Tái chế nhựa bằng enzyme : Bước đột phá về công nghệ tái chế của công ty Pháp Carbios

Đăng ngày: 15/07/2022

Thùy Dương

Tái chế nhựa, đặc biệt là nhựa PET, loại nhựa được sử dụng rất nhiều, là bài toán hóc búa để bảo vệ môi trường, hướng tới phát triển bền vững. Trong số các công nghệ hiện đang được phát triển, công ty khởi nghiệp Carbios của Pháp, sau hơn 10 năm nghiên cứu, thử nghiệm công nghệ dùng enzyme đột biến « ăn nhựa » để tái chế nhựa PET, đã trở thành nhà đi tiên phong trong lĩnh vực tái chế sinh học, tái chế « xanh ».

Với Carbios, chỉ trong vài năm tới, Pháp sẽ trở thành nước đầu tiên trên thế giới có nhà máy tái chế nhựa PET với quy mô sản xuất công nghiệp.  

Về lý thuyết, đa phần các loại nhựa hiện nay là có thể tái chế, nhưng trên thực tế, nhựa lại là loại vật liệu ít được tái chế nhất, chủ yếu do khó được tái chế đại trà : Có hàng trăm loại nhựa, thường mỗi loại lại được thiết kế, tối ưu hóa cho một vài loại sản phẩm riêng. Công tác tái chế đòi hỏi có sự phân loại rác theo loại nhựa, màu sắc, trong khi nhựa lại thường được kết hợp với các loại vật liệu khác … Tái chế nhựa vì thế vẫn là bài toán khó cho ngành công nghiệp tái chế. Riêng tại Pháp, mặc dù chính phủ đề ra chỉ tiêu đầy tham vọng là đến năm 2025, 100% nhựa phải được tái chế, nhưng trên thực tế, theo số liệu của Plastics Europe, con số này nay mới chỉ khoảng 24,2%.  

Trong số các loại nhựa được sản xuất và sử dụng nhiều, có nhựa PET (polyéthylène téréphtalate). Theo trang mạng Futura Planète (Tương lai hành tinh), 18% tổng lượng nhựa tiêu thụ trên toàn cầu, chủ yếu là các loại chai, lọ nhựa (đựng nước, soda, dầu gội đầu), hộp thực phẩm, vải polyester, được làm từ nhựa PET. Trên thế giới, mỗi năm có 82 triệu tấn nhựa PET được sản xuất (trong tổng số 460 triệu tấn nhựa các loại). Hiện nay, nhựa PET vẫn là loại nhựa khó tái chế nhất, và chủ yếu mới có các chai, lọ nhựa trong suốt được tái chế, và nhựa PET tái chế theo phương pháp nhiệt – cơ (thermomécanique) như hiện nay chỉ có thể thay thế một phần nguồn nguyên vật liệu và chỉ có thể tái chế tối đa 5-6 lần, bởi sau mỗi lần tái chế chất lượng nhựa lại kém đi.  

10 năm chặng đường phát triển  

Công nghệ dùng enzyme biến đổi gien và rất « phàm ăn nhựa » để tái chế nhựa PET của công ty Pháp Carbios dường như có thể khắc phục được những nhược điểm nói trên của phương pháp tái chế nhiệt – cơ, nên được coi là bước tiến đột phá, tạo hy vọng chuyển đổi sang nền kinh tế tuần hoàn, góp phần bảo vệ hành tinh và các đại dương khỏi vấn nạn ô nhiễm rác nhựa. Hồi tháng 02/2022, Emmanuel Ladent, tổng giám đốc công ty Carbios của Pháp, thông báo sẽ xây dựng nhà máy đầu tiên tái chế nhựa PET bằng enzyme tại Longlaville, tỉnh Meurthe-et-Moselle, miền tây bắc, tại cơ sở của Indorama, nhà sản xuất nhựa PET lớn nhất thế giới.  

Và nhựa tái chế của Carbios, dự kiến đạt sản lượng 50.000 tấn/năm, sẽ được chính công ty Indorama, cơ sở Longlaville, sử dụng làm vật liệu sản xuất sợi vải polyester (35.000 tấn/năm) hoặc được Indorama chuyển sang nhà máy ở Hà Lan để chế tạo bao bì đủ chất lượng đóng gói thực phẩm, bởi ngay tại Pháp chưa có nhà máy nào sản xuất bao bì nhựa PET cho thực phẩm.  

Carbios hồi năm 2010 đã xây dựng một cơ sở thử nghiệm sản xuất công nghiệp với máy thủy phân dung tích 20.000l tại một trong những công xưởng cũ của nhà máy lốp Michelin, tại Clermont-Ferrand, miền trung nước Pháp, với sự tham gia của gần 100 kỹ sư, nhà nghiên cứu và kỹ thuật viên. Đây cũng là cơ sở thử nghiệm tái chế nhựa PET bằng enzyme ở quy mô công nghiệp đầu tiên trên thế giới : 2 tấn nhựa, tương đương với 100.000 chai nhựa hoặc 20.000 áo T-shirt bằng chất vải polyester được xử lý xong chỉ trong vòng 10 giờ.

