Việt Nam nằm trong top quốc gia tiêu thụ nhựa lớn, thải ra hơn 1,8 triệu tấn rác thải nhựa mỗi năm, gây áp lực nghiêm trọng lên môi trường và đòi hỏi cấp thiết việc chuyển đổi sang vật liệu thân thiện. Nhóm nghiên cứu của GS.TS. Đặng Thị Kim Chi đã triển khai đề tài chế tạo màng nhựa phân hủy sinh học hoàn toàn từ tinh bột sắn Việt Nam. Họ đã thành công trong việc tạo ra hạt tinh bột nhiệt dẻo biến tính và phối trộn với các polymer sinh học (PBAT, PLA) để sản xuất màng nhựa. Màng nhựa thành phẩm có đặc tính cơ lý vượt trội, tương đương polyethylene truyền thống và đã được kiểm chứng có khả năng phân hủy hoàn toàn, mở ra tiềm năng ứng dụng công nghiệp rộng rãi, góp phần vào nền kinh tế tuần hoàn và phát triển bền vững.
Theo dữ liệu thống kê từ Bộ Nông nghiệp và Môi trường, Việt Nam hiện nằm trong nhóm 20 quốc gia có mức tiêu thụ bao bì nhựa và túi ni-lông hàng đầu thế giới. Mỗi năm, hơn 30 tỷ túi ni-lông được sử dụng, dẫn đến việc thải ra môi trường khoảng 1,8 triệu tấn rác thải nhựa. Phần lớn các sản phẩm này có nguồn gốc từ dầu mỏ, đòi hỏi hàng trăm năm để phân hủy trong điều kiện tự nhiên nếu không được thu gom và xử lý bài bản. Thực trạng này đang gây áp lực nặng nề lên hệ thống quản lý chất thải quốc gia, đồng thời làm trầm trọng thêm nguy cơ ô nhiễm đất, nguồn nước và hệ sinh thái biển.
Trong bối cảnh toàn cầu hóa và định hướng phát triển bền vững, các doanh nghiệp đang đứng trước yêu cầu cấp thiết phải chuyển đổi sang sử dụng vật liệu có khả năng tái tạo hoặc phân hủy sinh học, nhằm giảm sự phụ thuộc vào tài nguyên hóa thạch và tối thiểu hóa chất thải sau tiêu dùng. Đây cũng là một trong những trụ cột chiến lược của Việt Nam trong lộ trình kiến tạo nền kinh tế tuần hoàn và hiện thực hóa cam kết giảm phát thải khí nhà kính.
Đáp ứng yêu cầu thực tiễn đó, GS.TS. Đặng Thị Kim Chi cùng đội ngũ cộng sự tại Hội Bảo vệ Thiên nhiên và Môi trường Việt Nam đã triển khai đề tài khoa học “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 trọng tâm của dự án là phát triển các loại màng chất dẻo từ sự kết hợp của tinh bột sắn và nhựa polybutyrate adipate terephtalate (PBAT), hướng tới ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm bao bì dân dụng và nông nghiệp.
Khác biệt hoàn toàn so với nhựa truyền thống, tinh bột sắn là nguồn nguyên liệu sinh học tái tạo, sở hữu khả năng phân hủy tự nhiên và có lợi thế về giá thành cạnh tranh. Tuy nhiên, để đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về độ bền cơ học, tính dễ gia công và khả năng ứng dụng trong sản xuất bao bì, nhóm nghiên cứu đã tiến hành phối trộn tinh bột sắn với hệ polymer phân hủy sinh học PBAT và PLA. Đồng thời, một quy trình biến tính tinh bột cũng được phát triển nhằm tạo ra vật liệu có tính năng vượt trội, phù hợp cho việc sản xuất màng nhựa công nghiệp.
 |
| Tinh bột sắn: nguồn nguyên liệu tái tạo, thân thiện môi trường |
Thành quả ban đầu của nghiên cứu là sự thành công trong việc chế tạo hạt tinh bột nhiệt dẻo (TPS) biến tính từ tinh bột sắn nội địa Việt Nam. Quá trình này được tối ưu hóa bằng cách sử dụng hỗn hợp hóa dẻo glycerol và sorbitol theo tỷ lệ 80/20 với hàm lượng 20%, kết hợp 2,4% axit citric đóng vai trò chất biến tính. Hạt TPS thu được có chỉ số chảy đạt 0,72 g/10 phút, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật để tạo ra các loại polyme blend chất lượng cao.
