khả năng phân hủy trong 30 ngày; đồng thời nâng cao khả năng tái chế chất thải thành nguồn nguyên liệu hữu ích theo mô hình nền kinh tế tuần hoàn.
Theo TS Hồ Kỳ Quang Minh - chủ nhiệm đề tài, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu tạo ra loại nhựa sinh học có khả năng phân hủy trong thời gian ngắn (30 ngày) như PHA (polyhydroxyalkanoate) và PHB (polyhydroxybutyrate).
Các loại nhựa này có đặc điểm tương đương với nhựa thông thường, nhưng thân thiện với môi trường hơn do có khả năng tự phân hủy nhờ các vi sinh vật trong môi trường tự nhiên. Tuy nhiên, các loại nhựa sinh học này vẫn bị hạn chế sử dụng bởi giá thành cao, do yêu cầu đòi hỏi lượng dinh dưỡng tổng hợp đắt tiền, khó phổ biến rộng rãi đến người sử dụng.
Tại Việt Nam, việc nghiên cứu nhựa phân hủy sinh học đã được thực hiện trước đây theo hướng phối trộn tinh bột với một số hợp chất khác để tạo ra các polymer sinh học. Khi đưa vào ứng dụng thực tế, các nghiên cứu lại dần bộc lộ hạn chế khi vẫn chưa đưa ra được quy trình sản xuất sử dụng nguyên liệu là các chất thải một cách hiệu quả, trong khi giá thành sản xuất vẫn tương đối cao.
“Những yêu cầu trên cho thấy phải phát triển riêng loại nhựa sinh học có những đặc tính tương tự nhựa sinh học trên thế giới nhưng giá thành rẻ hơn, dễ tiếp cận người tiêu dùng. Do đó, nhóm đã đề xuất triển khai đề tài “Nghiên cứu khả năng tổng hợp nhựa PHB của vi khuẩn từ nguồn nước thải giàu carbon” với mục tiêu nhằm biến bùn thải trở thành vật liệu nhựa sinh học có khả năng tự phân hủy, giúp giảm tối đa chi phí sản xuất, nâng cao hiệu quả xử lý chất thải trong môi trường” - TS. Hồ Kỳ Quang Minh chia sẻ.
Thu gom mẫu bùn thải phục vụ nghiên cứu (Ảnh: NVCC)
Triển khai đề tài, nhóm đã tiến hành thu mẫu bùn hoạt tính và nước thải tại bể điều hòa của hệ thống xử lý nước thải tại các cơ sở sản xuất bún, hủ tiếu và bánh tráng ở huyện Củ Chi (thành phố Hồ Chí Minh), Công ty Thực phẩm Mekong (huyện Đức Hòa, tỉnh Long An), Nhà máy giấy Sài Gòn (huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu), Nhà máy giấy Minh Hưng (tỉnh Bình Phước)… Quá trình triển khai đã thu được 9 mẫu bùn và 9 mẫu nước thải với tổng cộng 185 dòng vi khuẩn khác nhau.
TS Hồ Kỳ Quang Minh cho biết, việc lựa chọn thu và nghiên cứu mẫu bùn tại các nhà máy sản xuất giấy, thực phẩm, thủy sản do trong nước thải (bao gồm bùn thải) của các nhà máy có chứa nhiều chất hữu cơ. Mặc dù môi trường nước thải này khá khắc nghiệt, có mức độ ô nhiễm cao, chứa nhiều độc tố, nhưng vi sinh vật hoàn toàn có thể thích nghi với cơ chế tổng hợp, tích lũy một dạng polymer (nhựa sinh học) trong cơ thể.
Do đó khi tổng hợp các vi khuẩn thu được đã giúp nhóm nghiên cứu phát hiện được 2 chủng vi khuẩn đáng chú ý, có khả năng tổng hợp PHB tại thời điểm 48 giờ nuôi cấy gồm: bacillus pumilus NMG5 đạt 42,28% trọng lượng khô và bacillus megaterium BP5 đạt 41,19% trọng lượng khô.
