Trong bối cảnh hạt vi nhựa ngày càng được phát hiện rộng khắp trong môi trường và cơ thể người, các nhà nghiên cứu đang phát triển vật liệu sinh học có khả năng phân hủy, thay thế nhựa truyền thống có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, chi phí cao, hạ tầng ủ phân hữu cơ còn hạn chế và những tranh luận về hiệu quả môi trường vẫn là trở ngại đối với việc phổ biến loại vật liệu này.
Tại một phòng thí nghiệm ở thành phố Woburn, bang Massachusetts, Mỹ, những hạt nhựa cỡ viên sỏi nhỏ đang được biến thành dao, dĩa và màng bao bì có khả năng phân hủy và không để lại lượng vi nhựa tồn tại lâu dài trong môi trường.
Đó là các hạt nhựa sinh học polymer do Công ty CJ Biomaterials sản xuất bằng cách lên men đường. Các vật liệu này có thể bị vi sinh vật phân hủy và được một số chuyên gia xem là một trong nhiều giải pháp cần thiết để đối phó với ô nhiễm nhựa toàn cầu.
Các kỹ thuật viên đưa hạt nhựa sinh học vào máy ép khuôn để chế tạo dĩa. Một số phiên bản đủ mỏng để có thể phân hủy trong hệ thống ủ phân tại nhà nhưng còn quá mềm để có thể sử dụng như những chiếc dĩa thông thường khi ăn bít tết. Những phiên bản khác có độ cứng tương đương dĩa nhựa thông thường.
Các kỹ thuật viên cũng nung chảy hạt nhựa để tạo màng mềm dùng trong bao gói thực phẩm. Loại màng này khá bền nhưng không có độ co giãn như màng bọc thực phẩm truyền thống.
Mục tiêu là tạo ra những sản phẩm có tính năng tương tự nhựa thông thường nhưng sau khi sử dụng có thể đưa vào thùng ủ phân hữu cơ thay vì trở thành rác thải.
Bà Leah Ford, Giám đốc tiếp thị của CJ Biomaterials, cho biết khả năng ủ phân từ lâu đã là yếu tố thúc đẩy thị trường nhựa sinh học. Những lo ngại ngày càng lớn về vi nhựa có thể làm thay đổi cách người tiêu dùng nhìn nhận vật liệu.
Nhựa truyền thống có thể tồn tại hàng chục, thậm chí hàng trăm năm. Trong quá trình đó, nhựa vỡ thành vi nhựa và những hạt nano nhựa nhỏ hơn. Vi nhựa đã được tìm thấy trong đại dương, không khí, thực phẩm, nước uống và nhiều mô trong cơ thể người.
Bao bì là ứng dụng phổ biến nhất
Nhựa sinh học có thể là loại có nguồn gốc sinh học, được sản xuất hoàn toàn hoặc một phần từ các nguồn tài nguyên tái tạo như ngô, mía; hoặc là loại có khả năng phân hủy sinh học, tức phân hủy hoàn toàn thông qua quá trình tự nhiên. Một số loại có cả hai đặc tính, như các polymer do CJ Biomaterials sản xuất.
CJ Biomaterials là một trong những doanh nghiệp sản xuất polyhydroxyalkanoate (PHA), loại nhựa sinh học polymer có khả năng phân hủy sinh học trong đất và môi trường biển.
Doanh nghiệp này hướng tới thay thế những sản phẩm nhựa dùng một lần hoặc nhựa không thể tái chế sau khi bị nhiễm chất thải thực phẩm.
Nếu hộp đựng thực phẩm được làm bằng vật liệu PHA, cả hộp và thức ăn thừa có thể được đưa vào hệ thống ủ phân hữu cơ, thay vì phải tách riêng hộp nhựa truyền thống. Điều này cũng giúp hạn chế lượng thực phẩm bị đưa vào bãi chôn lấp, nơi quá trình phân hủy tạo ra khí methane - một loại khí nhà kính mạnh.
Để sản xuất PHA, CJ Biomaterials cung cấp đường cho vi sinh vật. Các vi sinh vật chuyển hóa đường thành PHA để dự trữ năng lượng. Sau đó, công ty thu hồi PHA và tạo thành các hạt nhựa bán cho các doanh nghiệp khác để nung chảy và ép khuôn thành sản phẩm.
Theo bà Ford, khi được đưa vào ủ phân, các vi khuẩn tương tự có thể phân giải PHA trong vòng khoảng 6 tháng.
CJ Biomaterials thuộc CJ Group, Tập đoàn Hàn Quốc có quy mô khoảng 32 tỷ USD, đã sản xuất PHA tại nhà máy ở Pasuruan, Indonesia, từ năm 2022.
