Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Môi trường, trung bình mỗi hộ gia đình tại Việt Nam sử dụng khoảng 1 kg túi nilon mỗi tháng. Với thời gian tồn tại trong môi trường từ 100 đến 500 năm, rác thải nhựa đang trở thành một trong những thách thức môi trường lớn nhất hiện nay.

Trong bối cảnh nhu cầu sử dụng các sản phẩm tiện lợi ngày càng tăng cùng với yêu cầu phát triển bền vững, việc tìm kiếm các loại vật liệu thân thiện với môi trường đang trở nên cấp thiết. Việt Nam sở hữu nguồn nguyên liệu hữu cơ phong phú như tinh bột, xenlulo, chitin, chitosan và protein, tạo điều kiện thuận lợi để phát triển các loại nhựa sinh học có khả năng phân hủy hoàn toàn thành CO2, nước và mùn hữu cơ.

Trước đây, các sản phẩm được quảng bá là nhựa phân hủy tại Việt Nam chủ yếu được sản xuất bằng cách kết hợp nhựa polyethylene (PE) truyền thống với tinh bột và các tác nhân quang hóa. Phương pháp này chỉ giúp vật liệu phân rã một phần thành các mảnh nhựa siêu nhỏ, tiếp tục gây ảnh hưởng tiêu cực đến đất và không khí. Trong khi đó, các loại túi phân hủy hoàn toàn đang lưu hành trên thị trường phần lớn được sản xuất từ hạt nhựa nhập khẩu khiến giá thành cao và tỷ lệ giá trị nội địa còn hạn chế. Đáng chú ý, trong nước trước đây vẫn chưa có công trình nghiên cứu hoàn chỉnh về chế tạo hạt nhựa phân hủy hoàn toàn.

Xuất phát từ thực tế đó, GS.TS Đặng Thị Kim Chi cùng các cộng sự tại Hội Bảo vệ Thiên nhiên và Môi trường Việt Nam đã triển khai đề tài "Nghiên cứu công nghệ chế tạo màng nhựa phân hủy sinh học hoàn toàn trên cơ sở hỗn hợp tinh bột sắn Việt Nam". Mục tiêu của nhóm là phát triển vật liệu màng nhựa được tạo thành từ hỗn hợp tinh bột sắn và nhựa polybutyrate adipate terephtalate (PBAT), hướng tới ứng dụng trong lĩnh vực bao bì dân dụng và nông nghiệp.

Theo nhóm nghiên cứu, việc sử dụng tinh bột sắn không chỉ giúp giảm giá thành sản phẩm mà còn nâng cao khả năng phân hủy của vật liệu polymer tổng hợp, đồng thời giảm phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, nhóm đã chế tạo thành công hạt tinh bột nhiệt dẻo (TPS) biến tính từ tinh bột sắn Việt Nam. Quá trình sản xuất sử dụng hỗn hợp chất hóa dẻo glycerol và sorbitol theo tỷ lệ 80/20 với hàm lượng 20%, kết hợp với 2,4% axit citric làm chất biến tính. Hạt tinh bột nhiệt dẻo thu được có chỉ số chảy đạt 0,72 g/10 phút, đáp ứng yêu cầu để tiếp tục sản xuất các loại polymer blend.

Ở giai đoạn tiếp theo, các nhà khoa học sử dụng phương pháp trộn hỗn hợp nóng chảy hai giai đoạn trên máy đùn hai trục vít để tạo ra hạt nhựa tự phân hủy sinh học từ hỗn hợp TPS biến tính, nhựa PBAT và nhựa PLA. Với tỷ lệ phối trộn TPSCA/PBAT/PLA tương ứng 40/54/6 phần khối lượng, sản phẩm đạt chỉ số chảy 2,64 g/10 phút và nhiệt độ nóng chảy khoảng 138 độ C, phù hợp với công nghệ thổi màng đang được sử dụng phổ biến trong công nghiệp.

Hình ảnh tinh bột sắn và hạt TPS

Một trong những điểm quan trọng của công nghệ này là việc sử dụng axit citric để biến tính tinh bột nhiệt dẻo kết hợp với xúc tác este hóa Butyltin tris(2-ethyl hexanoate). Giải pháp này giúp khắc phục hiệu quả tình trạng không tương hợp giữa hai thành phần chính là TPS và PBAT thông qua việc hình thành copolyme ghép (TPS-CA)-gPBAT. Kết quả đã được xác nhận bằng các thí nghiệm Molau và phương pháp trích ly.

Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu đã sản xuất thành công màng nhựa tự phân hủy sinh học từ hỗn hợp PBAT và tinh bột sắn bằng chính các thiết bị thổi màng truyền thống hiện có. Sản phẩm tạo ra sở hữu các đặc tính cơ lý ổn định với độ bền kéo đạt 17,4 MPa và độ giãn dài đạt 220%, tương đương với màng nhựa polyethylene đang được sử dụng rộng rãi hiện nay.

Các thử nghiệm về khả năng phân hủy cũng cho thấy kết quả tích cực. Màng nhựa PBAT/TPS-CA được xác nhận có khả năng phân hủy hoàn toàn thành CO2, nước và mùn hữu cơ theo tiêu chuẩn ASTM 6400. Trong điều kiện ủ compost hiếu khí có kiểm soát, vật liệu đạt mức phân rã tới 96% sau 53 ngày và chuyển hóa thành CO2 ở mức 91% sau 155 ngày, đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn TCVN 9493.

Đáng chú ý, các sản phẩm tạo thành sau quá trình phân hủy không gây ảnh hưởng tiêu cực tới hệ sinh thái đất. Thử nghiệm cho thấy hạt đậu đen và dưa leo vẫn nảy mầm và phát triển bình thường trong môi trường đất chứa compost được tạo ra từ vật liệu này, qua đó khẳng định tính an toàn sinh học của sản phẩm đối với môi trường tự nhiên.

Tổng hợp các kết quả nghiên cứu cho thấy màng nhựa sản xuất từ tinh bột sắn và PBAT có khả năng phân hủy hoàn toàn trong điều kiện chôn ủ công nghiệp. Công nghệ này mở ra triển vọng ứng dụng trong sản xuất nhiều loại sản phẩm nhựa dùng một lần như túi siêu thị, túi đựng rác, màng phủ nông nghiệp và túi ươm cây giống.

Việc đưa vật liệu vào sản xuất và sử dụng rộng rãi được kỳ vọng sẽ góp phần thay thế các loại nhựa khó phân hủy như PE và PP, từ đó giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thúc đẩy phát triển kinh tế tuần hoàn tại Việt Nam.