Các nhà khoa học tại Viện Hải dương học Wood Hole (WHOI) đã nghiên cứu trong nhiều năm để tìm ra loại nhựa nào có tuổi thọ ngắn nhất và dài nhất trong đại dương, và loại sản phẩm nhựa nào, như ống hút và giấy gói thực phẩm, thường gây ra ô nhiễm nhựa nhất.
Hình ảnh hiển vi cạnh nhau của bọt cellulose diacetate trước và sau 36 tuần trong nước biển. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng bọt cellulose diacetate mất 65-70% khối lượng ban đầu của chúng. . Tín dụng: Bryan James, @Woods Hole Oceanographic Institution
Với nhiều vật liệu phân huỷ sinh học đang được phát triển, như cellulose diacetate (CDA) - một loại polyme giống nhựa có nguồn gốc từ bột gỗ - các nhà nghiên cứu đang chạy đua để đảm bảo chúng có thể thay thế nhựa truyền thống mà không gây hại cho môi trường đại dương.
Sau nhiều năm thử nghiệm, một phiên bản mới của CDA đã được phát hiện là vật liệu nhựa sinh học phân hủy nhanh nhất trong nước biển - và đây là sự thay thế đầy hứa hẹn cho các vật liệu nhựa xốp khác, như Styrofoam, có thể tồn tại trong môi trường trong nhiều năm.
Trong một bài báo đăng trên tạp chí ACS Sustainable Chemistry & Engineering , các nhà khoa học Bryan James, Collin Ward, Chris Reddy, Yanchen Sun và Kali Pate của WHOI đã phát hiện ra rằng việc thêm các lỗ nhỏ - gọi là bọt - vào vật liệu CDA khiến nó phân hủy nhanh hơn CDA rắn 15 lần và thậm chí còn nhanh hơn giấy.
"Điều khiến tôi phấn khích nhất về nghiên cứu này là bản chất chuyển dịch của nó. Nghiên cứu này là đỉnh cao của nhiều năm nghiên cứu tập trung vào việc hiểu các biện pháp kiểm soát cơ bản đối với quá trình phân hủy sinh học CDA trong đại dương", Ward, tác giả chính của nghiên cứu cho biết. Ông và nhóm WHOI đã hợp tác với các nhà khoa học từ công ty sản xuất nhựa sinh học Eastman, những người đóng góp với tư cách là đồng tác giả và cung cấp tài liệu cho nghiên cứu.
"Chúng tôi đã chuyển hóa kiến thức cơ bản thành thiết kế một loại vật liệu mới vừa đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng vừa phân hủy trong đại dương nhanh hơn bất kỳ loại vật liệu nhựa nào khác mà chúng tôi biết, thậm chí còn nhanh hơn cả giấy. Đây là một câu chuyện thành công lớn trong một lĩnh vực thường tập trung vào các khía cạnh tiêu cực của ô nhiễm nhựa thay vì tìm ra giải pháp cho vấn đề", Ward nói thêm.
Nghiên cứu bao gồm việc theo dõi cả CDA dạng bọt và CDA rắn trong một bể chứa nước biển liên tục chảy từ Martha's Vineyard Sound, tại một phòng thí nghiệm được thiết kế đặc biệt tại WHOI. Các nhà nghiên cứu cũng kiểm soát nhiệt độ, mức độ tiếp xúc với ánh sáng và các biến số môi trường khác để mô phỏng môi trường biển tự nhiên.
"Sử dụng các bể chứa nước biển chảy liên tục cho phép chúng tôi đưa động lực của đại dương hoạt động vi khuẩn vào phòng thí nghiệm. Đại dương liên tục thay đổi và điều quan trọng là chúng tôi phải tái tạo môi trường này bằng cách bổ sung vi khuẩn và chất dinh dưỡng, tạo nên một thí nghiệm thực tế hơn nhiều về mặt môi trường", tác giả chính James giải thích. Sau 36 tuần, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng bọt CDA mất 65–70% khối lượng ban đầu.
