Ích lợi môi trường từ các sản phẩm polyme tự hủy

ThienNhien.Net – Vật liệu polyme phân hủy sinh học là một trong những giải pháp quan trọng trong việc làm giảm lượng chất thải rắn polyme vốn rất khó phân hủy trong môi trường. Tuy đã ứng dụng thành công trong thực tế nhưng hiện các sản phẩm polyme phân hủy sinh học chưa được phổ biến rộng rãi. Để giúp độc giả hiểu sâu hơn về vấn đề này, ThienNhien.Net đã có cuộc trò chuyện với PGS.TS Phạm Thế Trinh, Phó Viện trưởng Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam, người có nhiều kinh nghiệm trong việc sản xuất vật liệu polyme phân hủy sinh học, tác giả công trình “Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu polyme phân hủy sinh học”, một trong những công trình đạt Giải thưởng sáng tạo KHCN Việt Nam năm 2009 trong lĩnh vực Công nghệ vật liệu.

PV:  Trước tiên, xin TS chia sẻ đôi điều về khái niệm, tính năng cũng như quá trình nghiên cứu loại vật liệu đặc biệt này?

PGS.TS Phạm Thế Trinh: Vật liệu polyme phân hủy sinh học được chế tạo từ một số nhựa chính như LDPE (polyethylene tỷ trọng thấp) và tinh bột, đặc biệt là tinh bột sắn. Ngoài ra, còn có sự tham gia của nhiều chất khác như chất trợ phân tán, trợ tương hợp, chất phụ gia phân hủy (gồm phụ gia quang hóa và phụ gia ôxy hóa). Tất cả những chất đó cấu thành nhựa hạt phân hủy hay còn gọi là mầm phân hủy.

Quá trình nghiên cứu vật liệu polyme phân hủy sinh học khá công phu, phải thực hiện rất nhiều lần mới có thể tạo thành mầm phân hủy (còn gọi là nhựa hạt tự phân hủy), mầm phân hủy sau đó được phối trộn thêm nhựa PE nguyên chất để tạo ra các sản phẩm ứng dụng. Tùy vào yêu cầu của khách hàng về thời gian phân hủy đối với từng loại sản phẩm (màng phủ nông dụng, bầu ươm cây giống, bao bì túi đựng…) mà các loại sản phẩm đó sẽ được sản xuất với những cách phối liệu khác nhau.

PV: Từ những năm 2000 Viện đã bắt đầu nghiên cứu về vật liệu polyme phân hủy sinh học, vậy TS có thể cho biết rõ hơn về những kết quả đạt được trong từng giai đoạn nghiên cứu?

PGS.TS Phạm Thế Trinh: Viện chúng tôi bắt đầu nghiên cứu về vật liệu polyme phân hủy sinh học từ năm 2000 nhưng đây mới là giai đoạn nghiên cứu thăm dò.

Từ năm 2002 – 2004 (giai đoạn 1), chúng tôi thực hiện đề tài cấp Nhà nước KC-02-09 và đã thu được những kết quả khả quan. Trong giai đoạn này, chúng tôi chế tạo thành công nhựa hạt tự hủy, màng mỏng, bầu ươm cây giống, bao bì túi đựng tự hủy… và ứng dụng thực tiễn tại ba nông trường ở Hòa Bình, Thái Nguyên, Ninh Thuận. Sau đó, chúng tôi có kết hợp với một số doanh nghiệp tổ chức sản xuất với số lượng lớn và cung cấp  sản phẩm màng phủ nông dụng, bầu ươm cây, bao bì túi đựng tự hủy cho các cơ sở đặt hàng.

Hình 1: Các sản phẩm và bán sản phẩm của vật liệu polyme tự phân hủy (Ảnh do nhân vật cung cấp)

Giai đoạn 2 (2006 – 2009), chúng tôi tập trung nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme phân hủy sinh học trên cơ sở Polylactic axit (PLA), Polyglycolic axit (PGA) và sản phẩm đồng trùng ngưng của chúng (PLGA).