Quy trình tái chế nhựa bằng enzyme diễn ra như thế nào ? Ngày 02/05/2022, trong phóng sự của France Culture, ông Martin Stéphan,giám đốc điều hành của Carbios, giới thiệu :  

« Nhựa đã qua sử dụng đã được nghiền vụn ra, trộn đều lên. Chúng tôi có các loại nhựa đủ mọi chất lượng, màu sắc. Chúng tôi cho chúng vào trong một cái máy, đó là áy ép đùn nhựa, có trục vít, tỏa nhiệt nóng, trục xoay và máy nghiền nhựa và nhiệt nóng làm các mảnh vụn nhựa tan chảy ra. Sau đó nhựa sẽ ở dạng viên, hạt nhỏ, màu sắc các hạt nhựa hoàn toàn đồng đều, bởi tất cả đã được nghiền vụn và tan chảy lẫn vào nhau, trở nên nhẹ hơn và có hình dạng hạt nhỏ.  

Tiếp theo, chúng tôi đổ những hạt nhựa này vào máy thủy phân 20m3 (20.000l), chúng tôi đổ nước vào, làm nóng đến 70 độ C. Đây là mức nhiệt độ rất thấp đối với phản ứng hóa học. Rồi chúng tôi đổ enzyme (men) vào, loại enzyme của riêng chúng tôi, mà chúng tôi đã tự điều chế. Khi enzyme tiếp xúc với nhựa, chúng bắt đầu phá vỡ phân tử nhựa và phân tách nhựa thành các thành phần gốc ban đầu gọi là các monomère, sau đó chúng tôi sẽ tách riêng chúng ra, chắt lọc và làm sạch chúng ».  

Không hại môi trường, hiệu quả gấp hàng trăm lần các đối thủ cạnh tranh 

Khác với các công nghệ tái chế hóa học, phải dùng đến hóa chất, một trong những ưu thế của công nghệ tái chế bằng enzyme là tự nhiên, thân thiện với môi trường, theo giải thích của ông Emmanuel Ladent, tổng giám đốc Carbios :  

« Quá trình được thực hiện mà không cần dung môi, mà chỉ cần thành phần tự nhiên. Các enzyme là những chất tự nhiên, là các protein có trong cơ thể con người. Có 30.000 loại enzyme trong cơ thể người, đây là nguyên tắc vận hành cơ bản của cơ thế sống. Sự khác biệt lớn của công nghệ tái chế nhựa bằng enzyme so với các công nghệ tái chế khác là chúng tôi có thể áp dụng với bất kỳ loại nhựa PET nào.  

Enzyme của chúng tôi phân hủy bất kỳ loại nhựa PET nào, bất kể hình dạng cấu thành, điều đó có nghĩa là chúng tôi có thể bắt đầu từ một chai nhựa, tái chế thành nhựa rồi dùng nhựa đó sản xuất một chiếc áo T-shirt, hay là ngược lại, từ một chiếc áo T-shirt tái chế thành một cái chai nhựa, thông qua việc tái tạo các thành phần cơ bản của nhựa nguyên sinh. Làm như vậy là chúng tôi thực sự, hoàn toàn theo một vòng tuần hoàn và chúng tôi có thể chấp nhận bất kỳ loại rác thải nhựa nào, trong khi các công nghệ khác thì không làm được như vậy.  

Sự khác biệt lớn thứ 2 là chúng tôi tái chế nhựa ở nhiệt độ thấp, chỉ khoảng 70°C, trong khi các quy trình tái chế cạnh tranh khác cần đến nhiệt độ rất cao : trên 200°C » 

Vì tái tạo được các thành phần cơ bản của nhựa nguyên sinh, nên theo công nghệ Carbios, nhựa có thể sẽ được tái chế không giới hạn số lần và chất lượng nhựa tái chế được giữ ổn định như mới điều chế lần đầu, điều mà các phương pháp tái chế nhiệt – cơ truyền thống không thể làm được.  

Phát triển enzyme « phàm ăn nhựa » không phải là mới, các nghiên cứu đã được thực hiện ngày càng nhiều từ hàng chục năm nay, Carbios cũng không phải là công ty đầu tiên dùng công nghệ tái chế bằng enzyme, nhưng theo một nghiên cứu Carbios công bố hồi năm 2020 trên Nature, một trong những tạp chí khoa học danh tiếng nhất thế giới, loại enzyme biến đổi gen mà Carbios phát triển đã tạo được bước đột phá : dựa trên enzyme LCC được các nhà nghiên cứu Nhật Bản phát hiện hồi năm 2012, enzyme « phàm ăn nhựa » của Carbios hợp tác với Viện công nghệ sinh học Toulouse (TBI) phát triển, cho phép hơn 90% nhựa được tái chế chỉ sau 10 giờ đồng hồ.  

