Nhựa là một vật liệu quan trọng được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau trong cuộc sống của chúng ta. Tuy nhiên, nhựa truyền thống không thể phân hủy trong môi trường tự nhiên, và thay vào đó sẽ tích tụ trong các bãi chôn lấp, đại dương và các hệ sinh thái khác.Việc phát triển và sử dụng nhựa phân hủy sinh học là một cách để giảm lượng chất thải nhựa và bảo vệ môi trường. Bài viết này sẽ giúp bạn tìm hiểu về cách nhựa phân hủy sinh học phân hủy.
1. Khái niệm nhựa phân hủy sinh học
Nhựa phân hủy sinh học là loại nhựa có khả năng phân hủy thành các chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật, như vi khuẩn, nấm, giun đất,… Các chất hữu cơ này có thể được tái sử dụng bởi các sinh vật khác trong tự nhiên, hoặc hòa tan vào đất, nước mà không gây ô nhiễm môi trường.
Nhựa phân hủy sinh học có thể được sản xuất từ nguyên liệu có nguồn gốc tái tạo, chẳng hạn như tinh bột ngô, khoai, sắn, cellulose,… hoặc từ nguyên liệu có nguồn gốc hóa thạch, chẳng hạn như polyetylen, polypropylen.
Sử dụng nhựa truyền thống đã gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường. Nhựa truyền thống không thể phân hủy trong môi trường tự nhiên, và thay vào đó sẽ tích tụ trong các bãi chôn lấp, đại dương và các hệ sinh thái khác. Điều này có thể dẫn đến suy thoái tự nhiên: ô nhiễm đất, nước và không khí, cũng như nguy cơ ô nhiễm thực phẩm và nước uống.
Do những tác động này, nhu cầu về các lựa chọn thay thế nhựa thân thiện với môi trường đang ngày càng tăng. Nhựa phân hủy sinh học là một trong những lựa chọn thay thế này. Chúng có thể giúp giảm lượng chất thải nhựa, bảo vệ môi trường và thúc đẩy phát triển bền vững.
Quá trình phân hủy nhựa phân hủy sinh học bắt đầu khi vi sinh vật tiếp xúc với nhựa. Vi sinh vật tiết ra các enzyme, phá vỡ các liên kết hóa học trong nhựa thành các phân tử nhỏ hơn. Các phân tử nhỏ hơn này sau đó được vi sinh vật sử dụng làm nguồn năng lượng. Cụ thể, quá trình này được chia thành 3 giai đoạn chính:
Giai đoạn 1: Phản xạ sinh học
Bề mặt của nhựa phân hủy sinh học bị phá hủy bởi các yếu tố phi môi trường, chẳng hạn như ánh sáng mặt trời, nhiệt độ, độ ẩm,… Sự phá hủy này tạo điều kiện cho vi sinh vật tiếp cận và phân hủy nhựa.
Giai đoạn 2: Phản ứng sinh học
Vi sinh vật sử dụng các enzym để phân hủy các phân tử nhựa thành các phân tử nhỏ hơn. Các phân tử nhỏ này sau đó được vi sinh vật hấp thụ và sử dụng làm thức ăn.
Giai đoạn 3: Đồng hóa
Vi sinh vật sử dụng các phân tử nhỏ của nhựa để tạo ra các hợp chất hữu cơ mới, chẳng hạn như CO2, nước, sinh khối,… Các hợp chất này có thể được tái sử dụng bởi các sinh vật khác trong tự nhiên, hoặc hòa tan vào đất, nước mà không gây ô nhiễm môi trường.
Thông thường, nhựa phân hủy sinh học có thể phân hủy hoàn toàn trong vòng 6 tháng đến 2 năm. Tuy nhiên, có một số loại nhựa phân hủy sinh học có thể phân hủy hoàn toàn trong vòng vài tuần.
Khái niệm nhựa phân hủy sinh học
2. Cơ chế phân hủy sinh học
Quá trình phân hủy nhựa này diễn ra theo hai giai đoạn chính: Giai đoạn đầu: Vi sinh vật tiết ra các enzym để thủy phân các phân tử nhựa thành các phân tử nhỏ hơn. Giai đoạn sau: Các phân tử nhỏ hơn được vi sinh vật tiếp tục phân hủy thành CO2, nước và sinh khối.
Hoạt động của vi sinh vật trong môi trường tự nhiên
Vi sinh vật là những sinh vật đơn bào, có kích thước rất nhỏ, chỉ nhìn thấy được dưới kính hiển vi. Chúng có mặt ở khắp mọi nơi trong môi trường tự nhiên, từ đất, nước, không khí đến trong cơ thể sinh vật. Vi sinh vật có vai trò quan trọng trong việc phân hủy chất hữu cơ, góp phần làm sạch môi trường.
Vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ bằng cách sử dụng các enzyme để phân cắt các phân tử hữu cơ thành các phân tử nhỏ hơn, dễ hấp thụ hơn. Các phân tử nhỏ này sau đó sẽ được vi sinh vật sử dụng làm thức ăn và năng lượng.
Phân hủy sinh học đất
Nhựa phân hủy sinh học có thể được phân hủy trong đất bởi các vi sinh vật. Quá trình phân hủy sinh học đất của nhựa phân hủy sinh học diễn ra theo các giai đoạn cụ thể.
Giai đoạn phản ứng sinh học, các vi sinh vật tiết ra các enzyme để phân cắt các phân tử nhựa thành các phân tử nhỏ hơn. Các phân tử nhỏ này có thể là các oligome hoặc monome.
Giai đoạn đồng hóa, các vi sinh vật sử dụng các phân tử nhỏ của nhựa làm thức ăn và năng lượng. Các vi sinh vật sẽ phân hủy các phân tử nhỏ này thành các sản phẩm cuối cùng là CO2, H2O và sinh khối.
Môi trường biển
Nhựa phân hủy sinh học cũng có thể được phân hủy trong môi trường biển bởi các vi sinh vật. Quá trình phân hủy sinh học biển của nhựa phân hủy sinh học diễn ra tương tự như quá trình phân hủy sinh học đất.
Thời gian phân hủy sinh học biển của nhựa phân hủy sinh học phụ thuộc vào nhiều yếu tố tương tự như thời gian phân hủy sinh học đất. Tuy nhiên, môi trường biển có độ pH cao hơn môi trường đất, do đó thời gian phân hủy sinh học biển của nhựa phân hủy sinh học thường dài hơn thời gian phân hủy sinh học đất.
Cơ chế phân hủy sinh học
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học
Quá trình phân hủy nhựa phân hủy sinh học diễn ra trong môi trường tự nhiên, bao gồm môi trường đất, nước và không khí. Tốc độ và mức độ phân hủy sinh học của nhựa phân hủy sinh học phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
3.1. Loại nhựa phân hủy sinh học
Các loại nhựa phân hủy sinh học phổ biến hiện nay bao gồm:
PLA (Axit Polylactic): PLA được sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh học như tinh bột ngô, tinh bột khoai mì,… PLA có tính chất tương tự như nhựa PET, có độ bền cơ học cao, khả năng chịu nhiệt tốt. Tuy nhiên, PLA có tính phân hủy sinh học kém hơn các loại nhựa phân hủy sinh học khác.
PHA (Polyhydroxyalkanoat): PHA được sản xuất bởi các vi sinh vật trong quá trình sinh trưởng và phát triển. PHA có tính chất tương tự như nhựa PE, có độ bền cơ học cao, khả năng chịu nhiệt tốt và khả năng phân hủy sinh học cao.
Tốc độ phân hủy sinh học của nhựa phân hủy sinh học phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của nhựa. Các loại nhựa có cấu trúc phân nhánh, có nhiều liên kết hydro sẽ dễ bị phân hủy sinh học hơn các loại nhựa có cấu trúc mạch thẳng, có ít liên kết hydro.
3.2. Điều kiện môi trường
Các điều kiện môi trường ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học của nhựa phân hủy sinh học bao gồm:
- Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy sinh học của nhựa phân hủy sinh học. Nhiệt độ càng cao thì tốc độ phân hủy sinh học càng nhanh.
- Độ ẩm cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy sinh học của nhựa phân hủy sinh học. Độ ẩm càng cao thì tốc độ phân hủy sinh học càng nhanh.
- Vi sinh vật là những tác nhân chính thực hiện quá trình phân hủy sinh học của nhựa phân hủy sinh học. Sự hiện diện của vi sinh vật càng nhiều thì tốc độ phân hủy sinh học càng nhanh.
- Ánh sáng mặt trời có thể thúc đẩy quá trình phân hủy sinh học của nhựa phân hủy sinh học, đặc biệt là trong trường hợp nhựa phân hủy sinh học có chứa các chất màu.
- Oxy là cần thiết cho quá trình hô hấp của vi sinh vật, do đó sự hiện diện của oxy sẽ thúc đẩy quá trình phân hủy sinh học của nhựa phân hủy sinh học.
Điều kiện môi trường lý tưởng cho quá trình phân hủy sinh học của nhựa phân hủy sinh học là nhiệt độ từ 50 đến 60 độ C, độ ẩm từ 60 đến 70%. Trong điều kiện này, quá trình phân hủy sinh học của nhựa phân hủy sinh học có thể diễn ra hoàn toàn trong vòng vài tháng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học
4. Nhựa phân hủy sinh học so với nhựa truyền thống
Nhựa là một vật liệu phổ biến trong cuộc sống hiện đại, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ bao bì thực phẩm đến sản xuất đồ dùng gia dụng. Tuy nhiên, nhựa truyền thống cũng là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây ô nhiễm môi trường. Còn nhựa phân hủy sinh học là một giải pháp thay thế tiềm năng cho nhựa truyền thống, có thể giúp giảm thiểu tác động môi trường của nhựa.
