Xử lý rác thải nhựa bằng nguyên liệu di truyền bản địa

Lần đầu tiên các nhà khoa học thuộc Viện Hàn lâm KHCN VN hợp tác với các chuyên gia nước ngoài, để lần đầu tiên phân lập, định danh và xác định các đặc tính sinh học của chủng xạ khuẩn ưa nhiệt có khả năng phân hủy các loại chất dẻo có cấu trúc hóa học không giống nhau.

Các nhà khoa học phân tích các mẫu túi ni-long sử dụng chế phẩm sinh học để phân hủy.

Bước đầu đánh giá khả năng phân hủy

Một vài năm gần đây, tại Việt Nam đã xuất hiện nhiều loại túi nhựa được gán mác tự phân hủy sinh học (biodegradable bag) có khả năng phân hủy trở về tự nhiên. Về lý thuyết, túi phân hủy sinh học khi có tác dụng của vi sinh vật có trong môi trường (đặc biệt là ở môi trường có mật độ vi sinh vật cao) sẽ chuyển hóa thành CO2 và H2O (nước) hoặc tạo thành chất hữu cơ đơn giản và hòa tan trong môi trường. Nhưng trên thực tế, để biết được chúng có thật sự thân thiện với môi trường hay không thì cần phải có một nghiên cứu, đánh giá kỹ lưỡng.

Với mong muốn đánh giá được khả năng phân hủy sinh học của các loại túi polymer, chất dẻo đang được sử dụng ở Việt Nam, năm 2016, Chủ tịch Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam đã giao đề tài cho Viện Công nghệ Sinh học chủ trì và PGS. TS Đặng Thị Cẩm Hà làm Chủ nhiệm đề tài “Xử lý rác thải nhựa bằng nguyên liệu di truyền bản địa”. Đề tài còn có sự phối hợp thực hiện của các nhà khoa học của Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Trung tâm nghiên cứu và chuyển giao công nghệ và các chuyên gia quốc tế.

Thực hiện đề tài, các nhà khoa học đã nghiên cứu các mẫu túi ni-lông được quảng cáo là có khả năng phân hủy sinh học trên thị trường trong nước và nước ngoài, gồm: túi ni-lông của Hà Lan, Đức đã được cấp chứng chỉ phân hủy sinh học, có khả năng ủ làm phân hữu cơ; túi từ đề tài nghiên cứu của Viện Hóa học (Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam); túi tại các siêu thị được cấp chứng chỉ thân thiện môi trường, được sản xuất bằng công nghệ nhập khẩu và túi có nguồn gốc dầu mỏ đang được dùng phổ biến hằng ngày tại Việt Nam.

Để xác định khả năng phân hủy sinh học của những loại túi nêu trên, các nhà khoa học đã sử dụng đa dạng phương pháp kỹ thuật hiện đại, như: sinh học, di truyền, thay đổi cấu trúc hóa học, vật lý... Nhóm nghiên cứu đã thiết kế nhiều lô thí nghiệm với nhiều tác nhân sinh học và vật lý để thử mức độ phân hủy của mẫu, như: sử dụng dịch chiết của bốn chủng nấm đảm; sử dụng các chủng vi khuẩn và xạ khuẩn ưa nhiệt được phân lập từ phân hữu cơ làm bằng phụ phế liệu nông nghiệp; sử dụng điều kiện hiếu khí, kỵ khí hay kết hợp cả hiếu khí và kỵ khí; nhiệt độ, độ ẩm tương đồng với môi trường tự nhiên của vùng nhiệt đới từ 10-60 độ C; tác dụng tia tử ngoại...

“Để xem những cái túi này có phân hủy được hay không, chúng tôi phải đo đủ thứ. Dù bước đầu cũng chỉ mới tiến hành bằng vài enzyme ngoại bào, nhưng cứ một tuần lại phải đo, phải tiến hành nhiều công đoạn. Chúng tôi nói điều này là muốn chia sẻ rằng để thực hiện dự án này là không hề dễ dàng, phải bỏ rất nhiều sức lực vào đấy. Phải xem cấu trúc bề mặt, cấu trúc hóa học có thay đổi không, khối lượng có giảm không, và quan trọng hơn cả là chất tạo ra sau đó có độc hay không” - PGS. TS Đặng Thị Cẩm Hà chia sẻ.

