Vi khuẩn có thể giúp phân hóa rác thải nhựa, làm sạch môi trường

Nhựa được nhắc đến rất nhiều trong thời gian gần đây, do sự tàn phá môi trường ngày càng lan rộng đối với thế giới tự nhiên. Thế giới xung quanh hầu như không còn nơi nào thoát khỏi sự xâm lấn của loại vật liệu nhân tạo này, chế phẩm nhựa được tìm thấy ở những nơi xa xôi nhất trên biển băng Nam Cực, đến vực sâu nhất dưới đáy đại dương.

Bao bì là một trong những ngành công nghiệp lớn nhất tiêu thụ nhựa đáng kinh ngạc, gần 40% chế phẩm nhựa được sản xuất hoàn toàn cho mục đích đóng gói. Điều tự nhiên là, bao bì sau khi phục vụ cho mục đích đóng gói một vật phẩm như một chiếc điện thoại, áo mới hay thực phẩm, sau khi mở ra lập tức được tống vào thùng rác.

Một trong những loại nhựa được sản xuất hàng loạt cho mục đích này là polyetylen terephthalate (PET). Chỉ riêng hạt nhựa loại này chiếm khoảng 33Mt. lượng nhựa sản xuất hàng năm trên toàn cầu.

Tái chế lại PET tiêu hao nhiều năng lượng, một số phương pháp phân hủy sinh học cũng cần nhiên liệu do thông thường, PET phải được xử lý trước trong môi trường nhiệt độ và áp suất rất cao. Thực tế này gây áp lực lên nhu cầu năng lượng, và tác động trực tiếp đến môi trường.

Để giải quyết sự bền vững của PET, một nhóm các nhà khoa học Đức tìm cách vượt qua khó khăn này trong một nghiên cứu được chính phủ Đức hỗ trợ. Nhóm nghiên cứu chuyển hướng sang phương pháp tự nhiên để phá vỡ cấu trúc và tái chế PET bằng giải pháp sử dụng các enzyme (men xúc tác sinh học) được tạo ra bởi vi khuẩn.

Nhóm nghiên cứu đã nuôi cấy vi khuẩn Bacillus megaterium, những trực khuẩn này tạo ra một loại hydrolase polyester ưa nhiệt, TfCut2; đây là một loại enzyme hữu cơ phù hợp để phá vỡ các cấu trúc vật liệu như PET.

Động lực chính cho phương pháp tiếp cận vấn đề này là ý tưởng tái chế các polymer như PET được thực hiện bằng giải pháp thu hồi các monome (một đơn vị của cấu trúc đa phân tử) của polymer làm nguyên liệu thô, sau đó sử dụng lại các nguyên liệu thô này để sản xuất ra các polyme từ ban đầu. Thành công này sẽ tạo ra vòng tròn khép kín, ổn định trong ngành nhựa. TfCut2, như đã diễn ra thực tế trong phòng thí nghiệm, là một enzyme tuyệt vời để thực hiện chu trình khép kín trong ngành nhựa này.

Trong thực nghiệm, các nhà nghiên cứu Đức nhận thấy rằng, khi tiến hành xử lý PET bằng chất xúc tác hữu cơ TfCut2 và ủ trong nhiệt độ khoảng 70°C trong bốn ngày, lượng polymer giảm hơn một nửa trọng lượng, cho thấy sự phá hủy thành phần polymer trên diện rộng trong điều kiện môi trường tương đối nhẹ nhàng.

Nhưng sau bốn ngày, tốc độ phân hủy của polymer suy giảm. Sự cố này có nguyên nhân từ những thay đổi cấu trúc của chuỗi polymer trong quá trình phân rã nhiệt, trong đó cái gọi là phần vô định hình động (MAF) được thay thế bằng phần vô định hình cứng (RAF). Chất xúc tác hữu cơ TfCut2 có kết quả tốt hơn với MAF khi phân hủy PET.

Các tác giả của nghiên cứu kết luận: Những kết quả thí nghiệm này rất quan trọng nếu sử dụng phương thức tiếp cận sử dụng enzyme để tái chế polymer trên quy mô công nghiệp;

Phát hiện của chúng tôi cho thấy cần thiết phải có các enzyme có hiệu suất thủy phân cao để phá hủy PET vô định hình và tinh, không chỉ nhằm mục đích giảm chi phí năng lượng và giảm thời gian quá trình tái chế mà còn nhằm mục đích giảm tổn thất chuyển đổi, bắt nguồn từ sự phân hủy polymer suy giảm do hậu quả sự lão hóa vật lý đi cùng PET trong quá trình phân rã bằng enzyme.

Các nhà khoa học Đức hy vọng rằng, đây chỉ là kết quả ban đầu, khi đầu tư nhiều công sức nghiên cứu hơn về phương pháp tái chế thân thiện với môi trường, vấn đề rác thải nhựa trong môi trường hiện nay có thể được giảm thiểu đáng kể.

Nhưng vấn đề rác thải nhựa chỉ có thể được giảm thiểu đến mức chấp nhận được khi những nỗ lực khác ngoài ngành tái chế được thực hiện triệt để nhằm giảm sử dụng vật liệu nhựa và giảm xả thải môi trường nói chung. Kỹ thuật tái chế thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí không có tác dụng nhiều nếu con người tiếp tục xả hàng tấn nhựa PET xuống sông hồ, đại dương hoặc các khu vực rẻo cao, rừng núi, những khu vực khó thu gom để tái chế.

Những vấn đề ô môi trường bị nhiễm nhựa và những vật liệu bền vững có nguyên nhân đa yếu tố và rất phức tạp, liên quan đến các lĩnh vực then chốt như kinh tế, xã hội và văn hóa. Ngoài việc thúc đẩy nghiên cứu sử dụng các nguồn tự nhiên như vi khuẩn xử lý chất thải nhựa và ô nhiễm môi trường từ các vật liệu bền vững, các nhà lãnh đạo đất nước, các bộ ngành chức năng, doanh nghiệp và cộng đồng xã hội phải hiểu rõ vấn đề then chốt, vì sao càng ngày, chúng ta càng lún sâu vào rác thải như ngày nay?