Vật liệu trông giống tơ nhện ở cấp độ phân tử hứa hẹn thay thế nhựa

Nhựa là một trong những vật liệu hữu dụng nhất mà con người từng phát minh ra. Chúng mang lại những lợi ích to lớn đối với xã hội hiện đại. Nhưng lượng nhựa chưa từng có tiền lệ được sản xuất ra trong vòng vài thập kỷ trở lại đây đã gây nên những vấn đề nghiêm trọng cho môi trường trên trái đất. Chỉ riêng các loại bao bì đã chiếm đến 46% trong tổng số 340 triệu tấn rác thải nhựa trên toàn cầu trong năm 2018. Dù hoạt động tái chế nhựa đã được đẩy mạnh đáng kể trong những năm qua, hầu hết nhựa sử dụng ngày nay đều là loại nhựa sử dụng một lần, không có khả năng tái chế, và không có đặc tính phân huỷ sinh học. Nhu cầu đối với thực phẩm sẽ tăng gấp đôi vào năm 2050. Kéo theo đó là lượng rác thải từ thức ăn và bao bì nhựa tăng cao, đặt các quốc gia nghèo khổ trước áp lực khủng khiếp nhằm quản lý quy trình xử lý loại rác thải này.

Để giải quyết những vấn đề đó, chúng ta cần những vật liệu bền vững hơn, có thể tái chế hoặc phân huỷ sinh học. Các loại nhựa gốc thực vật đáp ứng được yêu cầu này, nhưng nhiều trong số chúng chỉ có thể được biến thành phân bón thông qua các quy trình công nghiệp, không thể được thực hiện tại các hộ gia đình.

Nay, các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã phát hiện ra một giải pháp nhằm chế tạo nhựa từ các protein thực vật bền vững và có sẵn trong tự nhiên. Lấy cảm hứng từ tơ nhện, tấm phim này hoạt động không khác các loại nhựa khác, nhưng có thể được tạo ra tại nhà bạn.

CÁC LOẠI NHỰA

Nhựa tổng hợp và không phân huỷ sinh học chủ được sử dụng phổ biến làm bao bì thực phẩm bao gồm polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), và crystalline polyethylene terephthalate (CPET). Có một số quy trình được đưa ra để tiêu huỷ PET - cụ thể là các kỹ thuật tái chế cơ học và hoá học - nhưng hầu hết nhựa trên thế giới vẫn bị đưa ra bãi rác sau khi sử dụng. PET có thể mất hàng trăm năm mới phân huỷ hết, và nó không có đặc tính phân huỷ sinh học. Điều đó đồng nghĩa nó có thể tiếp tục gây ô nhiễm cho hệ sinh thái trong nhiều năm sau khi bị đưa ra bãi rác.

Sản xuất nhựa đòi hỏi rất nhiều năng lượng. Sau đó, khi nhựa bị vứt bỏ, nó lại gây tổn hại cho môi trường, bao gồm ấm lên toàn cầu, xả thải nhà kính, và phá huỷ môi trường thuỷ sinh. Mặt khác, có một số loại nhựa gốc thực vật với đặc tính phân huỷ sinh học, như polylactic acid (PLA), polybutylene succinate (PBS), polycaprolactone (PCL), và polyhydroxyalkanoates (PHAs), vốn thân thiện hơn với môi trường so với các polymer không thể phục hồi.

PLA được sản xuất từ các tài nguyên có thể phục hồi và có ưu thế về khả năng tái chế và có thể được biến thành phân bón. Điều đó khiến PLA trở thành loại vật liệu thân thiện môi trường hơn nhiều so với PET, PS, và CPET. Tuy nhiên, độ bền và ổn định xét về lâu dài của nó lại thấp hơn các vật liệu tổng hợp.

VẬT LIỆU MỚI

Nghiên cứu mới nói trên được thực hiện nhằm đánh giá tiềm năng sử dụng của một loại polymer có đặc tính phân huỷ sinh học và có thể phục hồi, như protein đậu nành, để chế tạo nên một vật liệu mới thay thế được cho các loại nhựa gốc thực vật khác. Các nhà nghiên cứu tạo ra một loại nhựa gốc thực vật, sau đó thêm vào các hạt nano - những hạt có kích thước dưới 1/1.000.000 mét. Có nghĩa là họ có thể kiểm soát cấu trúc vật liệu để tạo ra các tấm phim dẻo, và vật liệu này có trông như tơ nhện dưới cấp độ phân tử. Họ gọi nó là "Vegan Spider Silk" (tơ nhện chay).

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng nhiều kỹ thuật, bao gồm kính hiển vi điện tử quét và kính hiển vi điện tử truyền qua để nghiên cứu cấu trúc của tấm phim. Họ đã phân tích những đặc tính quan trọng, như các đặc tính về khả năng cản trở và khả năng hấp thụ ẩm. Qua đó, họ phát hiện ra rằng các hạt nano giúp tăng cường đáng kể nhiều đặc tính, bao gồm độ chắc chắn, độ bền về lâu dài, và độ ổn định. Bằng cách tạo ra một loại nhựa với quy trình sản xuất thân thiện hơn với môi trường, từ các vật liệu bền vững, chúng ta có thể tiết kiệm được đáng kể năng lượng cần sử dụng. Đây có lẽ chính là một trong những phần thú vị nhất của nghiên cứu này.

Vật liệu mới nói trên có thể giúp giải quyết một số vấn đề mà ô nhiễm nhựa gây ra cho môi trường - bằng cách sử dụng một vật liệu từ một nguồn có thể phục hồi với những đặc tính tiên tiến phù hợp cho nhiều ứng dụng kỹ thuật, bao gồm đóng gói. Nghiên cứu còn giúp mở rộng quy mô sản xuất của các vật liệu đóng gói bền vững, sử dụng những nguồn tài nguyên thiên nhiên và tiêu thụ ít năng lượng hơn, đồng thời còn giảm được lượng rác thải nhựa bị vứt bỏ tại các bãi rác trên toàn thế giới.

(Theo VPAS.vn)