Sharing Chemistry with the Community

Hóa học của nhựa phân hủy sinh học

Gần đây hầu hết những công ty thực phẩm hay đồ uống đang dần chuyển sang bao bì tự phân hủy sinh học để thân thiện hơn với môi trường. Do rác thải nhựa trên thế giới ngày càng tăng và ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống của mọi người. Bạn có thể tự hỏi những vật liệu nào đứng sau các sản phẩm phân hủy sinh học này, và chính xác chúng tốt hơn cho môi trường như thế nào so với các vật liệu mà chúng đã thay thế.

Vì thế trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá về hóa học của nhựa phân hủy sinh học và những điều thú vị xung quanh nhé!

Đôi nét

Nhựa phân hủy sinh học có vẻ như chúng đã xuất hiện ở khắp mọi nơi, nhưng thực tế chúng vẫn chiếm một tỷ lệ nhỏ trong số các loại nhựa mà chúng ta sử dụng. Tính đến năm 2018, nhựa phân hủy sinh học và nhựa sinh học kết hợp chỉ chiếm 1% thị trường nhựa toàn cầu. Mặc dù việc sử dụng của chúng đang tăng lên, nhưng các chuyên gia vẫn chỉ dự báo chúng sẽ chiếm 2,5% thị trường vào năm 2020.

Có một sự khác biệt để tạo ra giữa các loại nhựa sinh học khác nhau. Thí dụ như đối với một số loại nhựa có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch được sản xuất từ ​​vật liệu sinh học thay thế. Mặt khác, có những loại nhựa được sản xuất từ ​​nguyên liệu thực vật khác biệt về mặt hóa học và trong bài viết này, chúng ta sẽ chỉ tập trung vào  loại nhựa này thôi.

Hóa học đằng sau

Nhựa phân hủy sinh học có nhiều loại khác nhau với những cách sử dụng khác nhau. Ba loại thường được sử dụng là axit polylactic (PLA), tinh bột nhiệt dẻo (TPS) và polyhydroxyalkanoates (PHAs). Trong đó, từ “poly” có nghĩa là chúng là tất cả các polymer chuỗi dài được hình thành từ các đơn phân đơn giản.

Polymer phân hủy sinh học hầu hết được sản xuất từ ​​nguyên liệu thực vật. PLA thu được từ tinh bột lên men, từ ngô, sắn, mía hoặc củ cải đường. TPS được sản xuất bằng cách đun nóng tinh bột từ nguyên liệu thực vật với nước và trộn với chất hóa dẻo. PHA khác biệt ở chỗ chúng được chiết xuất từ ​​vi khuẩn, sản sinh ra nó bằng cách lên men đường hoặc lipit thu được từ chất thải hoặc nguyên liệu từ thực vật.

TPS là nhựa phân hủy sinh học với khối lượng sản xuất lớn nhất. Đó là túi phân hủy sinh học mới lạ mà bạn có thể tìm thấy trong các siêu thị? Hay những loại dao, nĩa bằng nhựa thường được sử dụng trong các buổi party ngoài trời cũng có thể thay thế bằng TPS.

Các loại nhựa phân hủy sinh học khác như PLA, có khối lượng sản xuất lớn thứ hai. Nó được sử dụng trong màng nhựa, chai, và hộp đựng thức ăn. Các tách cà phê phân hủy sinh học tại những quán cà phê địa phương của bạn đã chuyển sang chưa? Họ đã lót bằng PLA để ngăn cà phê thấm qua các tông, thay thế lớp lót nhựa trước đó. PLA thực sự có điểm nóng chảy tương đối thấp, do đó, khi cần chịu được nhiệt độ cao hơn, nó được sử dụng ở dạng tinh thể, bền với nhiệt hơn.

PHA thường ít thấy sử dụng hơn mà chúng ta gặp phải hàng ngày. Tuy nhiên, chúng có công dụng y tế – thí dụ như trong chỉ khâu y tế có thể phân hủy sinh học. Ở một mức độ nào đó, việc sử dụng chúng cho các ứng dụng khác bị giới hạn bởi chi phí sản xuất của chúng.