Từ hai chủng này, nhóm tổng hợp thành các tấm phim nhựa sinh học PHB và được ủ trong môi trường đất ẩm, dịch nuôi cấy vi sinh vật để tiến hành thử nghiệm khả năng tự phân hủy trong môi trường có sự hiện diện của vi sinh vật. Kết quả cho thấy các tấm phim dần có sự thay đổi và phân hủy mạnh ở tuần thứ 2 và thứ 3, tiếp tục bị rã vụn thành các hạt nhỏ ở tuần thứ 4 và biến mất hoàn toàn trong tuần thứ 6 và thứ 7.
Thử nghiệm phân hủy PHB trong môi trường dịch lỏng (Ảnh: NVCC)
“Nhờ có nguồn gốc từ vi khuẩn - là một trong những kiểu dự trữ dinh dưỡng của sinh vật, các mẫu PHB tổng hợp từ hai chủng vi khuẩn bacillus pumilus NMG5, bacillus megaterium BP5 có khả năng phân hủy tốt. Trong điều kiện ủ compost, tốc độ phân hủy của PHB thậm chí còn có thể đạt mức nhanh hơn do mật độ vi sinh vật cao, đa dạng, các điều kiện độ ẩm, nhiệt độ… thích hợp hơn. Do đó, nhựa sinh học PHB thu được từ 2 chủng vi khuẩn bacillus pumilus NMG5, bacillus megaterium BP5 có thể được xem là một loại vật liệu xanh, bảo vệ môi trường, thích hợp để sử dụng phục vụ đời sống. Đặc biệt, sản phẩm từ nhựa sinh học này có độ dẻo dai như nhựa thông thường nhưng lại có thể tự phân huỷ hoàn toàn trong vòng 30 ngày tuỳ môi trường." - Tiến sĩ Hồ Kỳ Quang Minh khẳng định.
Quá trình phân hủy của nhựa sinh học từ bùn thải sau hơn 6 tuần ở môi trường đất ẩm (Ảnh :NVCC)
Để đánh giá tính hiệu quả khi đưa vào sử dụng thực tế, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm xử lý nước thải tại nhà máy giấy Minh Hưng (Bình Phước). Kết quả cho thấy hiệu suất xử lý của cả hai chủng vi khuẩn bacillus pumilus NMG5 và bacillus megaterium BP5 đều thấp hơn so với giá trị khi thử nghiệm. Tuy nhiên, hiệu suất đạt được vẫn đảm bảo hiệu quả xử lý cao, kết quả phân tích cho thấy các thông số đều đạt Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về xử lý nước thải công nghiệp và nước thải công nghiệp giấy và bột giấy (QCVN 40/:2011/BTNMT và QCVN 12-MT:2015/BTNMT).
Với kết quả này, đề tài “Nghiên cứu khả năng tổng hợp nhựa PHB của vi khuẩn từ nguồn nước thải giàu carbon” đã được Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm thu đạt yêu cầu.
Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu xác định sẽ tiếp tục tiến hành thử nghiệm ở các quy mô lớn hơn, phối hợp với các doanh nghiệp trong nước để xây dựng quy trình sản xuất thử nghiệm, kêu gọi đầu tư để sớm đưa sản phẩm ra thị trường.
Xu hướng tái chế sản phẩm giúp bảo vệ môi trường phổ biến hơn trong 5 - 10 năm tới. Đặc biệt, việc sử dụng vi sinh vật để tạo nhựa sinh học và xử lý nước thải được nhiều quốc gia phát triển nghiên cứu, có nơi đã áp dụng ở quy mô công nghiệp. Tại Việt Nam đã có một số nghiên cứu về nhựa sinh học phục vụ trong bảo vệ môi trường, nông nghiệp… Đặc biệt, Chính phủ, các Bộ, Ban, Ngành, Địa phương đã ban hành nhiều văn bản để đẩy mạnh hoạt động tái chế chất thải, giảm ô nhiễm rác thải nhựa như: Nghị định 38/2015/NĐ-CP của Thủ tướng Chính phủ ngày 24/4/2015 về quản lý chất thải và phế liệu; Chỉ thị số 33/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 20/8/2022 về tăng cường quản lý, tái sử dụng, tái chế, xử lý và giảm thiểu chất thải nhựa… |
Quang Ngọc