Sau hai năm thực hiện, kết quả cho thấy, trong điều kiện thí nghiệm, túi của Hà Lan, Đức đã bị phân hủy mạnh nhất bởi tất cả các tác nhân, trong đó quan trọng nhất là thay đổi cấu trúc hóa học và khối lượng phân tử trung bình, tổn hao khối lượng (45 đến 46% sau 14 tháng do tác nhân vật lý, và 91% sau 1 tháng do tác nhân sinh học). Túi là sản phẩm nghiên cứu của Viện Hóa học có khả năng phân hủy sinh học đứng thứ hai (12 đến 15% đối với tác nhân vật lý sau 14 tháng). Còn các loại túi tại các siêu thị được công bố là được cấp chứng chỉ thân thiện môi trường, được sản xuất bằng công nghệ nhập khẩu và túi có nguồn gốc dầu mỏ khả năng phân hủy sinh học rất thấp (chỉ 4,7 đến 6% khối lượng sau 14 tháng). Các chất hình thành sau phân hủy các túi cũng khác nhau.

Theo các nhà khoa học, kết quả này cho thấy, việc dán nhãn, công bố túi có khả năng phân hủy sinh học là chưa chính xác, gây hiểu nhầm cho người tiêu dùng. Qua kết quả nghiên cứu này, các doanh nghiệp cần nghiêm túc đưa sản phẩm túi ni-lông của mình đi phân tích, đánh giá các tính chất, đặc tính để viết thông tin trên bao bì đúng mức. Từ đó, người tiêu dùng có thông tin chính xác khi sử dụng sản phẩm và cơ quan xử lý rác có phương pháp xử lý rác thải nhựa, ni-lông phù hợp, hiệu quả.

Xây dựng công nghệ xử lý phù hợp

Trên đà phát triển của đề tài, các nhà khoa học thuộc Viện Hàn lâm không chỉ khảo sát mức độ phân hủy của các loại túi nhựa đang lưu hành trên thị trường, mà còn mong muốn tìm kiếm các vật liệu di truyền phù hợp với đặc điểm cụ thể của khí hậu Việt Nam, nhằm tạo nên công nghệ xử lý phù hợp, nhanh nhất cho quá trình phân hủy, chuyển hóa đến mức khoáng hóa được một số loại nhựa được chứng nhận có khả năng phân hủy sinh học (biodegradable) và có khả năng ủ compost (compostable).

Trong hàng loạt enzyme tiềm năng cao để phân hủy chất dẻo thì các chủng vi khuẩn và xạ khuẩn ưa nhiệt mang lại hiệu quả phân hủy sinh học rác chất dẻo nhanh. Lý do là chúng sinh trưởng nhanh và tạo được cả hệ enzyme hoạt động ở nhiệt độ cao, bản thân chúng cũng có thể sử dụng để ủ phân hủy chất dẻo. Hơn thế nữa, nhiệt độ cao trên 45 độ C kéo dài cũng là tác nhân làm tăng tốc quá trình phân hủy rác chất dẻo. Nếu kết hợp được những ưu thế này thì nghiên cứu để tạo ra một công nghệ xanh cho xử lý rác chất dẻo sẽ có tính khả thi cao hơn.

Trên cơ sở đó, các nhà khoa học đã tiến hành phân lập các chủng xạ khuẩn từ đống ủ phân hủy rác thải sinh hoạt thành phố tại tỉnh Bình Dương. Các mẫu thu được từ các đống ủ phân hủy được pha loãng và gạt lên môi trường Gause thạch (môi trường Gause có thêm thành phần aga với lượng 18g/l). Sau đó các đĩa thạch đã cấy mẫu được nuôi ở 55 độ C trong buồng nuôi cấy vô trùng. Chỉ sau 72-96 giờ, khuẩn lạc xạ khuẩn có hình thái khác nhau được hình thành trên các đĩa thạch được tách và làm sạch. Chủng thu đã được đánh giá khả năng sinh trường ở các nhiệt độ khác nhau.

