Sự xuất hiện của vi khuẩn ăn nhựa mở ra phương thức tái chế rác dựa vào tự nhiên, nhưng tốc độ xử lý chậm, cùng mối lo ngại rò rỉ vi khuẩn biến đổi gene ra môi trường.
Đầu tháng 8, hơn 200 quốc gia bế tắc trên bàn đàm phán về một hiệp ước nhựa toàn cầu tại Geneva, Thụy Sĩ.
Ở nước láng giềng, Carbios, doanh nghiệp tái chế nhựa dựa vào vi khuẩn, đã đặt một chân vào chuỗi cung ứng sợi nhựa tái chế của “ông trùm” lốp xe Michelin. Họ là doanh nghiệp Pháp, đi đầu trong lĩnh vực tận dụng vi khuẩn ăn nhựa, với phụ phẩm sau xử lý là vật liệu mới, có chất lượng tương tự nhựa nguyên sinh – loại sản xuất lần đầu, chưa qua tái chế.
Vi khuẩn ăn nhựa lần đầu được công bố trên tạp chí khoa học vào năm 2016, bởi nhà khoa học Kohei Oda, giáo sư tại Viện Công nghệ Kyoto (Nhật Bản), cùng cộng sự, được đặt tên Ideonella sakaiensis.
Loại vi khuẩn này tiết ra một enzyme đặc biệt, được gọi là PETase để tiêu hóa nhựa, đồng thời thải ra ethylene glycol và terephthalic acid (các monomer), tiền chất tạo ra vật liệu mới với chất lượng tương đương nguyên sinh. Số lần tái chế nhựa theo phương thức này là vô hạn.
Phát hiện này mở ra chương mới cho các nghiên cứu xử lý, tái chế nhựa dựa vào vi khuẩn, trong bối cảnh phương thức tái chế hiện chủ yếu là cơ học, gồm các công đoạn cắt nhỏ, nghiền, cắt đứt cấu trúc sợi tạo nên nhựa. Phương thức này khiến chất lượng giảm dần, chỉ có thể tái chế được vài chục lần.
Từ sau phát hiện của Oda, nhà khoa học, chính phủ các nước phát triển, tổ chức quốc tế, doanh nghiệp, gồm Carbios, đều tìm cách thúc đẩy phương thức tái chế này, kỳ vọng ngành tái chế nhựa tiên tiến sẽ đạt 200 tỷ EUR (hơn 235 tỷ USD) vào năm 2050.
Tuy nhiên, thách thức lớn của phương thức tái chế này là tốc độ “ăn” của vi khuẩn chậm hơn nhiều lượng tiêu dùng và thải bỏ nhựa. Theo tính toán của Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD) vào năm 2024, thế giới sử dụng 435 triệu tấn nhựa trong một năm, nhiều nhất trong các ngành bao bì, xây dựng, tiêu dùng và dệt may. Lượng nhựa này dự kiến tăng gần gấp đôi vào năm 2040, thải ra hơn 700 triệu tấn, chủ yếu được xử lý bằng cách chôn lấp và bị rò rỉ ra môi trường.
Trong khi đó, thời gian ăn nhựa của Ideonella sakaiensis, vi khuẩn trong thí nghiệm đầu của Oda và cộng sự, mất 7 tuần ở nhiệt độ phòng. Tốc độ này quá chậm để có thể tạo tác động lên lượng rác nhựa khổng lồ.
Các nhà khoa học đã tìm cách cải tiến enzyme của vi khuẩn này trong thập kỷ qua để thúc tốc độ ăn nhựa.
Nói thì đơn giản, Elizabeth Bell, nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo quốc gia Mỹ (NREL) ở Colorado, gọi quá trình “thúc” này là “hai bước tiến, một bước lùi”, bởi họ cần can thiệp thô bạo vào một quá trình tiến hóa tự nhiên.
Qua nhiều lần đột biến từ thí nghiệm của các nhà khoa học khác nhau, thời gian “ăn” của vi khuẩn giảm dần còn vài ngày, vài chục giờ và tiếp tục giảm dần.
