Sử dụng vi khuẩn để sản xuất nhựa tái chế
Rác thải nhựa là một vấn đề lớn mà nhân loại đang phải đối mặt. Hầu hết các loại nhựa không thể tái chế, chứa các thành phần cơ bản là các chất hóa dầu gây ô nhiễm. Nhưng điều này đang thay đổi.
Trong một bài báo mới được công bố trên tạp chí Nature Sustainability, các nhà nghiên cứu đã sử dụng vi khuẩn để tạo ra các chất thay thế sinh học cho các thành phần trong một loại nhựa có thể tái chế vô hạn được gọi là poly(diketoenamine), hoặc PDK. Cách tiếp cận mới cho thấy nhựa tái chế không chỉ khả thi mà còn có những đặc tính vượt trội so với nhựa từ hóa dầu.
Kết quả này đến từ sự hợp tác giữa ba đơn vị thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley) của Bộ Năng lượng: Phòng Phân tử (Molecular Foundry), Viện Năng lượng sinh học liên hợp (JBEI) và Nguồn sáng tiên tiến (Advanced Light Source).
“Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học tích hợp các sản phẩm sinh học để tạo ra nhựa PDK với nền tảng sinh học là chủ yếu”, nhà khoa học Brett Helms tại Phòng Phân tử, người đứng đầu dự án, cho biết. “Và cũng là lần đầu tiên bạn nhìn thấy lợi thế sinh học so với việc sử dụng hóa dầu, cả về đặc tính của vật liệu và chi phí sản xuất ở quy mô lớn”.
Khác với nhựa truyền thống, nhựa PDK có thể tái cấu trúc nhiều lần tạo ra các thành phần nguyên sơ, dùng để chế tạo sản phẩm mới mà vẫn giữ nguyên chất lượng. Ban đầu, nhựa PDK sử dụng các nguyên liệu có nguồn gốc từ hóa dầu, nhưng giờ đây, các nhà khoa học đã sản xuất những nguyên liệu đó bằng vi khuẩn. Sau bốn năm nỗ lực, nhóm nghiên cứu đã dùng E.coli để biến đường từ thực vật thành một số nguyên liệu ban đầu – một phân tử được gọi là triacetic acid lactone, hay bioTAL, và tạo ra nhựa PDK với hàm lượng sinh học khoảng 80%.
“Chúng tôi đã chứng minh rằng con đường tạo ra nhựa tái chế với hàm lượng sinh học 100% là hoàn toàn khả thi”, Jeremy Demarteau, thành viên trong dự án cho biết. “Chúng tôi sẽ cho bạn thấy điều đó trong tương lai”.
Nhựa PDK có thể được sử dụng cho nhiều loại sản phẩm, bao gồm chất kết dính, các vật dụng mềm dẻo như dây cáp máy tính hoặc dây đeo đồng hồ, vật liệu xây dựng và nhựa nhiệt rắn. Khi kết hợp bioTAL vào vật liệu, các nhà nghiên cứu rất ngạc nhiên khi thấy nhiệt độ hoạt động của vật liệu đã tăng lên 60oC so với thông thường. Điều này mở ra cơ hội ứng dụng nhựa PDK trong các sản phẩm cần khả năng chịu nhiệt đặc biệt như các thiết bị thể thao và các bộ phận ô tô như tấm cản hoặc bảng điều khiển.
Giải bài toán rác thải nhựa
Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc ước tính nhân loại tạo ra khoảng 400 triệu tấn chất thải nhựa mỗi năm, và con số này được dự đoán sẽ tăng lên hơn 1 tỷ tấn vào năm 2050. Trong số 7 tỷ tấn chất thải nhựa đã được tạo ra, chỉ có khoảng 10% được tái chế, còn lại hầu hết bị chôn lấp hoặc đốt cháy.
“Chúng ta không thể tiếp tục sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt để đáp ứng nhu cầu vô độ về nhựa”, Jay Keasling, giáo sư tại UC Berkeley cho biết. “Chúng tôi muốn góp phần giải quyết vấn đề rác thải nhựa bằng cách tạo ra các vật liệu có khả năng tái tạo sinh học và tuần hoàn, đồng thời khuyến khích sử dụng chúng. Mọi người có thể sử dụng các sản phẩm này khi có nhu cầu, sau đó chúng sẽ được tái chế thành một thứ gì đó mới”.
Các nghiên cứu về công nghệ và môi trường năm 2021 cho thấy nhựa PDK có thể cạnh tranh thương mại với nhựa thông thường nếu được sản xuất ở quy mô lớn.
“Kết quả mới của chúng tôi rất đáng khích lệ”, Corinne Scown, một nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Berkeley cho biết: “Chúng tôi có thể sớm tạo ra nhựa PDK sinh học vừa rẻ hơn vừa thải ra ít CO2 hơn so với nhựa làm từ nhiên liệu hóa thạch, với những cải tiến trong quá trình sản xuất”.
Những cải tiến đó sẽ bao gồm tăng tốc độ chuyển đổi đường thành bioTAL của vi khuẩn, sử dụng vi khuẩn có thể biến đổi nhiều loại đường có nguồn gốc thực vật và các hợp chất khác, và tăng cường khả năng tái tạo.□
Thanh An dịch
Nguồn: https://newscenter.lbl.gov/2023/07/27/making-renewable-infinitely-recyclable-plastics-using-bacteria/