Chi phí đắt đỏ

Đây cũng là một vấn đề ảnh hưởng đến các loại nhựa phân hủy sinh học khác. Tất cả các loại nhựa này đắt hơn để sản xuất so với nhựa được sản xuất từ ​​nguyên liệu hóa thạch (tính theo trọng lượng). Theo Viện Trái đất tại Đại học Columbia, việc sản xuất PLA có thể tốn kém hơn 20-50% so với nhựa thông thường. Cây trồng mà từ đó các nguyên liệu thô được thu hoạch cần phải được trồng, và điều này đòi hỏi đất, phân bón, nước và thời gian. Khi sự nhiệt tình đối với nhựa phân hủy sinh học tăng lên và các phương pháp sản xuất hiệu quả hơn có sẵn, chi phí của các loại nhựa này đang giảm, nhưng hiện tại chúng vẫn còn đắt đỏ.

Dù đắt như vậy nhưng việc sản xuất chúng cũng có những lợi ích đáng kể cho môi trưởng. Khối lượng khí nhà kính phát ra trong quá trình sản xuất của chúng ít hơn so với nhựa dựa trên nhiên liệu hóa thạch. Người ta đã ước tính rằng nếu tất cả sản xuất nhựa chuyển sang sử dụng biopolymer, lượng khí thải nhà kính ở Mỹ sẽ giảm khoảng 25%.

Thời gian phân hủy

Tất nhiên, điểm thu hút quan trọng của nhựa phân hủy sinh học nằm ở tên của chúng – khả năng phân hủy sinh học. Nói là vậy nhưng nếu bạn xài một loại nhựa phân hủy sinh học như cốc cà phê chẳng hạn thì bạn sẽ yên tâm chúng tốt cho môi trường và phân hủy nhanh khi chúng ta vứt đi? Không nhanh như vậy đâu bạn ạ!

Nhựa phân hủy sinh học, như tên gọi của chúng, phân hủy sinh học – nhưng các điều kiện cần phải đúng. Chúng cần một môi trường ẩm ướt với nhiều oxy (điều kiện hiếu khí), các vi sinh vật, pH và nhiệt độ chính xác để phá vỡ tối ưu. Nếu chúng bị chôn vùi dưới tất cả các bãi rác khác tại địa điểm chôn lấp tại địa phương của bạn, rất khó có thể đáp ứng các điều kiện này. Mặc dù chúng vẫn có thể phân hủy nhanh hơn nhựa thông thường, nhưng nó sẽ còn hơn cả vài tháng hoặc thậm chí nhiều năm.

Hạn chế

Nhựa phân hủy sinh học được thiết kế cho các cơ sở sản xuất công nghiệp phân hữu cơ nhiệt độ cao. Vậy thì có vấn đề gì xảy ra? Những cơ sở này có sẵn ở khắp mọi nơi. Và nếu nhựa phân hủy sinh học kết thúc trong thùng tái chế với các loại nhựa khác, chúng có thể làm nhiễm bẩn và gây ra vấn đề. PLA có thể gây ra vấn đề với việc tái chế một loại nhựa thông thường khác là polyetylen terephthalate (PET). Vì lý do này, nhiều cơ sở tái chế không chấp nhận các sản phẩm làm từ polymer phân hủy sinh học.

Vì vậy, vẫn có những việc phải làm trước khi chúng ta có thể thu được toàn bộ lợi ích của nhựa phân hủy sinh học. Và người ta vẫn chưa thực sự khắc phục một số vấn đề khác với nhựa mà chúng ta hiện đang vật lộn. Thí dụ như chúng không phân hủy sinh học tốt trong nước biển. Ngay cả khi chúng ta chuyển toàn bộ việc sử dụng nhựa của mình sang loại nhựa này, nó sẽ không giải quyết được mối lo ngại về ô nhiễm nhựa trong đại dương của chúng ta.

Nói tóm lại, nhựa phân hủy sinh học có khả năng sẽ được sử dụng rộng rãi hơn trong tương lai. Đây là một điều tích cực từ góc độ môi trường, nhưng cũng sẽ yêu cầu các quốc gia phát triển cơ sở hạ tầng để tái chế tối ưu các vật liệu này. Dần dần, điều này sẽ cho phép chúng ta giảm sự phụ thuộc vào nhựa và các nguồn tài nguyên không tái tạo, cũng như giảm phát thải khí nhà kính.

Đến đây thì bài viết đã hết rồi. Hi vọng sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về nhựa phân hủy sinh học thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tham khảo Compound Interest, Bảo vệ rừng và môi trườngGisha E. LuckachanImmago.

Leave a Reply