Trong một nghiên cứu trước đây sử dụng bể nước biển động, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các ống hút làm bằng nhựa tiêu chuẩn, giấy, CDA rắn và CDA xốp, và phát hiện ra rằng ống hút CDA rắn và ống hút giấy giảm khối lượng nhanh nhất.
Sau đó, các nhà khoa học đã so sánh hai ống hút làm từ CDA, một ống làm từ CDA rắn và một ống làm từ CDA xốp, và phát hiện ra rằng tốc độ phân hủy của ống hút xốp nhanh hơn 190% so với ống hút rắn, dẫn đến tuổi thọ dự kiến của ống hút này đối với môi trường ngắn hơn so với ống hút giấy.
"Là một nhà khoa học và kỹ sư vật liệu, thật thú vị khi chứng minh rằng bọt có thể hiệu quả về mặt vật liệu, nghĩa là chúng đạt được chức năng bằng cách sử dụng ít vật liệu nhất có thể, giảm chi phí và nhiều tác động đến môi trường", James cho biết. "Ngoài ra, khi chúng được làm từ nhựa phân hủy sinh học, chúng có thể là một trong những dạng vật liệu ít bền nhất".
Theo các tác giả nghiên cứu, một trong những ứng dụng cấp bách nhất của vật liệu này là thay thế nhựa xốp và nhựa dùng một lần, chẳng hạn như hộp đựng thức ăn mang đi thường xuyên rò rỉ ra đại dương và không phân hủy sinh học.
Các sản phẩm CDA dạng bọt hiện đã có mặt trên thị trường khi Eastman tung ra loại khay nhẹ, có thể phân hủy sinh học làm từ CDA dạng bọt, được thiết kế để thay thế các khay nhựa được sử dụng trong bao bì thực phẩm công nghiệp hiện có.
Jeff Carbeck, Phó chủ tịch Đổi mới doanh nghiệp của Eastman cho biết: "Quan hệ đối tác giữa ngành công nghiệp và học viện là điều cần thiết để đẩy nhanh các giải pháp cho những thách thức toàn cầu cấp bách nhất, trong đó học viện có thể cung cấp những hiểu biết độc đáo và các đối tác trong ngành có thể sử dụng những hiểu biết đó để phát triển các giải pháp ở quy mô lớn".
"Đó chính là cách chúng tôi hợp tác với WHOI; họ đã mở rộng đáng kể hiểu biết của chúng tôi về cách vật liệu thương mại và phát triển của chúng tôi bị phân hủy."
Carbeck nhấn mạnh rằng nghiên cứu này chứng minh tiềm năng của bọt CDA trong việc giúp giải quyết những thách thức liên quan đến bao bì nhựa dùng một lần.
"Các đặc tính của bọt khiến chúng lý tưởng cho nhiều ứng dụng đóng gói và cách nhiệt, và nghiên cứu này cho thấy bọt làm từ vật liệu phân hủy sinh học sẽ nhanh chóng phân hủy trong môi trường biển, nếu chúng vô tình trôi vào đó. Việc sử dụng vật liệu phân hủy sinh học cho hàng tiêu dùng là một bước quan trọng hướng tới việc bảo vệ môi trường, giảm ô nhiễm nhựa và thúc đẩy tính bền vững cho các thế hệ tương lai", ông cho biết.
"Một trong những lợi thế của việc hợp tác với một đối tác trong ngành là chúng tôi có thể đảm bảo công nghệ mới có thể mở rộng quy mô. Một trong những tiêu chí khi thiết kế vật liệu mới là nó phải là vật liệu thay thế ngay lập tức cho hàng hóa Styrofoam, nghĩa là các công ty chuyển đổi CDA thô thành bọt phân hủy sinh học không phải đầu tư vào thiết bị mới", Ward giải thích.
"Việc phát triển các loại nhựa mới không làm từ nhiên liệu hóa thạch, có thể phân hủy và không tồn tại trong môi trường như chất gây ô nhiễm có thể mang lại lợi ích cho người tiêu dùng và môi trường."
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
