NHỰA PHÂN HỦY SINH HỌC TỪ TẢO

Mặc dù, có nhiều nguồn nguyên liệu có thể sử dụng để sản xuất nhựa sinh học, phổ biến là các loại cây nông nghiệp như ngô, lúa mì, đậu nành,… Tuy nhiên, việc sản xuất nhựa sinh học từ các loại cây trồng nông nghiệp cũng đang bộc lộ một số hạn chế nhất định. Vấn đề cạnh tranh tài nguyên đất và nước trong sản xuất nguyên liệu thô này với những nhu cầu khác của con người, cũng như một số loại nhựa sinh học làm từ cây lương thực (như ngô, sắn,…) hạn chế về khả năng chống nước và tính chất cơ học kém.  Chính vì vậy, tảo đang nổi lên như một nguyên liệu tiềm năng để sản xuất nhựa sinh học một cách bền vững. Bài viết này sẽ tìm hiểu về ưu - nhược điểm, tiềm năng của nhựa sinh học từ tảo, cũng như một số loại nhựa sinh học làm từ nguồn sinh khối này.  

Nhựa sinh học từ tảo

Hiện nay, một số loại nhựa sinh học như PHA, PHB, PLA, PE, PVC và một số polymer dựa trên protein có thể được làm từ nguồn nguyên liệu thô từ tảo.

Ưu điểm

- Tảo và vi khuẩn lam (còn được gọi là vi tảo nhân sơ) là những sinh vật quang tự dưỡng phát triển với tốc độ nhanh và sinh khối cao. Chúng chỉ cần nhu cầu dinh dưỡng hạn chế, có thể thu hoạch bất kể mùa nào, thời gian thu hoạch ngắn và có khả năng phát triển mạnh trong môi trường không thể canh tác, bao gồm cả nước thải.

- Tảo không cạnh tranh với sản xuất lương thực, đồng thời có khả năng chịu đựng các điều kiện môi trường khắc nghiệt.

- Có thể xử lí nước thải, đồng thời tận dụng carbon dioxide (CO₂) như một nguồn sản xuất sinh khối, khi có thể đồng hóa CO₂ thành các hợp chất hữu cơ khác nhau, sau đó có thể chuyển hóa thành các polyme sinh học hữu ích .

- Nhựa sinh học từ tảo có thể thu giữ và lưu trữ CO₂ ở dạng sinh khối vĩnh viễn. Nhờ đó, CO₂ sẽ không giải phóng trở lại khí quyển.

Tiềm năng

- Cải thiện tính chất vật lý và hóa học của nhựa sinh học khi trộn nhựa làm từ tảo với các vật liệu khác. Sinh khối vi tảo có thể trộn với các vật liệu khác, ví dụ như nhựa có nguồn gốc dầu mỏ hoặc cellulose, tinh bột,… để tạo ra sản phẩm nhựa sinh học có tuổi thọ dài hơn và cải thiện tính chất và nâng cao hiệu suất cơ học của chúng.

- Việc áp dụng kĩ thuật di truyền giúp việc sản xuất PHB bằng tảo trở nên khả thi. Thông qua kĩ thuật này, có thể giúp làm giảm chi phí sản xuất nhờ vào việc biến đổi các chủng tảo để tổng hợp các chất dùng cho sản xuất nhựa sinh học như PHB, thay vì dùng hệ thống lên men vi khuẩn rất tốn kém để sản xuất loại nhựa sinh học này.

Thách thức

- Việc lựa chọn chủng và tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy để sản xuất nhựa sinh học từ tảo rất quan trọng. Vì vậy, cần xác định loại tảo phù hợp nhất để sản xuất polyme cho nhựa sinh học với các tính chất khác nhau.

- Kĩ thuật di truyền mặc dù mang tới những kết quả tốt trong việc tăng sản xuất chất chuyển hóa, tuy nhiên nó cũng đặt ra một số thách thức như trình tự bộ gen, khó khăn trong việc thay đổi gen, duy trì và ổn định di truyền của các chủng biến đổi gen,…

- Trong quá trình thiết kế nhựa sinh học, việc lựa chọn loại polyme thích hợp chiết xuất từ tảo rất quan trọng để tạo ra một loại nhựa sinh học bền vững so với các loại nhựa thông thường (về khả năng đàn hồi, độ bền,…). Quá trình này cần xem xét tới một số yếu tố như khả năng phân hủy sinh học, khả năng tái tạo nguyên liệu, tốc độ phân hủy,…

- Trong quá trình sản xuất nhựa sinh học từ tảo cần phải xem xét các tác động môi trường của chúng. Chẳng hạn như các điều kiện phân hủy cụ thể, quá trình phân hủy chậm hoặc giải phóng khí mê-tan và các khí độc hại khác. Điều quan trọng nữa là đảm bảo rằng nhựa sinh học có thể phân hủy trong mọi điều kiện môi trường và không thải ra bất kì khí độc hại nào.

Ứng dụng

Nhựa sinh học từ tảo đang bắt đầu được thử nghiệm, ứng dụng và ngày càng mở rộng trong một số lĩnh vực của đời sống (bao bì thực phẩm; nông nghiệp (màng nhà kính, lưới bảo vệ); y học (thiết bị cấy ghép y tế, kĩ thuật chế tạo các mô sinh học); thời trang;...).

Kết luận

Nhựa sinh học từ tảo đang mở ra rất nhiều triển vọng cho ngành công nghiệp nhựa này. Nhựa sinh học từ loại nguyên liệu thô này cho thấy nhiều lợi thế mà nhựa sinh học từ cây trồng nông nghiệp không thể đáp ứng được. Tuy nhiên, chúng cũng đang đối diện với một số thách thức nhất định. Cần có thêm nhiều nghiên cứu, thử nghiệm và ứng dụng hơn nữa để phát triển và mở rộng thêm lĩnh vực nhựa sinh học này.