Có bao giờ bạn tự hỏi vì sao vỏ chuối, quần áo cotton hay giấy có thể phân hủy sinh học, trong khi nhựa lại tồn tại đến hàng trăm năm? Bí mật nằm ở vi khuẩn, cỗ máy tuần hoàn nhỏ bé của tự nhiên. Qua hàng tỷ năm, chúng đã mài giũa kỹ năng phân hủy mọi thứ, từ động vật đến thực vật, để chuyển hóa thành năng lượng.
Nhựa, so với lịch sử Trái Đất, chỉ là một “đứa trẻ” chưa đầy 100 năm tuổi. Vật liệu này được tạo ra từ dầu thô, trải qua quá trình tinh chế và phối trộn phức tạp để tạo ra các loại nhựa khác nhau. Ví dụ, polypropylene (PP) cứng và bền, phù hợp làm hộp đựng thực phẩm. Polystyrene (PS) mềm dẻo và nhẹ hơn, lý tưởng cho bao bì xốp hoặc vật liệu cách nhiệt.
Cấu trúc bền chắc của nhựa khiến chúng trở nên xa lạ với vi khuẩn. Vi khuẩn cần thời gian để tìm cách “nhai” loại vật liệu mới này.
Giống như câu chuyện về “thiên địch” trong tự nhiên, Ideonella sakaiensis, vi khuẩn ăn nhựa đầu tiên, được phát hiện năm 2016 tại một bãi rác gần nhà máy tái chế ở Sakai, Nhật Bản. Chúng được mệnh danh là “kẻ nổi loạn của thế giới vi khuẩn” vì có thể ăn PET, loại nhựa phổ biến nhất dùng để sản xuất chai nhựa và quần áo.
Ideonella sakaiensis có hình que. Để phân hủy nhựa, chúng tiết ra hai loại enzyme đặc biệt là PETase và MHETase. Cách chúng hoạt động tương tự như đàn kiến đói cùng nhau gặm nhấm một chiếc bánh sandwich. PETase cắt các chuỗi polymer dài và bền chắc trong nhựa thành các monomer đơn giản. MHETase tiếp tục phân tách các monomer này thành ethylene glycol và terephthalic acid, những tiền chất tạo ra nhựa.
Sau khi hấp thụ các monomer nhỏ, vi khuẩn chuyển hóa chúng thành năng lượng để sinh tồn.
Việc phát hiện ra vi khuẩn ăn nhựa mở ra một hướng đi mới trong việc xử lý và tái chế rác thải nhựa, đặc biệt khi thế giới dự kiến thải ra 700 triệu tấn rác thải nhựa vào năm 2040. Các nhà khoa học hy vọng sẽ tìm thấy nhiều loài vi khuẩn tương tự có khả năng phân hủy nhanh hơn Ideonella sakaiensis, vốn mất khoảng 7 tuần để phân hủy nhựa.
Một cuộc chạy đua tìm kiếm vi khuẩn ăn nhựa đã bắt đầu, thúc đẩy giới khoa học tìm kiếm khắp thế giới những loài vi khuẩn có “siêu năng lực” và tiềm năng kinh tế.
Đầu năm 2023, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Chonnam ở Hàn Quốc đã sử dụng giàn khoan để đào sâu 15 mét vào một bãi rác. Tại đó, GS. Soo-Jin Yeom và cộng sự đã tìm thấy vi khuẩn Bacillus thuringiensis, một loài có thể sống sót khi ăn túi nilon. Họ đang tiếp tục nghiên cứu khả năng chuyển hóa nhựa của enzyme trong loại vi khuẩn này.
Tại các khu rừng ngập mặn ở Việt Nam và Thái Lan, Simon Cragg, một nhà vi sinh vật học từ Đại học Portsmouth, cũng đang tìm kiếm các vi khuẩn có khả năng ăn PET. Rễ cây trong rừng ngập mặn thường vướng nhiều rác nhựa, và ông hy vọng rằng các vi khuẩn có khả năng phân hủy rễ cây có thể chuyển sang “ăn” nhựa.
Dựa trên những vi khuẩn này, các nhà khoa học liên tục cải tiến enzyme và ứng dụng chúng trên quy mô lớn, hướng tới việc giải quyết cuộc khủng hoảng rác thải nhựa.
Tháng 4 năm 2020, một nhóm nghiên cứu từ Đại học Toulouse và Carbios, một công ty công nghệ sinh học của Pháp, đã tìm ra một loại enzyme có thể phân hủy tới 90% chai nhựa PET chỉ trong 10 giờ. Chỉ cần khuấy chai nhựa trong dung dịch chứa enzyme, chúng sẽ biến thành các tiền chất nhựa mới, mở ra một phương pháp tái chế nhựa dựa trên vi khuẩn.
Theo thống kê, mỗi phút có khoảng một triệu chai nhựa được bán ra trên toàn thế giới, và đạt tới 500 tỷ chai mỗi năm. Phương pháp tái chế này sẽ tạo ra vật liệu mới có chất lượng tương đương nhựa nguyên sinh, giúp giảm áp lực khai thác tài nguyên từ thiên nhiên.
Một lợi ích lớn khác của giải pháp này là khả năng tái chế quần áo polyester, khi hơn 50 triệu tấn quần áo polyester (làm từ PET) bị thải ra mỗi năm, gây ô nhiễm môi trường và phát thải khí nhà kính.
Ngoài vi khuẩn, giới khoa học còn phát hiện ra một “thiên địch” khác của nhựa, đó là sâu sáp, ấu trùng của bướm sáp, thường được dùng làm mồi câu cá. Khả năng “ăn” nhựa của sâu sáp được phát hiện vào năm 2017 bởi các nhà khoa học từ Tây Ban Nha và Anh, khi họ nhận thấy túi nilon đựng sâu sáp bị cắn thủng.
Một số loài sâu khác cũng được thử nghiệm. Ví dụ, tại Serbia, sâu bột được huấn luyện để “ăn” nhựa PE và PS, chỉ thải ra CO2 và nước.
Tuy nhiên, giải pháp huấn luyện sâu “ăn” nhựa vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm. Hiện tại, tái chế nhựa dựa vào vi khuẩn là lĩnh vực duy nhất thành công ở quy mô thương mại, với nhà máy đầu tiên trên thế giới dự kiến khởi công trong năm nay, có khả năng tái chế 50.000 tấn nhựa PET mỗi năm. Carbios, công ty đầu tư vào dự án này, kỳ vọng ngành tái chế nhựa tiên tiến sẽ đạt giá trị 200 tỷ EUR (hơn 235 tỷ USD) vào năm 2050.
Mặc dù đã đạt được một số thành công ban đầu, các nhà khoa học lưu ý rằng việc ứng dụng vi khuẩn hoặc sâu ăn nhựa cần có hạ tầng thu gom và xử lý rác thải phù hợp, tương tự như các giải pháp tái chế cơ học hoặc hóa học. Quan trọng hơn, việc quản lý rác thải nhựa cần bắt đầu từ việc giảm thiểu sản xuất và tiêu dùng, phân loại rác tại nguồn, cũng như cải thiện thiết kế sản phẩm để chúng thân thiện hơn với môi trường và dễ tái chế hơn.
Admin
Nguồn: VnExpress