Tiếp theo, thông qua phương pháp trộn hợp nóng chảy hai giai đoạn trên máy đùn hai trục vít, hạt nhựa tự phân hủy sinh học đã được tạo ra từ hỗn hợp TPS biến tính, nhựa PBAT và nhựa PLA. Với tỷ lệ phối trộn tối ưu TPSCA/PBAT/PLA là 40/54/6 theo khối lượng, hạt nhựa đạt chỉ số chảy 2,64 g/10 phút và nhiệt độ nóng chảy 138°C. Các thông số kỹ thuật này hoàn toàn phù hợp và đáp ứng tiêu chuẩn cho các ứng dụng công nghệ thổi màng hiện đại.
Dựa trên những kết quả nghiên cứu khả quan, nhóm đã thành công trong việc xây dựng quy trình công nghệ chế tạo hạt tinh bột sắn nhiệt dẻo biến tính và quy trình sản xuất màng nhựa, cũng như túi đựng rác có khả năng phân hủy sinh học hoàn toàn. Đây được xem là nền tảng vững chắc, mở ra tiềm năng ứng dụng ở quy mô công nghiệp, từng bước thay thế các sản phẩm nhựa khó phân hủy đang thịnh hành hiện nay, góp phần giải quyết bài toán môi trường cấp bách.
 |
| Hạt tinh bột sắn (trái) và hạt tinh bột nhiệt dẻo TPS (phải) |
Trên cơ sở hạt nhựa đã được phát triển, màng nhựa tự phân hủy sinh học từ hỗn hợp PBAT và tinh bột sắn đã được sản xuất thành công bằng các thiết bị thổi màng truyền thống. Màng nhựa thành phẩm thể hiện đặc tính cơ lý vượt trội, với độ bền kéo đạt 17,4 MPa và độ dãn dài lên tới 220%. Các chỉ số này tương đương, thậm chí cạnh tranh với màng nhựa polyethylene (PE) thông dụng đang được sử dụng rộng rãi trên thị trường.
Về khả năng thân thiện với môi trường, màng blend PBAT/TPS-CA đã được kiểm chứng có khả năng phân hủy hoàn toàn thành CO2, H2O và mùn hữu cơ, tuân thủ nghiêm ngặt tiêu chuẩn quốc tế ASTM 6400. Các thử nghiệm trong điều kiện ủ compost hiếu khí có kiểm soát đã chứng minh mức độ phân rã vật liệu đạt 96% chỉ sau 53 ngày và mức độ chuyển hóa thành CO2 đạt 91% sau 155 ngày, hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9493.
Theo nhận định của các chuyên gia đầu ngành, việc chuyển đổi sang nền kinh tế tuần hoàn không chỉ gói gọn trong việc tăng cường tái chế chất thải. Để đạt hiệu quả bền vững, quá trình này cần được bắt đầu ngay từ giai đoạn thiết kế sản phẩm và đặc biệt là ở khâu lựa chọn nguyên vật liệu đầu vào.
Những vật liệu có nguồn gốc sinh học, với khả năng phân hủy tự nhiên sau khi hoàn thành vòng đời sử dụng, không chỉ góp phần giảm thiểu đáng kể lượng chất thải tồn lưu trong môi trường mà còn hạn chế nhu cầu khai thác tài nguyên hóa thạch vốn đang cạn kiệt, phục vụ cho sản xuất nhựa truyền thống.
Trong tầm nhìn dài hạn, cùng với nỗ lực nâng cao nhận thức cộng đồng về việc lựa chọn các sản phẩm thân thiện với môi trường, những nghiên cứu đột phá như đề tài của GS.TS. Đặng Thị Kim Chi sẽ tạo tiền đề vững chắc cho sự phát triển của ngành công nghiệp vật liệu sinh học tại Việt Nam. Điều này không chỉ gia tăng giá trị cho nguồn nguyên liệu nông sản nội địa mà còn đóng góp thiết thực vào mục tiêu xây dựng một nền sản xuất và tiêu dùng thực sự bền vững cho quốc gia.
