Trong nỗ lực giải quyết đồng thời 2 thách thức môi trường cấp bách là rác thải thực phẩm và ô nhiễm nhựa, một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Binghamton (Mỹ) mới đây đã phát triển thành công một quy trình có khả năng chuyển đổi chất thải thực phẩm thành nhựa phân hủy sinh học.

Công trình nghiên cứu này vừa được công bố trên tạp chí Bioresource Technology, mang đến nền tảng khoa học quan trọng cho các doanh nghiệp có tham vọng mở rộng quy mô công nghệ thân thiện với môi trường này.

Biến rác thành tài nguyên

Theo Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA), khoảng 30% đến 40% lượng thực phẩm tại quốc gia này bị lãng phí mỗi năm, phần lớn trong số đó bị đưa ra bãi rác và tạo ra khí nhà kính như methane và CO₂. Trong khi đó, rác thải nhựa truyền thống cũng đang ngày càng gây lo ngại toàn cầu vì khả năng tồn tại hàng trăm năm và phát tán vi nhựa ra môi trường.

“Chúng tôi nhìn thấy cơ hội tận dụng chất thải thực phẩm như một nguồn tài nguyên để chuyển đổi thành rất nhiều sản phẩm công nghiệp, và polyme phân hủy sinh học chỉ là một trong số đó”, giáo sư Sha Jin, đồng tác giả nghiên cứu cho biết.

“Chúng tôi không chỉ hướng tới việc tăng giá trị chất thải thực phẩm mà còn giảm chi phí sản xuất loại polyme thân thiện với môi trường này. Cũng có nhiều lựa chọn khác, như tạo ra nhiên liệu sinh học và hóa chất sinh học”.

Dự án được dẫn dắt bởi nghiên cứu sinh Tianzheng Liu, dưới sự hướng dẫn của GS Jin và GS Kaiming Ye, Trưởng khoa Kỹ thuật Y sinh của Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Thomas J. Watson. “Việc bài báo được chấp thuận nhanh chóng là minh chứng cho giá trị khoa học và tiềm năng ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này”, bà Jin cho biết.

Khác với quy trình sản xuất nhựa sinh học truyền thống vốn đắt đỏ và yêu cầu nguyên liệu tinh chế, nhóm nghiên cứu tại Binghamton đã sử dụng vi khuẩn Cupriavidus necator để chuyển hóa axit lactic được lên men từ chất thải thực phẩm thành polyhydroxyalkanoate (PHA), một loại nhựa có khả năng phân hủy sinh học.

Nhựa PHA được vi khuẩn tổng hợp như một dạng phương tiện để dự trữ carbon và năng lượng. Trong điều kiện thích hợp, có tới 90% lượng PHA vi khuẩn sinh ra có thể được thu hồi và tạo hình thành các sản phẩm như bao bì sinh học.

Nghiên cứu sinh tiến sĩ Tianzheng Liu (bên trái) thuộc Cao đẳng Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Thomas J. Watson và Giáo sư Sha Jin thuộc Khoa Kỹ thuật Y sinh đã phát triển một phương pháp biến chất thải thực phẩm thành nhựa phân hủy sinh học.

Liu thừa nhận quá trình nuôi cấy vi khuẩn này không dễ dàng. “Tôi từng nghiên cứu tế bào gốc, nên chuyển sang lĩnh vực này giống như học lại từ đầu. Mỗi lần thất bại lại cho thấy có gì đó chưa đúng – nhưng đó cũng là một phần của khoa học”.

Đặc biệt, nhóm nghiên cứu cho biết các chất thải thực phẩm dùng trong nghiên cứu có thể được bảo quản ít nhất một tuần mà không ảnh hưởng đến hiệu quả chuyển đổi sinh học. Đây được xem là một yếu tố then chốt để ứng dụng quy mô công nghiệp.

Bên cạnh đó, quy trình cho thấy mức độ ổn định với nhiều loại thực phẩm khác nhau nếu được phối trộn theo tỷ lệ hợp lý. Thậm chí, phần bã rắn còn lại sau lên men cũng đang được nhóm lên kế hoạch phát triển thành phân bón hữu cơ, thay thế các loại hóa chất nông nghiệp truyền thống.

Hiện nhóm nghiên cứu đang tìm kiếm thêm nguồn tài trợ và đối tác công nghiệp để mở rộng quy trình ở quy mô lớn hơn. Mục tiêu không chỉ là chứng minh tính khả thi trong phòng thí nghiệm mà còn tiến tới ứng dụng thực tiễn, góp phần giải quyết triệt để bài toán rác thải và ô nhiễm môi trường.