Giải quyết rác thải nhựa bằng vỏ tôm?

Chitin từ vỏ tôm góp phần giảm thiểu gánh nặng lên môi trường từ rác thải nhựa

Nhựa sinh học

Rác thải nhựa trong các hố chôn rác vẫn không ngừng tích tụ. Con người đã sản xuất trên 8 tỷ tấn nhựa từ nhiều ngành công nghiệp bắt đầu vào thập niên 50. Chỉ 10% rác thải nhựa được tái chế thành công còn phần lớn nằm trong hố chốn rác suốt một thời gian dài hoặc thải vào môi trường đại dương, đe dọa sự an toàn của hàng loạt sinh vật biển. Trong khi đó, một chai nhựa cần khoảng 450 năm mới bị phân hủy.

Các nhà khoa học Mỹ và Canada cho rằng đã đến lúc phải giải quyết 2 vấn đề rắc rối là nhựa và rác thải vỏ tôm, cua cùng lúc. Những vỏ cứng của các loài giáp xác như tôm hùm, cua bể hoặc tôm đều chứa chitin – một nguyên liệu cùng với chất dẫn xuất chitosan có thể tạo ra nhựa dễ phân hủy sinh học trong vài tuần hoặc tháng, thay vì hàng thế kỷ như nhựa thông thường.

Nhưng thách thức đặt ra là làm cách nào để thu gom đủ lượng chitin và chitosan tinh khiết từ vỏ giáp xác để chế tạo nhựa sinh học đảm bảo chi phí hiệu quả nhất. John Keyes, Tổng giám đốc Công ty Mari Signum tại richmond VA, cho rằng nút thắt chính là tạo ra chitin thân thiện môi trường.

Thị phần hẹp

Chitin là một trong những nguyên liệu hữu cơ dồi dào nhất trên thế giới, chỉ sau cellulose. Không chỉ vỏ giáp xác, chitin còn có nhiều trong côn trùng, vây cá, nhuyễn thể và nấm mốc. Giống nhựa, chitin là một cao phân tử (polymer), một chuỗi phân tử được hình thành từ sự kết hợp của nhiều đơn vị nhỏ lặp lại. Cấu trúc của chitin là dạng mạch thẳng gồm các tiểu phân N-acetyl-D-glucosamine kết hợp lại với nhau. Đây là một loại đường tương tự glucose. Chitin và chitosan mang tính kháng khuẩn, không độc và được sử dụng làm mỹ phẩm, chữa lành vết thương và xử ký nước bể bơi cùng nhiều ứng dụng khác.

Hiện, một số công ty trên thế giới cũng đang nỗ lực nghiên cứu để tung ra thị trường các sản phẩm chitin thân thiện. Cruz Foam – một doanh nghiệp ở Santa Cruz, bang California, Mỹ đã bắt tay sản xuất ván lướt sóng từ chitin mặc dù công ty này chuyên sản xuất bọt biển dùng trong đóng gói hàng hóa. Xốp polystyrene, một thành phần phổ biến trong ván lướt sóng và đóng gói thực phẩm phải mất 500 năm mới phân hủy sinh học. Đồng sáng lập Cruz Foam, Marco Rolandi khẳng định sản phẩm Cruz Foam phân hủy sinh học nhanh chóng dựa trên một thử nghiệm tại nhà. Ông đặt Cruz Foam trong phân hữu cơ sau nhà; một tháng sau ông phát hiện có giun sinh sống trong sản phẩm này. Dù ván lướt sóng hay băng gạc thân thiện sinh thái đều có giá trị, nhưng chỉ là những sản phẩm cho thị trường ngách rất nhỏ hẹp.

Sản xuất không dễ

Chiết xuất chitin theo cách truyền thống cần các hóa chất ăn mòn. Vỏ giáp xác chứa 15 – 40% chitin. Để lấy được lượng chitin này đòi hỏi phải loại bỏ được protein cùng chất khoáng, phần lớn là canxi carbonate. Axit hydrochloric – một axit mạnh sẽ loại bỏ được canxi carbonate trong khi giải phóng carbon dioxide, sodium hydroxide hoặc kiềm. Sản xuất 1 kg chitin cần 10 cân vỏ giáp xác, 6 kg than đá cấp nhiệt, 9 kg axit hydrochloric, 8 kg natri hydroxide và 330 kg nước ngọt. Khâu loại bỏ tạp chất còn sót lại ở chitin cần sử dụng tiếp 200 kg nước nữa. Để tạo ra chitosan lại cần thêm một bước là bổ sung natri hydroxide nóng, đậm đặc vào chitin. Để hoàn thiện bước này, nhà sản xuất cần đầu tư các lò phản ứng hóa học chống ăn mòn rất đắt tiền, cùng công nghệ xử lý nước thải và khí thải carbon dioxide.

Pierre-Olivier Morisset, trung tâm nghiên cứu Merinov tại Canada cho rằng, hướng tiếp cận khả thi nhất hiện nay là giảm hoặc loại bỏ hẳn các phản ứng hóa học gây ăn mòn, tái sử dụng nước và giữ các polymer mạnh. Chúng tôi đang nghiên cứu công nghệ tạo ra hàng trăm kg chitin hoặc chitosan bằng các polymer chuỗi dài. Nhưng phát triển một công nghệ xanh không đơn giản. Các nhà cung cấp thủy sản cũng đang đối mặt những trở ngại về mặt kinh tế. Hiện, nhà sản xuất tại Mỹ phải trả tiền cho đơn vị chôn rác để thu gom vỏ tôm, cua. Nhưng ngoài ra, họ còn phải mất thêm chi phí sấy vỏ tôm cua và vận chuyển đến các đơn vị chế biến cách xa đó.

Sau cùng, chitin và chitosan không thể thay thế được tất cả nhựa trên thế giới. Thậm chí nếu toàn bộ 6 đến 8 triệu tấn vỏ tôm, cua của thế giới được chế tạo thành chitin thì cũng chỉ đáp ứng được một tỷ lệ nhỏ trong tổng nhu cầu tiêu thụ nhựa mỗi năm. Dù vậy, chitin từ vỏ tôm vẫn là hướng đi tích cực góp phần giảm thiểu gánh nặng lên môi trường từ rác thải nhựa, đồng tời tạo sản phẩm gia tăng giá trị cho ngành thủy sản toàn cầu.