Triển vọng cho Bao Bì Thân Thiện Môi Trường - TsKH Trần Quang Thắng

  • www.doanhtri.net
  • 28-04-2021
  • 857 lượt xem
Các sản phẩm thân thiện với môi trường 2021
 
Sản xuất nhựa tổng hợp là một trong những lĩnh vực phát triển nhanh nhất của ngành công nghiệp toàn cầu. Mặc dù thực tế là nhựa đã được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày trong 100 năm, nhưng việc bắt đầu sản xuất quy mô lớn bắt đầu từ năm 1950.
 
Khoảng 80% tổng lượng nhựa sử dụng toàn cầu là nhựa hóa dầu, chẳng hạn như polyvinyl clorua (PVC), polyetylen (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS) và polyethylene terephthalate (PET) (Hình 1). Mặc dù vật liệu nhựa là một phần không thể thiếu của nền kinh tế toàn cầu, nhưng không thể bỏ qua các vấn đề liên quan đến ứng dụng rộng rãi của chúng. Sự tích tụ rác thải nhựa xảy ra trong môi trường biển và trên
mặt đất. Người ta ước tính rằng mỗi năm, có đến 20 triệu tấn nhựa bị rò rỉ ra đại dương.
 
Hạn chế chính của nhựa làm từ dầu mỏ thông thường là chúng bị phân mảnh dưới các yếu tố phi sinh học (bức xạ UV, nhiệt độ, căng thẳng vật lý) trong thời gian dài, và chúng không thể bị phân hủy hoàn toàn và đồng hóa bởi vi sinh vật (các yếu tố sinh học) trong quá trình phân hủy sinh học. Các đặc điểm quan trọng chịu trách nhiệm về khả năng chống phân hủy sinh học của nhựa bao gồm cấu trúc polyme chuỗi dài, khối lượng phân tử cao không thể được vận chuyển qua màng tế bào của vi sinh vật nên trước tiên phải được khử phân tử thành các monome nhỏ hơn để sau đó được đồng hóa bởi quá trình trao đổi chất nội bào, thiếu nhóm chức thuận lợi, tính kỵ nước và tính kết tinh. Do hầu hết các loại nhựa hóa dầu không thể phân hủy sinh học, nên các loại nhựa phân hủy sinh học mới (BPs) đã được phát triển và một số trong số chúng đã được đưa ra thị trường. Ngày nay, có rất nhiều sản phẩm có sẵn (chai, bao bì) được làm từ nhựa phân hủy sinh học như poly (axit lactic) (PLA), poly (ε-caprolactone) (PCL), poly (butylene succinate) (PBS), hoặc
poly (butylene succinate-co-butylene adipate) (PBSA). Nhựa có thể phân hủy sinh học, có thể được phân loại là dựa trên sinh học hoặc dựa trên hóa dầu, có thể bị vi sinh vật phân hủy theo cách thân thiện với môi trường, dẫn đến sự phân mảnh của vật liệu thông qua các hoạt động của enzym vi sinh vật và sự phân cắt liên kết.
 
Các nguồn chính của chất thải nhựa tổng hợp trong môi trường biển là chất thải từ du lịch ven biển, đánh bắt cá, công nghiệp biển và sản xuất các sản phẩm nhựa có thể nguy hiểm cho môi trường tự nhiên do tích tụ trong các sông và đại dương, do kết quả của sự phân hủy phi sinh học của nhựa thông thường do bức xạ UV, oxy, nhiệt độ và ứng suất vật lý gây ra, các nhựa kích cở lớn bị phân hủy từ từ tạo ra các hạt vi nhựa có thể lan truyền trên một khoảng cách xa do lưu thông lớp bề mặt đại dương do gió điều khiển. Cũng có một mối lo ngại rằng nhựa là một nguồn chứa các hóa chất độc hại như polychlorinated biphenyls hoặc phthalates và bisphenol A. Những chất ô nhiễm này cũng có ảnh hưởng đáng kể đến hệ động vật biển do gây vướng víu, làm nghẹt thở và trở ngại tiêu hóa ở chim, cá, động vật có vú, và rùa. Theo nghiên cứu của Viện Alfred Wegener, 1506 loài bị ảnh hưởng bởi mảnh nhựa.
 
Sự gây bẩn sinh học bao gồm năm giai đoạn chính: hấp phụ, cố định, hợp nhất, đóng vón vi mô và đóng vón hạt to. Vi khuẩn rất quan trọng đối với quá trình tạo màng sinh học vì chúng tham gia vào quá trình xâm chiếm chủ yếu trên các bề mặt trong quá trình tạo đóng vón vi mô sơ cấp. Kết vón vi mô trải qua hai bước, sơ cấp (khuẩn lạc sơ cấp, vi khuẩn và tảo đơn bào) và xâm thực thứ cấp, rác trong trầm tích có thể tồn tại trong một thời gian dài, vì tỷ lệ phân rả có thể thấp hơn do nhiệt độ môi trường thấp (0–4°C), năng lượng đầu vào thấp và không có ánh sáng mặt trời, so với nhựa có trong nước mặt, dễ bị phân hủy hơn. Đặc biệt, việc giảm phân phối ánh sáng UV có thể có tác động lớn nhất do vai trò quan trọng của nó trong việc bắt đầu quá trình oxy hóa. Hơn nữa, mức độ ôxy trong trầm tích biển sâu có thể khá thấp hoặc có thể hoàn toàn thiếu ôxy. Cần lưu ý rằng trái ngược với các hạt nhựa lớn ảnh hưởng đến cá và chim, tùy thuộc vào nồng độ, các mảnh vi nhựa có thể là mối đe dọa đối với các sinh vật do gây ra mức độ dinh dưỡng bị ức chế hơn cho động vật phù du và các con trai. Các vi hạt nổi (<1 mm) có thể dễ dàng bị động vật phù du ăn vào và sau đó chúng bị tiêu hóa cùng với các viên phân của chúng. Những viên này là nguồn thức ăn cho các sinh vật biển, tạo thành vật trung gian để vận chuyển theo phương thẳng đứng nhanh hơn.
 
