Phương pháp chuyển đổi CO2 thành nhựa sinh học, để ứng phó với biến đổi khí hậu

Đăng ngày 04/08/2023 Bởi AnEco

Hiện tượng nóng lên toàn cầu, do phát thải khí nhà kính trong đó chủ yếu là CO2, đang trở thành vấn đề cấp thiết hiện nay. Các hoạt động sản xuất hàng loạt và không bền vững của con người đang góp phần khiến tình trạng này trở nên tồi tệ hơn. Để giải quyết vấn đề này, chúng ta cần tìm đến giải pháp là nhựa sinh học, nhằm thay thế các sản phẩm truyền thống có nguồn gốc dầu mỏ gây ô nhiễm môi trường. 

Theo ghi nhận, công dân tại 19 quốc gia trên thế giới coi sự nóng lên toàn cầu là mối đe dọa lớn nhất mà đất nước họ phải đối mặt trong năm tới. Sự gia tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu, trái đất nóng lên đang làm gia tăng số ngày nắng nóng, những cơn bão, cháy rừng và các thảm họa thiên nhiên nghiêm trọng hơn. 

Nạn phá rừng bừa bãi, các hoạt động nông nghiệp không bền vững và việc tiêu thụ quá nhiều nhiên liệu hóa thạch là những hành động do con người gây ra, khiến sự nóng lên toàn cầu ngày càng nghiêm trọng. Mặc dù việc đốt nhiên liệu hóa thạch tạo ra nguồn năng lượng điện để chúng ta sử dụng, nhưng nó cũng thải ra khí nhà kính – chủ yếu là CO2 – tổng cộng là 5,891 triệu tấn vào năm 2020. 

Ngành sản xuất nhựa 

Sản xuất nhựa được coi là một ngành công nghiệp hoạt động dựa vào nhiên liệu hóa thạch. Với tốc độ sản xuất và tiêu thụ nhựa hiện nay, dự kiến đến năm 2050, chúng ta sẽ tạo ra 56 tỷ tấn, tương đương khoảng 13% tổng lượng khí thải carbon. Nhựa góp phần vào sự nóng lên toàn cầu bằng cách thải ra khí nhà kính ở mọi giai đoạn trong vòng đời của nó. 

Từ khởi đầu là nhiên liệu hóa thạch, nhựa được tạo ra từ quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch. Sau đó, nó được vận chuyển đến các địa điểm tinh chế và tinh chế bằng năng lượng thu được từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch. Các sản phẩm nhựa sau đó được phân phối tới người tiêu dùng và kết thúc vòng đời ở các bãi chôn lấp hoặc trung tâm tái chế sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Quá trình sản xuất và tiêu thụ nhựa đang làm gia tăng phát thải khí nhà kính, khiến tình trạng biến đổi khí hậu trở nên trầm trọng hơn và ảnh hưởng đến cuộc sống của hàng triệu người. 

Không khó để hiểu tại sao: Nhựa có nguồn gốc dầu mỏ, được chúng ta sử dụng hàng ngày, lại có tính bền, chịu nhiệt, không thấm nước, dễ tạo khuôn, không đắt đỏ, và được sử dụng rộng rãi trong ngành đóng gói. Do đó, nhựa được sản xuất hàng loạt, tiêu thụ và thải bỏ ngay lập tức, góp phần tạo ra 79% chất thải tích tụ tại các bãi chôn lấp vào năm 2015 và thải ra 850 triệu tấn khí nhà kính vào năm 2019. 

Sản xuất nhựa phân hủy sinh học từ các nguồn tài nguyên tái tạo 

Để đối phó với vấn nạn ô nhiễm nhựa và phát thải khí nhà kính, phòng thí nghiệm Bose đã sử dụng phương pháp tiếp cận liên ngành để sản xuất nhựa có khả năng phân hủy sinh học (nhựa sinh học), từ các nguồn tài nguyên tái tạo và không tạo ra dấu chân carbon. 

Polyhydroxybutyrate (PHB) thuộc nhóm polyme (PHA) có đặc tính tương tự như nhựa dầu mỏ, khiến nó trở thành ứng cử viên thích hợp để sản xuất nhựa sinh học. 

Không giống như nhựa dầu mỏ, PHB được sản xuất tự nhiên dưới dạng carbon nội bào để dự trữ năng lượng ở nhiều vi sinh vật. Vì những sinh vật này có thể khiến quá trình phân hủy PHB diễn ra nhanh hơn, nên nhựa sinh học có nguồn gốc PHB sẽ chỉ có thể tồn tại vài tuần trong các bãi chôn lấp, trong khi nhựa dầu mỏ có tuổi thọ lên tới hàng trăm đến hàng nghìn năm. Mặc dù PHB là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn, nhưng chi phí sản xuất cao và năng suất hiệu quả thấp khiến nó trở nên quá đắt đỏ đối với người tiêu dùng. 

Sáng kiến mới cho sản xuất nhựa sinh học 

Tại Phòng thí nghiệm Bose, các nhà nghiên cứu đang tiến hành các thí nghiệm trên vi khuẩn Rhodopseudomonas palustris (TIE-1), vi khuẩn này có bốn quá trình chuyển hóa chính xoay quanh việc cố định các nguồn carbon hữu cơ hoặc vô cơ để tạo ra PHB trong quá trình quang hợp. 

Ngoài nghiên cứu sơ bộ đầy hứa hẹn với TIE-1, các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Bose đang tìm hiểu những họ hàng xa của TIE-1: Rhodomicrobium vannielii và Rhodomicrobium udaipurense. Giống như TIE-1, những con bọ này rất linh hoạt trong quá trình trao đổi chất và có thể tạo ra PHB, khiến chúng trở thành ứng cử viên thích hợp cho quá trình sản xuất nhựa sinh học. 

Tuy nhiên, Rhodomicrobium dường như chuyển đổi electron thành PHB hiệu quả hơn TIE-1 khi được nuôi cấy trong cùng điều kiện, do đó có khả năng giảm chi phí đầu vào. Tuy nhiên, các công cụ để nghiên cứu những vi sinh vật này vẫn còn khá hạn chế.  

Mặc dù việc thiếu công cụ khiến việc nghiên cứu trở nên khó khăn hơn, nhưng điều đó cũng có nghĩa là những sinh vật này có rất nhiều tiềm năng một khi chúng ta phát triển thành công các công cụ di truyền. Hiệu suất điện tử vượt trội của Rhodomicrobium so với TIE-1 cho thấy điều quan trọng là phải nghiên cứu các sinh vật mới, vì chúng có thể là một giải pháp thay thế đáng tin cậy và có giá thành rẻ hơn so với các sinh vật mẫu trong khi quá trình sản xuất nhựa sinh học.  

(Nguồn Open Access Government: https://www.openaccessgovernment.org/article/convert-co2-to-bioplastics-in-the-age-of-global-warming/162852/)