Tương phản tác động môi trường
Nhựa truyền thống được làm từ dầu mỏ, một nguồn tài nguyên không tái tạo. Quá trình sản xuất nhựa truyền thống tiêu tốn nhiều năng lượng và thải ra khí nhà kính, góp phần làm gia tăng biến đổi khí hậu. Ngoài ra, nhựa truyền thống không thể phân hủy tự nhiên trong môi trường, mà phải mất hàng trăm năm hoặc thậm chí hàng nghìn năm mới phân hủy hoàn toàn. Trong thời gian đó, nhựa có thể gây ô nhiễm đất, nước và không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và các loài động vật.
Nhựa phân hủy sinh học được làm từ các nguồn tài nguyên tái tạo, chẳng hạn như tinh bột ngô, mía hoặc dầu thực vật. Quá trình sản xuất nhựa phân hủy sinh học tiêu tốn ít năng lượng và thải ra ít khí nhà kính hơn so với nhựa truyền thống. Ngoài ra, nhựa phân hủy sinh học có thể phân hủy tự nhiên trong môi trường trong vòng vài tháng hoặc vài năm, giúp giảm thiểu ô nhiễm.
So sánh tốc độ xuống cấp
Tốc độ xuống cấp của nhựa phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm thành phần hóa học của nhựa, điều kiện môi trường và sự hiện diện của vi sinh vật. Nhựa truyền thống có thể mất hàng trăm năm hoặc thậm chí hàng nghìn năm mới phân hủy nhựa hoàn toàn trong môi trường. Trong thời gian đó, nhựa có thể bị vỡ vụn thành các mảnh nhỏ, gọi là vi nhựa. Vi nhựa có thể xâm nhập vào chuỗi thức ăn và gây hại cho sức khỏe con người và các loài động vật.
Nhựa phân hủy sinh học có tốc độ xuống cấp nhanh hơn nhựa truyền thống. Một số loại nhựa phân hủy sinh học có thể phân hủy hoàn toàn trong vòng vài tháng hoặc vài năm. Tuy nhiên, tốc độ xuống cấp của nhựa phân hủy sinh học cũng phụ thuộc vào điều kiện môi trường. Ví dụ, nhựa phân hủy sinh học có thể phân hủy nhanh hơn trong điều kiện ẩm ướt và có nhiều vi sinh vật.
Nhựa phân hủy sinh học so với nhựa truyền thống
5. Những thách thức và định hướng tương lai
Nhựa phân hủy sinh học là giải pháp thay thế tiềm năng cho nhựa truyền thống, đồng thời giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, nhựa phân hủy sinh học vẫn phải đối mặt với một số thách thức, bao gồm:
Cách hiểu sai về nhựa phân hủy sinh học
Nhiều người cho rằng nhựa phân hủy sinh học là hoàn toàn thân thiện với môi trường và có thể tự phân hủy trong tự nhiên. Tuy nhiên, thực tế không phải như vậy. Nhựa phân hủy sinh học vẫn cần được xử lý trong các cơ sở xử lý rác thải sinh học chuyên dụng, nơi có đủ điều kiện để vi sinh vật phân hủy nhựa. Nếu nhựa phân hủy sinh học bị vứt bỏ ra môi trường, chúng có thể bị phân hủy một phần, nhưng vẫn có thể gây ô nhiễm môi trường.
Để giải quyết những quan niệm sai lầm này, cần có các hoạt động truyền thông, giáo dục nâng cao nhận thức của người dân về nhựa phân hủy sinh học. Các cơ quan quản lý cũng cần có các quy định chặt chẽ về việc phân loại và xử lý rác thải nhựa phân hủy sinh học.
Những tiến bộ trong nghiên cứu và đổi mới
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học và các doanh nghiệp đang nỗ lực phát triển các loại nhựa phân hủy sinh học có chi phí sản xuất thấp hơn và có tính chất vật lý và hóa học tương tự như nhựa truyền thống. Những tiến bộ trong nghiên cứu này có thể giúp nhựa phân hủy sinh học trở nên cạnh tranh hơn với nhựa truyền thống, từ đó thúc đẩy việc sử dụng nhựa phân hủy sinh học.
Một số tiến bộ đáng chú ý trong nghiên cứu và phát triển các loại nhựa phân hủy sinh học như:
- Được sản xuất từ các nguồn tài nguyên tái tạo giá rẻ, chẳng hạn như gỗ, tre hoặc thậm chí là rác thải nông nghiệp.
- Chịu được nhiệt độ cao và các điều kiện môi trường khắc nghiệt, giúp mở rộng phạm vi ứng dụng của nhựa phân hủy sinh học.
- Có thể được tái chế, giúp giảm thiểu lượng rác thải nhựa.
Những thách thức và định hướng tương lai
Theo EuroPlas .