Cho đến nay, nhiều nghiên cứu phân hủy sinh học PE đã khảo sát những thay đổi về đặc tính lý-hóa và sự suy giảm cấu trúc bằng cách sử dụng các kỹ thuật như FTIR (Fourier transform infrared), DSC (Differential Scanning Calorimetry), XRD (X-ray Diffraction), SEM (Scanning electron microscopy), AFM (atomic force microscope), v.v. Cần phải cung cấp bằng chứng cụ thể và đáng tin cậy về sự phân hủy sinh học của PE để giảm thiểu các giả tượng được hình thành từ sự phân hủy của các chất phụ gia chứ không phải PE. Do đó, nghiên cứu sắp tới nên được thực hiện bằng PE không chứa chất phụ gia. Ngoài ra, sự phân hủy 13C-polyethylen được đề xuất cho thấy sự hình thành của các chất chuyển hóa được dán nhãn 13C bao gồm phát thải CO2, tăng dần trong thời gian ủ. Các nghiên cứu sâu hơn về cơ chế phân hủy enzym sẽ làm nổi bật con đường phân hủy sinh học hiệu quả PE ở cấp độ phân tử.
 
Các vi sinh vật đất và nấm sợi khác nhau được phát hiện sử dụng carbon từ mỗi đơn vị monome của PBAT làm nguồn carbon và năng lượng. Việc phân tích phân lấy ra từ ấu trùng ăn xốp được thực hiện bằng cách sử dụng phổ cộng hưởng từ hạt nhân quay tròn phân cực chéo / góc ma thuật 13C (CP / MAS NMR), cho thấy 47,7% cacbon trong hạt xốp được chuyển hóa thành CO2 và 49,2% dư lượng được bài tiết dưới dạng phân với chỉ 0,5% kết hợp vào sinh khối. Trong một nghiên cứu khác, 1320 oligome bị oxy hóa từ màng PE trước và sau khi phân hủy sinh học với R. rhodochrous đã được đặc trưng bởi phổ MS và cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) [30]. Chủng có thể đồng hóa 95% các oligomer hòa tan sau 240 ngày.
 
Như thế, việc lựa chọn bao bì tự hủy hoàn toàn theo cơ chế sinh học như tinh bột hay bao bì PE, PS, PP, PET có chất phụ gia giúp phân hủy thành mảnh cực nhỏ đều có ý nghĩa lớn trong việc hạn chế ô nhiễm môi trường trầm với nhựa dẽo hóa dầu rất khó phân hủy. Biện pháp hạn chế là phải bằng biện pháp hành chính áp thuế môi trường rộng rải trên các loại bao bì hóa dầu. Cần lưu ý là theo một nghiên cứu mới nhất trên thế giới đã đề xuất một giải pháp sẽ là một loại nhựa có thể phân hủy sinh học thực sự, thay vì chỉ biến một mảnh nhựa thành nhiều mảnh nhỏ hơn - trước khi nó trôi xuống sông và vào đại dương. Mặc dù nó có thể được tái chế theo cách thông thường, nhưng điều hơn thế nữa là - nếu nó được vứt bỏ dưới dạng rác, nó sẽ phân hủy thành sáp vô hại trong vài tháng. Vi khuẩn và nấm sẽ tiêu hóa những chất sáp này, phân hủy chúng thành carbon dioxide, nước và nhiều vi khuẩn hơn. Điều quan trọng là không có mảnh vi nhựa nào bị bỏ lại.
 
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm mô phỏng các điều kiện thực tế xung quanh, sáp polyethylene sẽ trở lại tự nhiên trong 226 ngày và sáp polypropylene trong 336 ngày. phụ gia quan trọng đó chứa khoảng một tá thành phần khác nhau, bao gồm dầu, cao su và chất hút ẩm được trộn với polyme thông thường ở giai đoạn sản xuất bao bì nhựa. Nó có dạng viên hình bầu dục, dài khoảng nửa cm và rộng nửa cm - được biết đến trong ngành công nghiệp bằng thuật ngữ chung 'masterbatch'. Sau khi tiếp xúc với các nguyên tố, phụ gia sẽ kích hoạt quá trình xúc tác, cắt các liên kết trong chuỗi polyme để tạo ra các hợp chất hóa học nhỏ hơn. Sau đó, ánh sáng, không khí và độ ẩm đều có thể tác động lên nhựa cho đến khi nó trở thành một loại sáp, sau đó vi khuẩn và nấm sẽ tiêu hóa.
 
Khoa học không ngừng tiến hóa và hoàn thiện, chúng ta hoàn toàn có thể tin tưởng là trong vài năm tới vấn đề rác thải nhựa sẽ được giải quyết thật căn cơ, và khi được sản xuất nhựa phân hủy hoàn toàn từ nhựa phân hủy tự nhiên hay nhựa phân hủy hoàn toàn bằng phụ gia mới, loại nào có giá cả cạnh tranh hơn và đáp ứng tốt cho nhu cầu đa dạng khách hàng, loại nhựa đó sẽ được tiêu thụ phổ biến hơn.
 
TsKH Trần Quang Thắng     
www.doanhtri.net
 

Xem thêm Doanh nghiệp