Canada: Sản xuất nhựa sinh học từ phế phẩm cá hồi

Nhựa polyurethane có nguồn gốc từ dầu thô và được xem là độc hại với môi trường trong quá trình chế biến và tổng hợp. Do đó, các nhà nghiên cứu tại Newfounand, Canada đang tìm kiếm các giải pháp thay thế nhựa tổng hợp bằng nhựa sinh học có khả năng phân hủy được làm từ đầu, xương, da và ruột cá hồi –  phế phẩm từ các nhà máy chế biến thủy sản. 

Nếu dự án trên thành công, nhựa sinh học gốc dầu cá có thể đáp ứng nhu cầu tiêu thụ các loại nhựa bền vững hơn, theo tiến sĩ Francesca Kerton, chuyên gia nghiên cứu độc lập của dự án. Để tạo ra nguyên liệu mới, nhóm chuyên gia của Kerton đã bắt đầu với dầu cá chiết xuất từ những phần còn lại của cá hồi Atlantic sau khi chuẩn bị giao bán cá cho khách hàng. 

Phụ phế phẩm từ các nhà máy chế biến cá hồi là nguyên liệu tiềm năng để sản xuất nhựa phân hủy sinh học thay thế nhựa polyurethane tổng hợp. Ảnh: Thefishsite

Đâu là sự khác biệt?

Phương pháp xuất nhựa PU truyền thống thường tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm môi trường và nhiều vấn đề an toàn khác. Phương pháp này cần dầu thô, một nguồn nguyên liệu không thể tái tạo và khí độc không màu phosgene. Quá trình tổng hợp nhựa PU sản sinh ra hợp chất isocyanates có thể ảnh hưởng đến hệ hô hấp của con người. Và sản phẩm cuối cùng là nhựa PU lại không phân hủy được trong môi trường kéo theo nguy cơ sản sinh ra hợp chất carcinogenic – một trong những tác nhân gây ung thư. Trong khi đó, nhu cầu tiêu thụ các loại nhựa an toàn hơn không ngừng tăng cao. Trước đây, nhiều chuyên gia đã phát triển nhựa PU mới gốc dầu thực vật để thay thế dầu mỏ. Tuy nhiên, nhược điểm của nhựa gốc dầu thực vật nằm ở chỗ các vụ trồng trọt, thường là cây đậu tương – nguyên liệu dùng để chiết xuất dầu thực vật, lại đòi hỏi một diện tích đất đai tương đối lớn đáng nhẽ ra được sử dụng để sản xuất thực phẩm cho con người. Do đó, nhựa gốc dầu thực vật không bền vững. 

Theo Kerton, phế phẩm từ ngành chế biến cá hồi chính là nguyên liệu thay thế tiềm năng. Nuôi cá hồi là ngành công nghiệp xương sống của vùng ven biển Newfoundland. Sau chế biến, các bộ phận còn lại của cá hồi thường bị bỏ đi, nhưng thi thoảng cũng được sử dụng để chiết xuất dầu cá. Kerton và các đồng nghiệp đã xây dựng một quy trình biến đổi dầu cá thành nhựa sinh học. Đầu tiên, họ cho thêm ôxy vào dầu không bão hòa bằng các phương pháp được kiểm soát để tạo ra chất kết dính epoxides với các phân tử tương tự trong expoxy nhựa thông. Sau phản ứng hóa học giữa các epoxide với carbon dioxide, các chuyên gia đã liên kết các phân tử vừa tạo ra cùng với amine gốc nitơ để tạo thành nguyên liệu mới. Trước lo ngại nhựa có mùi tanh của cá, Kerton cho biết khi bắt đầu quy trình sản xuất nhựa sinh học bằng dầu cá thì mùi tanh vẫn còn phảng phất, nhưng sau nhiều bước chế biến, mùi tanh đã biến mất hoàn toàn. 

Tinh chỉnh sản xuất

Kerton và nhóm nghiên cứu đã mô tả phương pháp này trên một số tạp chí chuyên ngành và Mikhailey Wheeler, chuyên gia nghiên cứu thuộc Hiệp hội Hóa học châu Mỹ (ACS) đang cải tiến quy trình. Các nghiên cứu sơ bộ của Wheeler chỉ ra rằng các axit amin histidine và aspagagine có thể thay thế amine bằng cách kết nối các thành phần của polymer. 

Trong các thử nghiệm khác, nhóm chuyên gia đã bắt đầu nghiên cứu nguyên liệu mới phân hủy thế nào khi được đưa vào sử dụng trong đời sống. Wheeler đã ngâm các mảnh nguyên liệu mới trong nước và bổ sung thêm lipase để đẩy nhanh quá trình phân hủy. Lipase là một enzyme có khả năng phá vỡ các chất béo giống như chất béo trong dầu cá. Dưới kính hiển vi, nhóm chuyên gia quan sát thấy sự phát triển vi khuẩn trên toàn bộ các mẫu nguyên liệu, thậm chí những mẫu ngâm trong nước thông thường, và một tín hiệu tốt đó là nguyên liệu mới có thể dễ dàng phân hủy sinh học, Wheeler cho biết. 

Kerton và Wheeler sẽ tiếp tục đánh giá hiệu lực của axit amin trong tổng hợp và nghiên cứu khả năng phân hủy của nhựa sinh học cùng các đặc điểm lý tính để đánh giá ứng dụng tiềm năng của nhựa sinh học mới như làm bao bì đóng gói hoặc quần áo.