Một trong nhiều giải pháp chống ô nhiễm nhựa
Quỹ Quốc tế Bảo vệ Thiên nhiên (WWF) cho rằng nhựa sinh học có thể là một phần trong tổng thể các giải pháp cần thiết để giảm ô nhiễm nhựa.
Bà Erin Simon, Phó Chủ tịch WWF, nhận định vật liệu sinh học có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch - nguồn góp phần gây biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, theo bà, ưu tiên trước hết vẫn phải là giảm tổng lượng nhựa sản xuất, sau đó mới bảo đảm phần còn lại được sản xuất theo hướng bền vững.
Thượng nghị sĩ Mỹ Jeff Merkley cũng đánh giá nhựa sinh học là một trong nhiều lựa chọn có tiềm năng, nhưng cho rằng cần thêm nghiên cứu về quá trình phân hủy cũng như tác động đối với hệ sinh thái và sức khỏe con người.
Trong khi đó, một số tổ chức môi trường phản đối, cho rằng nhựa sinh học vẫn duy trì mô hình sử dụng sản phẩm một lần và có thể khiến sự chú ý bị chuyển hướng khỏi các giải pháp căn bản hơn. Một số ý kiến cũng lo ngại việc sử dụng đất nông nghiệp để trồng cây phục vụ sản xuất nhựa thay vì thực phẩm.
Thị phần nhỏ nhưng tiềm năng
Theo Hiệp hội European Bioplastics, nhựa có nguồn gốc sinh học hiện chỉ chiếm khoảng 0,5% trong hơn 400 triệu tấn nhựa được sản xuất trên toàn cầu mỗi năm.
Tuy nhiên, sản lượng được dự báo tăng gấp đôi vào năm 2030 nhờ nhu cầu ngày càng cao và sự xuất hiện của những ứng dụng mới. Trung Quốc, Thụy Điển và Mỹ hiện là những nước xuất khẩu lớn các polymer tự nhiên.
Một số sân vận động lớn và chuỗi nhà hàng như McDonald's đã thử nghiệm bao bì và dụng cụ ăn uống có nguồn gốc sinh học. Chuỗi bánh Tous les Jours thuộc CJ Group sử dụng ống hút làm từ PHA.
Dù vậy, việc phổ biến nhựa sinh học còn nhiều trở ngại. Chi phí sản xuất thường cao hơn nhựa truyền thống, trong khi hệ thống thu gom và ủ phân hữu cơ mới phổ biến tại một số thành phố lớn.
Không phải tất cả cơ sở ủ phân đều chấp nhận nhựa có khả năng phân hủy, do lo ngại ảnh hưởng tới chất lượng đất sau xử lý. Ngoài ra, nhựa sinh học và nhựa thông thường có hình thức gần như giống nhau, làm tăng nguy cơ phân loại nhầm.
Thử nghiệm cho thấy sự khác biệt
Viện 5 Gyres có trụ sở tại California, Mỹ, chuyên nghiên cứu về ô nhiễm nhựa, đã thử nghiệm 22 sản phẩm làm từ nhựa truyền thống, vật liệu có nguồn gốc sinh học, vật liệu phân hủy sinh học cùng các lựa chọn như giấy và tre.
Ống hút, dụng cụ ăn uống, màng mỏng và chai được đặt trong nhiều môi trường khác nhau tại Florida, California và Maine.
Sau 64 tuần, nhiều vật liệu phân hủy sinh học gần như biến mất hoặc xuất hiện các vết rỗ, nứt khi bắt đầu phân rã. Trong khi đó, nhựa truyền thống có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch vẫn tồn tại.
Ông Marcus Eriksen, đồng sáng lập kiêm nhà nghiên cứu của viện, cho biết chiếc thìa nhựa tổng hợp gần như không thay đổi sau thời gian ở trong đại dương, trong khi chỉ còn lại rất ít vật liệu từ những chiếc thìa làm bằng vật liệu phân hủy sinh học.
Viện 5 Gyres công bố kết quả nghiên cứu này năm 2023 và hiện đang lặp lại thử nghiệm để đánh giá cách thế hệ bao bì mới phân hủy sau khi hết vòng đời sử dụng.
Theo ông Eriksen, các vật liệu có khả năng phân hủy sinh học nên được ưu tiên, đặc biệt đối với bao bì. Nếu không, lượng vi nhựa và nano nhựa tiếp tục tích tụ có nguy cơ lan rộng trong toàn bộ sinh quyển.