Sản phẩm tạo ra từ quá trình lên men tinh bột sắn (để tổng hợp PLA).  Sản phẩm của đề tài có độ bền cơ lý tốt, có khả năng phân hủy hoàn toàn tới Monome, CO₂ và H₂O, có khả năng tương hợp sinh học tốt, không độc, thích hợp ứng dụng trong lĩnh vực y tế (như vật liệu cấy ghép xương (implant), cấy ghép mô, chỉ khâu tự tiêu, hệ giải phóng thuốc theo cơ chế nhả chậm…).

PV: Như vậy là ở mỗi giai đoạn nghiên cứu, các sản phẩm thu được có mức độ phân hủy khác nhau, xin TS  lí giải cụ thể điều này?

PGS.TS Phạm Thế Trinh: Đúng vậy, cần phân biệt rõ hai quá trình sản xuất polyme phân hủy sinh học. Loại thứ nhất đi từ nhựa LDPE (polyethylene tỷ trọng thấp) và tinh bột có  sự tham gia của phụ gia phân hủy, phụ gia quang hóa, phụ gia tương hợp, chất trợ phân tán, chất liên kết… Sản phẩm ở giai đoạn này là sản phẩm ở dạng mảng mỏng, bầu ươm cây, túi mua hàng…. Quá trình phân hủy của chúng sau sử dụng chỉ dừng lại ở mức độ đứt mạch hidrocacbon, sản phẩm phân hủy dưới dạng mảnh vụn (phân hủy thế hệ 1) hoặc dưới dạng bột mịn (phân hủy thế hệ 2), nhưng xét về mặt hóa học thì chưa thể coi là phân hủy hoàn toàn đến CO₂ và H₂O.

Hình 2: Quá trình phân hủy của màng polyme tự phân hủy sau 2 tuần; 3 tuần; 1 tháng và 3 tháng (Ảnh do nhân vật cung cấp)

Loại thứ hai cũng bắt đầu từ nguyên liệu là tinh bột sắn nhưng sau đó chúng được chuyển thành lactic axit rồi tổng hợp thành polylactic axit. Sản phẩm loại  này có khả năng phân hủy hoàn toàn đến Monome, CO₂ và H₂O, (còn gọi là phân hủy thế hệ 3).

Hai quá trình sản xuất vật liệu polyme phân hủy sinh học trên đều có thể cho ra sản phẩm dạng màng mỏng, sợi, hạt…, tuy nhiên mục đích sử dụng các sản phẩm lại hoàn toàn khác nhau, một  hướng ứng dụng vào nông nghiệp và nhu cầu sinh hoạt đời sống hàng ngày, như bao bì, túi đựng…, một hướng dùng để chế tạo vật liệu chất lượng cao, ứng dụng trong ngành y tế (như chỉ khâu tự tiêu, cấy ghép mô, cấy ghép xương, hệ giải phóng thuốc…).

PV: Xin TS cho biết các dạng sản phẩm cụ thể mà Viện Hóa học Công nghiệp đã sản xuất được tính cho đến nay?

PGS.TS Phạm Thế Trinh: Sau khi chế tạo thành công nhựa hạt tự phân hủy ở giai đoạn 1, nhóm nghiên cứu đã sản xuất ra ba dạng sản phẩm chính có thể ứng dụng trong thực tế là màng phủ nông dụng, bầu ươm cây và bao bì, túi đựng các loại.

Từ trước đến nay, bà con vẫn thường dùng màng phủ nông dụng trên cơ sở màng mỏng PE (ta vẫn quen gọi là túi ni-lông nhưng thực chất là túi PE) để che phủ đất cho hoa màu nhằm giữ độ ẩm, hạn chế cỏ dại, chống xói mòn đất. Tuy nhiên, sau 3-6 tháng sử dụng, loại màng này thường bị rách, rất khó phân hủy, ảnh hưởng đến môi trường canh tác và gây ô nhiễm. Vì thế, Viện đã nghiên cứu và đưa màng phủ nông dụng vào thay thế cho loại màng phủ khó phân hủy này.

