Mới đây, một nghiên cứu mang tên “Puzzle Materials” của nữ tiến sĩ người Áo Notburga Gierlinger đã tìm hiểu cách tạo ra các vật liệu chức năng phục vụ cho các ứng dụng công nghiệp từ vỏ cứng của các loại hạt như hạt óc chó và hạt dẻ cười.

Nhóm nghiên cứu của bà hiện đang khám phá những loại vật liệu mới có thể được tạo ra từ vỏ hạt, đồng thời tìm kiếm cách thức sử dụng chúng hiệu quả, đặc biệt là để phát triển các vật liệu sinh học phân hủy sinh học.

Với niềm say mê các loại hạt vỏ cứng, nữ tiến sĩ chuyên nghiên cứu về cấu trúc và thành phần của vật liệu thực vật tò mò về cách thiên nhiên có thể tạo ra những vật liệu cứng chắc như vậy. "Vỏ của chúng rất cứng, tôi luôn lo sợ làm hỏng răng nếu cắn vỡ chúng", bà Gierlinger, Phó giáo sư ngành Khoa học vật liệu tại Đại học Tài nguyên Thiên nhiên và Khoa học Đời sống BOKU ở Vienna (Áo), chia sẻ.

Các loại hạt vỏ cứng giờ đây có thể trở thành một giải pháp vật liệu bền vững trong tương lai

Một trong những nghiên cứu quan trọng của bà Gierlinger là việc sử dụng kỹ thuật hình ảnh Raman để nghiên cứu sự phân bố của lignin, cellulose và các phân tử sinh học khác trong thành tế bào thực vật. Mục tiêu của bà là làm rõ các tính chất cơ học và chức năng của chúng.

Trong khuôn khổ dự án nghiên cứu SCATAPNUT kéo dài 5 năm, được EU tài trợ, bà Gierlinger và nhóm nghiên cứu đã phát hiện rằng vỏ hạt dẻ cười và óc chó chứa các tế bào xếp chồng 3D – những tế bào có cấu trúc liên kết độc đáo giống như các mảnh ghép của trò chơi ghép hình. Cấu trúc này chính là yếu tố giúp vỏ hạt có độ bền và độ cứng vượt trội. Sự hiện diện của các tế bào xếp chồng giúp vỏ hạt có các tính chất đặc biệt, khác biệt so với các sợi thực vật thông thường như cây gai dầu hay gỗ.

Trước tình trạng mỗi người dân châu Âu tạo ra khoảng 186,5 kg chất thải bao bì mỗi năm, nhu cầu về các vật liệu tái sử dụng và phân hủy sinh học ngày càng trở nên cấp thiết. Năm 2020, EU đã thông qua kế hoạch hành động nền kinh tế tuần hoàn trong khuôn khổ Thỏa thuận Xanh, nhằm thúc đẩy thiết kế các vật liệu mới, giảm thiểu chất thải và bảo vệ môi trường.

Đề xuất của bà Gierlinger sử dụng vỏ hạt, một loại chất thải hiện nay, để tạo ra vật liệu mới có thể thay thế nhựa, mang lại lợi ích kép cho môi trường, phù hợp với khuôn khổ "an toàn và bền vững ngay từ khâu thiết kế" của châu Âu, được phát triển để hướng dẫn đổi mới trong các vật liệu an toàn và bền vững.

Bà Gierlinger hy vọng vật liệu từ vỏ hạt sẽ là một trong những giải pháp giúp giảm thiểu chất thải nhựa ở châu Âu và toàn cầu. "Cây óc chó có thể sẽ trở nên quan trọng hơn trong tương lai bởi đây là loại cây có sức sống bền bỉ, chất lượng gỗ tốt và hạt giàu dinh dưỡng”, bà cho biết.

Bà Gierlinger và nhóm nghiên cứu hiện đang tìm kiếm cách thức xử lý vỏ hạt bỏ đi sao cho vừa hiệu quả, vừa thân thiện với môi trường. Quá trình bắt đầu bằng việc hòa tan vỏ óc chó trong dung môi để tách các tế bào và tái tạo lignin. Cellulose từ phế phẩm trong quá trình sản xuất kombucha hoặc bioreactor cũng được thêm vào khối lượng thu được, tùy theo độ dẻo của sản phẩm cuối cùng.

Nhóm nghiên cứu đang thử nghiệm với nhiều loại vật liệu hạt khác nhau, bao gồm các sản phẩm giống da và nhựa. Mục tiêu là tạo ra vật liệu hạt bền vững, tiết kiệm năng lượng và tài nguyên, có thể phân hủy sinh học, với lượng khí thải carbon thấp, đặc biệt dành cho các ngành bao bì và dệt may.

Kể từ khi dự án bắt đầu vào năm 2023, nhóm nghiên cứu đã đạt được những tiến bộ đáng kể, sản xuất được các mẫu vật, trong đó có ví da làm từ vật liệu hạt. Vật liệu này, dù là da hay nhựa, có khả năng tái chế và phân hủy sinh học. Đây là một ưu điểm lớn, vì các vật liệu tổng hợp thường khó tái chế do sự kết hợp các hóa chất khác. Quy trình mà nhóm nghiên cứu sử dụng không thêm các hóa chất này, giúp sản phẩm có thể hòa tan và tái sử dụng.

Bà Gierlinger cũng nhấn mạnh rằng vật liệu có thể được ủ làm phân bón nếu cần thiết, mặc dù bà ưu tiên tái sử dụng và tái chế trước. Mục tiêu tiếp theo của nhóm là đưa các vật liệu này vào sản xuất. "Bước tiếp theo sẽ là tìm kiếm các công ty quan tâm", bà Gierlinger cho biết.