Hiện tại, trên thế giới hiện hữu ba loại nhựa sinh học chính, trong đó nhựa sinh học có khả năng phân huỷ sinh học là vật liệu có nguồn gốc làm từ nguyên liệu tái tạo. Loại nhựa phân huỷ sinh học này gồm có polylactic acid (PLA) và polyhydroxyalkanoate (PHA).
Nhựa phân hủy sinh học PLA là một loại nhựa sinh học nhiệt dẻo có nguồn gốc từ thực vật như bột ngô, củ sắn, mía, tinh bột khoai tây,.. Vì thế chúng có khả năng tự phân hủy và được sử dụng để sản xuất các đồ dùng hàng ngày như bao bì đựng thực phẩm, khay đựng, cốc, chén, màng thực phẩm gói rau, dụng cụ y tế,…
Nhựa phân huỷ sinh học PLA có khả năng phân huỷ hoàn toàn
Nhựa phân hủy sinh học PLA được sản xuất bằng phương pháp trùng ngưng axit lactic. Các nhà nghiên cứu và sản xuất sẽ lên men đường lấy từ nguồn nguyên liệu tái tạo như tinh bột ngô, bột sắn hột, mía đường, tinh bột khoai tây… để thu lấy axit lactic.
Quy trình sản xuất:
- Ngô sau khi thu hoạch được ngâm và xay để nội nhũ có thể tách ra khỏi gluten và chất xơ của ngô.
- Các enzym được thêm vào tinh bột trong nội nhũ, chuyển chúng thành đường, dextrose.
- Vi khuẩn lactobacilli được thêm vào để lên men các loại đường đó thành axit lactic, tương tự như quá trình sản xuất bia hoặc dưa chua lên men tự nhiên.
- Quá trình lên men này tạo ra các phân tử lactide, liên kết thành chuỗi dài – polyme.
- Kết quả của quá trình là những viên nhựa poly lactic acid, có thể được chế biến thành nhiều dạng hoặc kích cỡ khác nhau.
Quy trình sản xuất nhựa phân huỷ sinh học PLA
Theo giáo sư Bert Sels của Trung tâm xúc tác và hóa học bề mặt thì axit lactic được đưa vào một lò phản ứng và được trùng ngưng thành “lactide” trong môi trường chân không và điều kiện là nhiệt độ cao. Sau đó, lactide này dưới tác dụng của xúc tác và nhiệt độ phân giải ra thành chuỗi và liên kết với nhau tạo ra PLA. Trong quá trình sản xuất nhựa PLA, người ta vẫn sử dụng xúc tác kim loại sinh ra rác thải trong các bước trung gian (bước tạo ra lactide).
Ngày nay, để tăng hiệu quả kinh tế, các nhà khoa học đã đưa ra ý tưởng sử dụng zeolite (một khoáng chất xốp được tạo ra từ nhôm, oxy, silic) làm chất xúc tác trong lò phản ứng để dẫn đường cho quá trình chuyển đổi từ axit lactic thành lactide. Kim loại sinh ra rác thải trong các bước trung gian được loại bỏ.
Theo nghiên cứu sinh sau Tiến sĩ Michiel Dusselier thì “Bằng cách lựa chọn một dạng zeolite cụ thể dựa trên hình dạng lỗ của nó, chúng tôi có thể chuyển đổi axit lactic thành các khối xây dựng cho PLA mà không tạo ra sản phẩm phụ lớn hơn không vừa với lỗ của zeolite”.
Với cách sản xuất như trên nhựa phân hủy sinh học PLA có một số ưu, nhược điểm sau:
- Thân thiện môi trường và an toàn với sức khoẻ con người nhờ có nguồn gốc từ nguyên liệu tái tạo như tinh bột ngô, củ sắn, mía, tinh bột…
- Tốt cho môi trường đất và cây trồng sau phân huỷ. Sau thời gian sử dụng, các vi sinh vật phân hủy nhựa phân huỷ sinh học PLA thành sinh khối tại các nhà máy xử lý rác thải và được dùng như phân bón vi sinh trên cây trồng.
- Ở điều kiện thích hợp, dưới tác động của vi sinh vật, nhựa PLA có thể phân hủy thành carbon dioxide, nước, mùn sinh học tốt cho cây và không gây ô nhiễm môi trường.
- PLA không tạo ra các chất bay hơi độc hại khi đốt như các loại nhựa truyền thống thường có nên không gây ô nhiễm môi trường.
- PLA có thời gian phân hủy ngắn, chỉ vài tháng hoặc vài năm. Trong khi thời gian phân hủy của nhựa truyền thống có thể lên đến hàng trăm năm, hàng nghìn năm. Vì thế, PLA tạo ra được những tác dụng tích cực lên môi trường, không như các loại nhựa truyền thống.
Ưu và nhược điểm của nhựa phân huỷ sinh học PLA
- Việc sản xuất phụ thuộc nhiều vào vùng nguyên liệu: Bởi các nhà máy sản xuất nhựa phân hủy sinh học PLA cần được đặt gần vùng nguyên liệu như những cánh đồng bắp, sắn, mía hoặc củ cải đường… lớn.
- Nhựa PLA chỉ có thể phân hủy trong điều kiện xử lý công nghiệp: Phần lớn các sản phẩm có sử dụng PLA đều có đặc điểm này, chúng sẽ phân hủy ở những điều kiện nhiệt độ, vi sinh vật… đạt tiêu chuẩn nhất định.
- Nhựa phân huỷ sinh học PLA nếu xử lý không đúng cách có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng nhựa tái chế: Nhựa PLA nếu lẫn với các nguyên liệu tái chế sẽ gây ảnh hưởng lên chất lượng sản phẩm sau khi tái chế.
- Chưa có nhiều nhà sản xuất PLA ở quy mô công nghiệp và sản lượng PLA hiện nay đang trong tình trạng cung không đủ cầu.
- Việc sản xuất nhựa phân huỷ sinh học PLA trong quy mô công nghiệp đòi hỏi công nghệ cao, chi phí nhiều nên giá thành cao hơn các loại nhựa có nguồn gốc hóa thạch như PA, PE, PP,…