Chủng xạ khuẩn ưa nhiệt được phân lập từ ủ rác thải sinh hoạt thành phố này đã được định danh thuộc xạ khuẩn chi Streptomyces, với hai loại là chủng xạ khuẩn Streptomyces sp. XKBD2.1 và Streptomyces sp. XKBD2.4 ưa nhiệt. Chúng có thể sinh tổng hợp các loại enzyme ở nhiệt độ 37 độ C và 55 độ C, những enzyme này có thể phân hủy các loại chất dẻo có cấu trúc hóa học không giống nhau. Chế phẩm tạo ra từ xạ khuẩn này có thể cung cấp cho các quy trình công nghệ phân hủy, chuyển hóa rác thải là chất dẻo an toàn và đi theo con đường hoàn toàn sinh học (ủ phân hủy).

Chế phẩm tạo ra từ xạ khuẩn ưa nhiệt được phân lập từ ủ rác thải sinh hoạt đã được định danh thuộc xạ khuẩn chi Streptomyces, có thể cung cấp cho các quy trình công nghệ phân hủy, chuyển hóa rác thải là chất dẻo an toàn và đi theo con đường hoàn toàn sinh học (ủ phân hủy).

Chia sẻ với báo chí, PGS. TS Đặng Thị Cẩm Hà cho biết: “Việt Nam có lợi thế là nắng nhiều, vậy nên công nghệ này rất phù hợp để nhân rộng và phát triển ở nước ta, bởi các enzyme được sử dụng trong công nghệ này đều có nguồn gốc tự nhiên và ưa nhiệt”.

Tiềm năng ứng dụng của nghiên cứu đã được thể hiện thông qua ba Bằng Độc quyền sáng chế do Cục Sở hữu trí tuệ cấp cho Viện Công nghệ Sinh học vào tháng 7 năm nay. Sáng chế này sẽ mở ra phương thức tiếp cận, khả năng làm chủ nhiều phương pháp nghiên cứu hiện đại ngày càng đầy đủ hơn trong đánh giá khả năng phân hủy sinh học của các loại polymer hiện nay đang tồn tại ở Việt Nam, đồng thời chứng minh được các vật liệu di truyền bản địa có thể khai thác để tạo nên công nghệ nội lực có tính khả thi góp phần loại bỏ rác thải nhựa ở Việt Nam.

Nhưng con đường tìm kiếm công nghệ xử lý rác thải phù hợp không chỉ dừng lại ở đó, “chúng tôi cần phải làm tiếp. Ở châu Âu, từ chương trình FP7 (61 dự án) đến Horizon 2020 (53 dự án), người ta đã chi rất nhiều cho việc nghiên cứu và phát triển polymer thế hệ mới cùng các dự án liên quan đến kinh tế tuần hoàn và kinh tế sinh học. Chúng ta cũng cần sự đầu tư với quy mô lớn để nghiên cứu xử lý rác thải nhựa như thế” - PGS.TS Đặng Thị Cẩm Hà bày tỏ mong muốn. “Các phòng thí nghiệm chuẩn để nghiên cứu hiện nay vẫn chưa đạt. Các nhà quản lý cần biết điều đó, bởi trước sau gì thì chúng ta cũng cần phải xây dựng những phòng thí nghiệm đạt chuẩn. Để đi đến cùng thì rất khó, nhưng dù thế nào thì chúng ta cũng phải đi. Và trong đó công nghệ sinh học là một bước đi cực kỳ quan trọng, nhưng muốn có được công nghệ phù hợp thì chúng ta phải tư duy, và phải tư duy sáng tạo”.

Theo KH&PT