Tiềm năng to lớn
Nếu thoạt nhìn, người ta không thể nhận thấy sự khác biệt giữa hai chiếc đĩa trong bộ đồ ăn mới được bày ra, bởi chúng gần như giống hệt nhau, chỉ có điểm khác duy nhất là chất liệu làm ra chúng.
Chính sự khác biệt này làm nên một cuộc cách mạng âm thầm nhưng thực sự quan trọng trong đời sống nhân loại vài năm tới: nhựa sinh học, một chất liệu mới có nguồn gốc từ ngô, lúa mì, củ cải, những loại cây quen thuộc trong đời sống thường ngày, thậm chí từ một số loại vi khuẩn.
Đây là giải pháp để thay thế cho các chế phẩm từ dầu mỏ và bảo vệ môi trường, hai lợi thế khiến cho nhựa sinh học mở ra một kỷ nguyên công nghiệp mới.
Cho tới nay, đã có một số công ty giới thiệu chế phẩm nhựa sinh học. Đó là Mater Bi chuyên chế tạo túi xách và dụng cụ ăn uống tự hủy sau vài lần sử dụng, Công ty Vegemat có sản phẩm mốc phát bóng trong môn thể thao golf và axit polylactic (PLA) giống như chất liệu nylon để chế tạo đĩa DVD, đinh tự hủy cố định xương dùng trong y tế.
"Đây thực sự là bước tiến mạnh mẽ về mặt công nghệ dựa trên các quy trình sạch, không phát tán chất gây ô nhiễm môi trường - Nhà hóa học Françoise Sylvestre thuộc Trung tâm nghiên cứu Ensiaset (Pháp) nhận định.
Mới ra đời khoảng trên dưới 10 năm nhưng chỉ riêng tại châu Âu, tốc độ phát triển sản phẩm nhựa sinh học đã tăng gấp 10 lần. Mặc dù chúng chỉ chiếm một tỷ trọng rất nhỏ so với các sản phẩm nhựa thông thường (50.000-70.000 tấn một năm, trong khi sản lượng PVC, kevlar hay các loại nhựa teflon khác lên tới 149 triệu tấn năm 2001), tiềm năng chiếm lĩnh thị trường của chúng rất lớn.
Sản phẩm từ nhựa sinh học của Công ty Mater Bi.
Hiện nay, giá thành nhựa sinh học vẫn còn ở mức rất cao, gấp từ 1,5 đến 5 lần so với các loại nhựa truyền thống, nhưng khả năng sẽ giảm trong thời gian tới khi bước vào sản xuất theo quy mô lớn.
Năm 2002, tập đoàn công nghiệp hóa chất khổng lồ của Mỹ là Dow Chemicals và tập đoàn thực phẩm Cargill đã đầu tư 300 triệu USD để xây dựng một nhà máy với công suất thiết kế lên tới 140.000 tấn PLA một năm.
"Năng lực sản xuất lớn sẽ giúp hạ giá thành axit polylactic xuống tương đương với polyethylen (PE)" - Kỹ sư Pierren Feuilloley thuộc Trung tâm nghiên cứu Cemaref cho biết.
Mỗi ngày, nhà máy nói trên có thể chế biến tới 40.000 kg ngô (đến nay nhà máy mới chỉ quan tâm chế biến ngô hạt do thực phẩm này có chứa hàm lượng tinh bột lớn). Cũng giống như PVC, tinh bột có kết cấu phân tử polymer gồm nhiều kết cấu đơn phân tử (monomere) hợp thành.
Có thể tự tiêu hủy trong khoảng 20 ngày
Lợi thế lớn nhất của vật liệu nhựa sinh học làm từ tinh bột là nó tự phân hủy trong môi trường bình thường trong thời gian ngắn. Trong điều kiện nhiệt độ cao, kết cấu phân tử của nó cũng có thể bị bẻ gãy và chuyển hóa thành đường glucose, sau đó lên men từ tác động của vi khuẩn thành axit lactic. Axit này được cô đặc lại và tinh chế, chuyển sang dạng đơn phân tử và lúc này chỉ cần thực hiện phản ứng trùng hợp để biến chúng thành hợp chất đa phân tử PLA, từ đó thực hiện các công đoạn thông thường khác để thu được các tấm nhựa sinh học.
Công nghệ của Vegemat có thể tận dụng hầu hết các bộ phận của cây ngô để chế biến nhựa sinh học. Đầu tiên, người ta cho cả cây gồm thân, lá, bắp ngô vào máy nghiền nghiền vụn, sau đó đưa sang máy ép để phá vỡ kết cấu phân tử tinh bột và xenlulo thành các đơn phân tử.
Sau đó, hợp chất đơn phân tử được đưa sang bộ phận tạo phản ứng hóa học, dưới sự hỗ trợ của các chất xúc tác và nhiệt độ cao. Cuối cùng, người ta thu được các loại sợi thực vật 100%.
Ngoài các công nghệ chế tạo nhựa thuần túy có nguồn gốc thực vật, nhiều hãng còn đưa ra các sản phẩm hỗn hợp chứa cả nhựa sinh học và các chất dẻo truyền thống, như sản phẩm của Hãng Mater Bi trộn lẫn tinh bột và một loại chất dẻo là polycaprolaptone làm tăng lý tính của nhựa có nguồn gốc polymer thực vật.
"Chúng tôi đang mò mẫm những bước đi đầu tiên của việc sản xuất các loại nhựa sinh học - Françoise Sylvestre cho biết - Có thể cho rằng, chúng tôi đã đạt được những thành tựu tương đương với ngành công nghiệp chất dẻo hồi cuối thế kỷ 19 - thời kỳ mà nhân loại mới chỉ biết đến cao-su và xenlulo".
Đối với các nhà nghiên cứu, cái được lớn nhất của chất dẻo sinh học là khả năng bị phân hóa nhanh trong môi trường. Chất dẻo bằng nhựa PE phải mất gần bốn thế kỷ mới hoàn toàn bị thoái hóa, nhưng nếu đem trộn lẫn nhựa PE với chất dẻo sinh học, thời gian thoái hóa rút ngắn chỉ còn 4 đến 5 năm trong điều kiện môi trường bình thường, thậm chí chỉ còn 20 ngày nếu trộn lẫn với compost (một loại chất thải hữu cơ) và ủ trong điều kiện nhiệt độ từ 50-60o C, có mặt các vi khuẩn ưa nhiệt.
Như vậy chất dẻo sinh học dễ thoái hóa là câu trả lời tốt nhất cho bài toán quản lý chất thải nhựa tổng hợp hiện nay. Người ta không thể tập trung các loại chất dẻo trong những địa điểm đổ rác công cộng, vì công đoạn lưu giữ và đốt rác cần một khoản chi phí cả về kinh tế lẫn môi trường ngày càng lớn.
Trong tương lai, các loại nhựa sinh học sẽ cho phép giảm một lượng rác thải từ chất dẻo rất lớn. Một con số cụ thể: nếu như các loại túi chất dẻo sinh học ra đời thay thế được 14 tỷ túi chất dẻo chỉ riêng tại nước Pháp, môi trường sẽ đỡ phải chịu đi 85.000 tấn chất dẻo. Do vậy, thiên nhiên sẽ trở nên sạch hơn rất nhiều với một cuộc cách mạng nhỏ trong lĩnh vực hóa học chất dẻo.