Alain Marty, giám đốc nghiên cứu của Carbios, từng là nhà nghiên cứu của Học viện Quốc gia về Khoa học Ứng dụng (Insa) Toulouse, cho biết ngay cả trước khi được tối ưu hóa, enzyme của Carbios đã hoạt động mạnh hơn 10.000 lần một loại enzyme khác được phát hiện hồi năm 2016 và hiện được rất nhiều nhà nghiên cứu phát triển. Nhìn chung, phương pháp tái chế của Carbios được đánh giá là hiệu quả gấp 100 lần so với các phương pháp đối thủ cạnh tranh. Các tập đoàn lớn, có tiếng trên thế giới và có nhu cầu cao về nhựa, như L’Oreal, Nestlé Waters, PepsiCo, Suntory Beverage & Food Europe, Michelin … đã thử nghiệm sản xuất thành công bao bì cho các nhãn hàng Biotherm, Perrier, Pepsi Max và Origina … với sản phẩm nhựa tái chế của Carbios. Công ty Pháp hiện đã ký được nhiều thỏa thuận hợp tác với các đối tác nói trên.  

Niềm hy vọng cho nhiều lĩnh vực 

Theo Chương trình Môi trường Liên Hiệp Quốc (UNEP), định chế hàng đầu thế giới về môi trường, với phương thức sản xuất, sử dụng và thải rác nhựa như hiện nay, lượng rác nhựa xâm nhập vào các hệ sinh thái dưới nước có thể tăng gần gấp 3 lần, từ 9-14 triệu tấn mỗi năm, theo số liệu năm 2016, tăng lên thành 23-37 triệu tấn mỗi năm vào năm 2040. Thế nhưng, thiêu hủy rác nhựa lại gây ô nhiễm không khí nghiêm trọng nên bị xem là một trong những nguồn gây biến đổi khí hậu.  

L’Express ngày 06/05/2022 trích dẫn số liệu của Trung Tâm Luật Môi Trường Quốc tế (CIEL) của Mỹ, cho biết sản xuất nhựa và thiêu hủy rác nhựa trong năm 2019 đã xả thêm vào bầu khí quyền hơn 850 triệu tấn khí gây hiệu ứng nhà kính, gần gấp đôi lượng khí thải của một quốc gia như Pháp. Tổ chức CIEL nhấn mạnh nếu việc sản xuất và sử dụng nhựa phát triển như dự báo ​​hiện tại, đến năm 2030 lượng khí thải có thể cao bằng lượng khí thải của hơn 295 nhà máy nhiệt điện than. 

Như vậy, dùng enzyme biến đổi gen để tái chế nhựa PET theo quy mô công nghiệp đang mở ra tương lai mới cho ngành vật liệu nhựa, tái chế và mang lại nhiều hy vọng cho giới bảo vệ môi trường. Ông Martin Stéphan giải thích thêm :  

« Năng suất cũng rất cao và thực sự cho phép trước tiên là tránh việc nhựa kết thúc vòng đời ở bãi chôn lấp hoặc lò thiêu hủy hay lăn lóc, trôi nổi trong tự nhiên, và cũng là để tránh lại phải dùng dầu lửa để chế tạo nhựa. (…) Theo các thăm dò ý kiến, chúng tôi nhận ra rằng ngày càng có nhiều người tiêu dùng yêu cầu nhà sản xuất tái chế nhiều hơn, dùng bao bì đóng gói nhẹ hơn, có chất lượng hơn. Các nhà sản xuất sẽ phải làm như vậy, nếu không họ sẽ không bán được nhiều hàng, không kinh doanh được nữa. Thế nên tất cả đều sẽ phải đầu tư vào nhựa tái chế, điều này là bắt buộc. »  

Theo Les Echos, Liên Hiệp Châu Âu đã đề ra chỉ tiêu đến năm 2025, 25% chai nhựa PET phải được sản xuất từ nhựa tái chế. Mặc dù không có chỉ tiêu tương tự cho lĩnh vực vải polyester, nhưng trên thực tế, dưới sức ép của công luận, ngày càng nhiều thương hiệu thời trang có nhu cầu sản xuất trang phục từ chất liệu tái chế. Carbios đang mang lại hy vọng cho lĩnh vực dệt may, bởi cho đến nay các loại quần áo từ sợi vải polyester hoặc sợi tổng hợp đều chưa thể tái chế. Tuy nhiên, theo giám đốc Carbios, Emmanuel Ladent, hoạt động tái chế vải bằng enzyme sẽ phải đợi đến năm 2026 bởi lĩnh vực này đòi hỏi phải có các cơ sở phân loại vải, loại bỏ khóa kéo, khuy quần áo … trước khi tái chế vải.