Chỉ sau một khoảng thời gian sử dụng nhất định (3, 6 hoặc 9 tháng) tùy thuộc vào từng loại cây trồng, loại màng phủ nông dụng này sẽ tự phân hủy thành dạng bột, trôi vào trong đất. Một số nghiên cứu trước từng sản xuất màng nông dụng nhưng mới chỉ dừng lại ở việc phân hủy thành dạng mảnh chứ không thành dạng bột như sản phẩm mà Viện đã làm. Loại sản phẩm này tuy không phân hủy hoàn toàn đến CO₂ và H₂O nhưng về cơ bản, chúng không ảnh hưởng gì đến chất đất, ngược lại còn giúp làm tăng độ xốp cho đất và không gây ô nhiễm môi trường.

Loại sản phẩm thứ hai là bầu ươm cây cũng có nhu cầu sử dụng ngày càng lớn, chủ yếu là các nông trường và trạm ươm giống. Trong khi đó, loại sản phẩm thứ ba – túi mua hàng có phạm vi sử dụng hạn chế hơn do người tiêu dùng vẫn chủ yếu lựa chọn túi nhựa PE.

PV: Các dạng sản phẩm được chế tạo từ polyme phân hủy sinh học hiện đang được ứng dụng chủ yếu trong mảng nông nghiệp, vậy với lĩnh vực y tế thì sao, thưa ông?

PGS.TS Phạm Thế Trinh: Ngoài ba dạng sản phẩm trên,Viện chúng tôi dự định sẽ sản xuất thử một số loại sản phẩm chất lượng cao trên cơ sở nhựa PLA, PGA và PLGA nhằm mục đích ứng dụng trong lĩnh vực Y tế như: chất cấy ghép xương, cấy ghép mô, chỉ khâu tự tiêu, hệ giải phóng thuốc…

Ngành y tế  yêu cầu chất liệu, vật liệu khắt khe hơn vì nó ứng dụng cho con người nên đòi hỏi nguyên liệu không có độc tố. Hiện Viện đã tổng hợp thành công polylactic axit từ lactic axit rồi đồng trùng hợp với polyglycolic axit để tạo thành sản phẩm đồng trùng hợp polylactic glycolic axit. Sản phẩm này có độ bền cao, có tính tương thích với cơ thể người và có khả năng phân hủy rất tốt. Nếu ứng dụng trong y tế thì sẽ dùng để sản xuất chỉ khâu tự tiêu, chất cấy ghép xương, cấy răng giả, cấy mô, da nhân tạo… Tuy nhiên, để ứng dụng trong lĩnh vực y tế thì phải qua công đoạn thử lâm sàng trên động vật và người, cần nhiều thời gian và kinh phí nghiên cứu.

PV: Quá trình liên hệ, giới thiệu và trao đổi sản phẩm với các doanh nghiệp được Viện thực hiện như thế nào, thưa TS?

PGS.TS Phạm Thế Trinh: Ngay khi chế tạo thành công các dạng sản phẩm ở giai đoạn 1, chúng tôi đã tổ chức hội thảo giới thiệu tính năng, vật liệu và khả năng áp dụng các sản phẩm cho các doanh nghiệp, đồng thời trao đổi về khả năng hợp tác sản xuất sản phẩm. Cụ thể, Viện sẽ cung cấp nhựa hạt tự hủy và hướng dẫn doanh nghiệp cách pha trộn với nhựa truyền thống để thổi thành các loại màng mỏng khác nhau, phía doanh nghiệp  tự tổ chức khâu giới thiệu và bán sản phẩm. Hiện có khoảng 12-15 doanh nghiệp đăng kí sử dụng nguyên liệu mầm phân hủy của Viện để sản xuất ra bao bì, túi đựng, bầu ươm cây…, các doanh nghiệp chủ yếu tập trung ở các khu vực lân cận như Vĩnh Phúc, Bắc Giang, Hưng Yên…

Hình 3: Màng phủ polyme tự phân hủy cho cam tại nông trường Thanh Hà, Hòa Bình và bầu ươm cây giống tự phân hủy dùng cho cây chè tại nông trường chè Thái Nguyên (Ảnh do nhân vật cung cấp)

PV: Các sản phẩm polyme phân hủy sinh học liệu có thể được sử dụng lại?