Trong đó, Carbios, doanh nghiệp Pháp mới tham gia chuỗi cung ứng sợi tái chế cho “ông trùm” lốp xe Michelin, đạt kết quả thử nghiệm ấn tượng hơn cả, với thời gian phân hủy trong 10 giờ. Công bố năm 2020, kết quả này được coi là “chấn động toàn cầu”, khi chỉ cần khuấy trong dung dịch chứa enzyme, một chai nhựa sau 10 giờ biến thành các tiền chất nhựa mới.
Quy trình tái chế nhựa bằng enzyme chiết xuất từ vi khuẩn của Carbios. Nguồn: Carbios
Một năm sau đó, họ xử lý thành công ở quy mô 250 kg rác PET mỗi ngày. Được hậu thuẫn bởi EU và chính phủ Pháp, Carbios dự tính mở nhà máy tái chế sinh học đầu tiên trên thế giới, với công suất 50.000 tấn nhựa PET tại Pháp. Công suất trên tương đương việc tái chế 2 tỷ chai nhựa, chỉ bằng 1/8.700 lượng nhựa tiêu dùng toàn cầu một năm. Nhà máy trên dự kiến khởi động năm nay, nhưng tiếp tục bị hoãn vì thiếu vốn.
Vấn đề khác của phương thức này là vi khuẩn chỉ ăn được một số loại nhựa nhất định. Trừ PET đang được Carbios hướng tới xử lý ở quy mô thương mại, các loại nhựa khác như PP (ứng dụng trong cốc nước, bình sữa), PE (túi nilon, chai dầu gội), PU (da tổng hợp), đều đang ở giai đoạn nghiên cứu.
Bên cạnh nhóm vi khuẩn có khả năng tái chế nhựa, các nhà khoa học cũng tìm ra một số loại tiêu hóa hoàn toàn nhựa, chỉ thải ra sinh khối, CO2 và nước. Ví dụ, vi khuẩn X-32 được phát hiện bởi Viện Wyss, Đại học Harvard, có khả năng ăn ba loại nhựa PE, PP, PET, nhưng cần tới 22 tháng. Tại Serbia, sâu bột đang được huấn luyện ăn nhựa PE, PS, chỉ thải ra CO2 và nước.
Sâu bột ăn túi nilon tại một cơ sở nghiên cứu của Viện Sinh học Belgrade, ở Belgrade, Serbia, ngày 18/8. Ảnh: Reuters
Một rào cản khác trong việc ứng dụng sâu hay vi khuẩn ăn nhựa trong quy mô thương mại là mối quan ngại về việc rò rỉ các vật thể biến đổi gene ra ngoài môi trường không kiểm soát.
Tuy nhiên, theo nhà khoa học Mỹ Elizabeth Bell, rủi ro này là rất nhỏ. Bà lấy ví dụ Carbios, đơn vị hiếm hoi đang ứng dụng phương thức sinh học xử lý nhựa quy mô lớn, chỉ thực hiện bằng enzyme, an toàn hơn phương thức xử lý nhựa trực tiếp bằng sâu hoặc vi khuẩn. Các vi khuẩn biến đổi gene dùng để thu thập enzyme được kiểm soát bên trong môi trường phòng thí nghiệm.
“Các nhà khoa học đang nỗ lực phát triển các cơ chế an toàn để đảm bảo những vi khuẩn này không thể tự tồn tại trong tự nhiên”, Bell nói thêm.
Tuy nhiên, giới khoa học đồng thuận rằng việc giải quyết vấn nạn nhựa toàn cầu đòi hỏi sự kết hợp đa dạng các giải pháp công nghệ tái chế. Quan trọng hơn, trong hơn 10 ngày đàm phán về hiệp ước nhựa toàn cầu, giới chuyên gia khuyến nghị việc giảm sản xuất và tiêu dùng nhựa.
OECD gợi ý các chính sách nghiêm ngặt từ chính phủ các nước như đánh thuế hoặc cấm dùng nhựa một lần. Thêm vào đó, nền kinh tế tuần hoàn nhựa cần đảm bảo khâu thiết kế bao bì thân thiện môi trường và cải thiện hoạt động phân loại rác trước tái chế.
Bảo Bảo (Theo The Guardian, Hindu, HSBC)