Biến cỏ dại và gỗ thải thành nhựa sinh học: Bước đột phá của Hàn Quốc trong cuộc chiến chống ô nhiễm nhựa

Công trình mang tính đột phá này là kết quả hợp tác giữa Giáo sư Sang Yup Lee - nhà khoa học hàng đầu trong lĩnh vực công nghệ sinh học tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) – và Viện Nghiên cứu Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT). Nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công một loại nhựa sinh học mới mang tên poly(ester amide), hay PEA, với đặc tính bền vững và hiệu suất cao, mở ra triển vọng ứng dụng quy mô công nghiệp.

Từ cỏ dại và gỗ thải đến polymer bền vững

Điểm nổi bật của nghiên cứu không chỉ nằm ở nguyên liệu đầu vào, vốn là các sinh khối dư thừa như cỏ dại, gỗ phế thải mà còn ở phương pháp sản xuất hoàn toàn mới dựa trên nền tảng vi sinh vật học. Cụ thể, nhóm của Giáo sư Lee đã thiết kế một hệ thống chuyển hóa hoàn toàn mới trong vi khuẩn Escherichia coli, loài vi khuẩn phổ biến trong công nghệ sinh học, nhằm tạo ra 9 loại poly(ester amide) khác nhau.

Thông qua quá trình lên men glucose chiết xuất từ sinh khối, vi khuẩn được “lập trình” để tổng hợp nên loại polymer có khả năng kết hợp độ bền cơ học của nylon với tính linh hoạt của PET (một loại polyester phổ biến trong chai nhựa). Đây là lần đầu tiên trên thế giới, loại polymer này được sản xuất bằng con đường sinh học tái tạo – thay vì dựa vào công nghiệp hóa dầu truyền thống.

Nhóm nghiên cứu tại Hàn Quốc chiết xuất glucose từ gỗ thải và cỏ dại - (Ảnh: KAIST).

Một trong những thành tựu quan trọng của công trình là hiệu suất sản xuất cực kỳ ấn tượng: trong điều kiện lên men theo mẻ, nhóm nghiên cứu đạt hiệu suất lên tới 54,57 g/L – con số rất khả quan trong lĩnh vực sản xuất vật liệu sinh học. Điều này đồng nghĩa với khả năng mở rộng quy mô sản xuất ở mức công nghiệp, chứ không chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm.

Về mặt ứng dụng, poly(ester amide) do KAIST phát triển có tính chất tương đương với polyethylene mật độ cao (HDPE) - loại nhựa phổ biến trong bao bì, đồ gia dụng và nhiều sản phẩm công nghiệp. Điều này cho thấy tiềm năng thực tế trong việc thay thế nhựa truyền thống, đồng thời tạo ra hướng đi mới cho ngành vật liệu sinh học bền vững.

Triết lý đổi mới vì môi trường

Phát biểu về công trình nghiên cứu, Giáo sư Sang Yup Lee cho biết: “Đây là lần đầu tiên loại polymer này được sản xuất qua quy trình sinh học hoàn toàn. Điều này cho thấy chúng ta hoàn toàn có thể tạo ra vật liệu tiên tiến mà không cần phụ thuộc vào nguyên liệu hóa thạch.”

Ông cũng nhấn mạnh rằng nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục tối ưu hóa quy trình sản xuất nhằm nâng cao hiệu suất và giảm chi phí, tạo tiền đề cho việc thương mại hóa trong tương lai gần. Với tốc độ phát triển công nghệ hiện tại, các sản phẩm từ poly(ester amide) có thể sớm xuất hiện trong đời sống hàng ngày – từ bao bì, chai lọ đến vật liệu công nghiệp.

Với tốc độ phát triển công nghệ hiện tại, các sản phẩm từ poly(ester amide) có thể sớm xuất hiện trong đời sống hàng ngày – từ bao bì, chai lọ đến vật liệu công nghiệp.

Nghiên cứu này là một phần trong chuỗi nỗ lực của KAIST nhằm thúc đẩy các giải pháp công nghệ xanh, hướng đến mục tiêu phát triển bền vững. Trước đó, KAIST cũng từng phát triển loại nhựa sinh học có khả năng phân hủy sinh học, đủ điều kiện thay thế chai PET trong tương lai. Những thành tựu này cho thấy sự đầu tư nghiêm túc và tầm nhìn dài hạn của Hàn Quốc trong cuộc chiến chống ô nhiễm nhựa.

Trong bối cảnh mỗi năm thế giới thải ra hàng trăm triệu tấn rác nhựa, và phần lớn trong số đó không thể tái chế hoặc phân hủy, việc tìm kiếm vật liệu thay thế có nguồn gốc sinh học là điều cấp thiết. Nghiên cứu của KAIST không chỉ góp phần giảm gánh nặng môi trường, mà còn mở ra cánh cửa mới cho ngành công nghiệp vật liệu sinh học toàn cầu.

Bằng cách biến cỏ dại và gỗ thải, những vật liệu tưởng chừng vô giá trị, thành nhựa sinh học cao cấp, các nhà khoa học Hàn Quốc không chỉ tạo ra một sản phẩm mới, mà còn góp phần định hình lại tư duy về tài nguyên, công nghệ và phát triển bền vững. Đây là một minh chứng rõ ràng rằng, khoa học có thể là chìa khóa cho một tương lai xanh hơn, sạch hơn và đáng sống hơn.