PGS.TS Phạm Thế Trinh: Nói chung là sản phẩm đã sử dụng rồi thì không nên sử dụng lại, muốn sử dụng lại thì phải xử lý lại mà xử lý lại thì rất tốn kém, vì thế người ta mới chế tạo ra loại sản phẩm chỉ dùng một lần. Nếu sản phẩm đã phân huỷ ở giai đoạn cuối rồi thì cũng không còn gì nữa để sử dụng lại.

PV: Tính chất sử dụng một lần có thể khiến người tiêu dùng e ngại khi sử dụng sản phẩm từ vật liệu polyme phân hủy sinh học. Nếu áp dụng sử dụng đại trà loại sản phẩm này, liệu chúng ta có gặp khó khăn gì về công nghệ hay vấn đề tài chính?

PGS.TS Phạm Thế Trinh: Không riêng gì sản phẩm từ vật liệu polyme phân hủy sinh học mà ngay màng polyme truyền thống khó phân hủy thì cũng chỉ dùng được một lần hoặc nhiều hơn không đáng kể. Khi đã dùng qua một lần rồi thì chúng rất dễ rách và vỡ. Hơn nữa, sử dụng vật liệu polyme phân hủy sinh học còn giúp giải quyết được vấn đề môi trường, có ý nghĩa xã hội và môi trường rất lớn.

Về công nghệ thì không gặp vấn đề gì lớn, chỉ cần bổ sung một vài thiết bị khi chế tạo nhựa hạt phân hủy. Các doanh nghiệp hiện nay đều có thiết bị này, thậm chí các cơ sở tư nhân cũng có thể tự sản xuất được. Về tài chính thì sẽ khó khăn hơn bởi giá sản phẩm làm từ vật liệu polyme phân hủy sinh học bao giờ cũng cao hơn loại sản phẩm làm từ nhựa dẻo thông thường, thường là cao hơn khoảng 5%. Tuy nhiên, nếu quản lý tổ chức sản xuất tốt, doanh nghiệp có thể làm giảm mức chi phí đầu vào vì sản phẩm từ polyme phân hủy sinh học sử dụng hàm lượng tương đối lớn tinh bột sắn, khoảng từ 20-30%.

PV: Với những khó khăn bước đầu về mặt tài chính, TS nhận định như thế nào về triển vọng ứng dụng các loại sản phẩm từ polyme phân hủy sinh học tại Việt Nam?

PGS.TS Phạm Thế Trinh: Các dạng sản phẩm từ vật liệu polyme phân hủy sinh học tuy có giá cao hơn một chút so với những dòng sản phẩm từ nhựa dẻo thông thường nhưng lại có ý nghĩa rất lớn về mặt môi trường, do đó, để ứng dụng rộng rãi các dạng sản phẩm này, cần sự hỗ trợ rất lớn từ Nhà nước. Bên cạnh đó, cần tăng cường tuyên truyền, phổ biến lợi ích về mặt môi trường, tạo cho dân chúng thói quen sử dụng sản phẩm từ vật liệu polyme phân hủy sinh học. Ở nước mình, vấn đề này còn tương đối mới, tuy nhiên ở nhiều nước trên thế giới việc sử dụng sản phẩm  polyme phân hủy sinh học đã “áp” thành luật. Cụ thể, ở Mĩ, chính phủ quy định thay 30% các sản phẩm từ nhựa khó phân huỷ bằng  sản phẩm  nhựa phân hủy sinh học, còn ở Nhật họ có kế hoạch thay 9 – 12%, ở châu Âu có nhu cầu cỡ 20-30 triệu tấn/hàng năm nhựa các sản phẩm phân hủy sinh học.

PV: Xin chân thành cảm ơn PGS.TS về cuộc trò chuyện ý nghĩa này!