Tạo ra “nhựa lúa mạch” có khả năng phân hủy sinh học 100%
Một vật liệu mới thân thiện về mặt sinh học được làm từ bột lúa mạch kết hợp với sợi từ chất thải củ cải đường – một vật liệu có thể được đưa vào ủ để phân hủy trong tự nhiên – đã được sáng tạo ra tại ĐH Copenhagen.
Trong dài hạn, các nhà nghiên cứu hi vọng sản phẩm mới của mình sẽ góp phần cải thiện tình trạng ô nhiễm nhựa trong khi vẫn giảm thiểu được vết khí hậu của việc sản xuất nhựa.
Những hòn đảo nhựa khổng lồ trôi nổi trên các đại dương và các hạt vi nhựa đầy rẫy trong cơ thể của chúng ta. Độ bền, sự linh hoạt và nhất là chi phí thấp của nhựa khiến chúng trở nên phổ biến, từ đóng gói đến vải vóc trang phụ đến cả thành phần máy bay. Tuy nhiên nhựa cũng có điểm yếu, đó là nhựa làm ô nhiễm môi trường, khó để tái chế và quá trình sản xuất tạo ra nhiều CO2 hơn mọi ô nhiễm hàng không cộng lại.
Giờ một nhóm các nhà nghiên cứu ở Khoa Khoa học thực vật và môi trường, ĐH Copenhagen đã tạo ra một vật liệu mới được làm từ bột chuyển hóa có thể phân hủy hoàn toàn trong tự nhiên – và do đó thời gian chỉ là khoảng hai tháng. Vật liệu này được tạo ra để có thể sử dụng vật liệu từ thực vật sau khi khai thác vụ mùa và có thể sử dụng làm đóng gói thực phẩm cùng nhiều ứng dụng khác.
“Chúng ta có một vấn đề nan giải với chất thải nhựa của chúng ta mà việc tái chế dường như không thể giải quyết nổi. Do đó, chúng tôi phát triển một dạng nhựa sinh học mới bền hơn và có thể tan tốt hơn trong nước nhanh hơn các loại nhựa sinh học hiện tại. Vật liệu của chúng tôi có thể phân hủy 100% và có thể chuyển thành vật liệu ủ để cho các vi sinh vật làm nốt việc còn lại hơn là để nó sót lại ở đâu đó”, giáo sư Andreas Blennow, Khoa Khoa học thực vật và môi trường, nói.
Chỉ 9% nhựa được tái chế trên toàn cầu, với phần còn lại được thiêu đốt hoặc vơ vẩn khắp trong môi trường rồi cuối cùng gia nhập những bãi rác nhựa khổng lồ.
Dù hiện đã có nhựa sinh học nhưng cái tên gọi của nó cũng không đúng, Blennow nói. Trong khi nhựa sinh học ngày nay được làm từ vật liệu có thành phần từ sinh học nhưng chỉ một phần nhỏ của chúng là có thể phân hủy được, và cũng chỉ dưới một số điều kiện đặc biệt trong các nhà máy phân hủy.
“Tôi không thấy cái tên này phù hợp bởi vì các dạng phổ biến nhất của nhựa sinh học không thể phân hủy một cách dễ dàng, nếu ra ngoài tự nhiên. Quá trình này có thể mất vài năm và một số thì tiếp tục làm ô nhiễm như vi nhựa. Vẫn cần các nhà máy chuyên biệt để phá vỡ loại nhựa này. Và ngay cả sau đó thì cũng chỉ một phần rất nhỏ trong số chúng có thể tái chế được và phần còn lại thì đi vào tự nhiên”, các nhà nghiên cứu cho biết.
Tinh bột từ lúa mạch và chất thải ngành công nghiệp đường
Loại vật liệu mới này được gọi là một vật liệu composite sinh học và tạo thành vô số các hợp chất khác nhau và có thể phân hủy một cách tự nhiên.
Thành phần chính của nó, amylose và cellulose, đều quá phổ biến trong vương quốc thực vật. Amylose được chiết tách từ nhiều loại cây lương thực như ngô, khoai tây, lúa mì và lúa mạch.
Cùng với các nhà nghiên cứu từ ĐH Aarhus, nhóm nghiên cứu thành phần một công ty spinoff để phát triển một dạng lúa mạch có thể chỉ sản xuất amylose thuần chất trong hạt. Loại lúa mạch mới này rất quan trọng vì amylose thuần chất ít ít khi chuyển thành bột nhão khi tương tác với nước hơn so với tinh bột thông thường.
Cellulose là một carbohydrate có trong mọi loài thực vật và chúng ta biết điều này qua các sợi cotton và linen, cũng như từ gỗ và các sản phẩm giấy. Cellulose do các nhà nghiên cứu sử dụng là nanocellulose được làm từ chất thải ngành công nghiệp đường địa phương. Và các sợi nanocellulose, nhỏ một phần nghìn lần so với các sợi linen và cotton, góp phần vào sức mạnh cơ học của vật liệu.
“Amylose và cellulose hình thành những chuỗi phân tử dài, bền. Kết hợp chúng cho phép chúng tôi tạo ra một vật liệu linh hoạt, bền có khả năng hữu dụng trong việc làm túi và đóng gói hàng hóa mà hiện chúng ta gói trong nhựa”, Blennow nói.
Vật liệu mới được tạo ra bằng việc hòa tan các vật liệu thô trong nước và kết hợp chúng lại với nhau hoặc đốt nóng chúng dưới điều kiện áp suất. Bằng việc tiến hành theo cách đó, có thể tạo ra các “viên nhỏ” hoặc các chip và có thể được xử lý và nén để thành hình dạng mong muốn.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu mới chỉ tạo ra sản phẩm dạng mẫu thử trong phòng thí nghiệm. Nhưng theo Blennow, việc sản xuất có thể bắt đầu ở Denmark và nhiều nơi khác trên thế giới có thể được tiến hành dễ dàng.
“Toàn bộ chuỗi sản xuất tinh bột giàu amylose đã có. Thậm chí hàng triệu tấn tinh bột nguyên chất khoai tây và ngô được tạo ra mỗi năm và được sử dụng ngành công nghiệp thực phẩm và nhiều ngành khác. Do đó, việc dễ dàng tiếp cận được phần lớn thành phần nguyên liệu có thể giúp tạo ra quá trình sản xuất quy mô lớn loại vật liệu này”, anh nói.
Có thể giảm thiểu vấn đề ô nhiễm nhựa
Blennow và các đồng nghiệp giờ đang viết một bằng sáng chế mà một khi được chấp nhận, có thể tiến tới ứng dụng vào sản xuất vật liệu composite sinh học mới. Bởi vì bất chấp số lượng lớn tiền đổ vào phân loại và tái chế nhựa thì các nhà nghiên cứu không tin là cách làm quen thuộc này lại thành công. Đây có thể được coi là một công nghệ tham gia vào quá trình chuyển tiếp cho đến khi chúng ta từ giã loại nhựa có thành phần từ dầu mỏ.
“Việc tái chế nhựa hiệu quả không hề đơn giản. Những thứ khác nhau trong nhựa phải được phân tách với nhau và có những khác biệt lớn giữa các dạng nhựa khác nhau, nghĩa là quá trình này phải được thực hiện theo cách an toàn, không gây ô nhiễm ở cuối quá trình nhựa tái chế.
“Cùng thời điểm, các quốc gia và các khách hàng lớn phải phân loại nhựa của mình. Đây là một nhiệm vụ lớn và chúng tôi không đi theo điều đó. Thậm chí, chúng tôi phải nghĩ lại về việc sản xuất các vật liệu mới có vai trò như nhựa nhưng không gây ô nhiễm trái đất”, Blennow nói.
Các nhà nghiên cứu hiện đang hợp tác với hai nhà máy đóng gói Đan Mạch để phát triển các dạng mẫu thử đóng gói thực phẩm cùng một số sản phẩm khác. Anh cũng nhìn thấy những lĩnh vực khác có thể sử dụng loại vật liệu này cũng như nội thất ô tô của ngành công nghiệp ô tô. Dẫu thật khó để nói khi nào loại nhựa có thành phần lúa mạch thân thiện sinh học sẽ đến được các kệ hàng, các nhà nghiên cứu vẫn dự đoán, loại vật liệu mới có thể trở thành hiện thực trong tương lai gần, có thể dự đoán được.
“Nói chung là sẽ hoàn toàn gần với điểm mốc chúng tôi khởi động sản xuất mẫu thử trong hợp tác với các công ty này. Tôi nghĩ thực tế mà các dạng mẫu thử khác nhau được phân loại và đóng gói như các khay, túi, chai, sẽ đến trong vòng khoảng năm năm nữa thôi”, Blennow kết luận.
Anh Vũ tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2024-06-biodegradable-barley-plastic.html
