Hành tinh của chúng ta và mọi thứ sống trên đó đang phải gánh chịu sức nặng của lượng rác thải nhựa khổng lồ mà chúng ta đang tạo ra. Khối lượng vật liệu không phân hủy sinh học này bị thải bỏ sau khi sử dụng ngày càng tăng, vì vậy chúng ta cần những cách mới để giải quyết chúng một cách nhanh chóng.
Một nghiên cứu mới chứng minh tính khả thi của một phương pháp hoàn toàn mới để tái chế nhựa, lấy cảm hứng từ cách tự nhiên “tái chế” các thành phần của các polyme hữu cơ có trong môi trường của chúng ta.
Phương pháp này được định hướng bởi thực tế là các protein trong polyme hữu cơ liên tục bị phân hủy thành các phần và lắp ráp lại thành các protein khác nhau, mà không làm mất đi chất lượng của các khối xây dựng. Về bản chất, khi nói đến việc tái chế nhựa – một polyme tổng hợp – mà không làm suy giảm nó, chúng ta phải suy nghĩ nhỏ hơn.
Protein là một trong những hợp chất hữu cơ chính đóng vai trò là khối xây dựng cho mọi thứ sinh học. Chúng là chuỗi dài các phân tử (hoặc monome) được gọi là axit amin, và các nhà nghiên cứu nghĩ rằng cách các phân tử này có thể bị phá vỡ và cấu hình lại cho thấy một chiến lược tiềm năng để tái chế polyme tổng hợp.
Các nhà khoa học và kỹ sư đã phát minh ra phương pháp tái chế nhựa mới bằng cách lấy cảm hứng từ cấu trúc protein, trong đó các axit amin được ví như các hạt ngọc trai có thể tháo rời và lắp ghép lại.
“Một protein giống như một chuỗi ngọc trai, trong đó mỗi viên ngọc là một axit amin,” nhà khoa học vật liệu Simone Giaveri từ École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) ở Thụy Sĩ cho biết.
“Mỗi viên ngọc có một màu khác nhau, và trình tự màu sắc quyết định cấu trúc chuỗi và do đó là các đặc tính của nó. Trong tự nhiên, chuỗi protein bị phá vỡ thành các axit amin cấu thành, và các tế bào ghép các axit amin đó lại với nhau để tạo thành các protein mới – nghĩa là, chúng tạo ra các chuỗi ngọc trai mới với một chuỗi màu khác.”
Các nhà nghiên cứu đã gọi phương pháp của họ là “tái chế kinh tế tuần hoàn lấy cảm hứng từ tự nhiên”, hay viết tắt là NaCRe.
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã có thể chia các protein được chọn thành các axit amin, sau đó lắp ráp chúng thành các protein mới với các cấu trúc và mục đích sử dụng khác nhau. Trong một trường hợp, họ đã biến các protein từ tơ tằm thành protein huỳnh quang xanh, một chất đánh dấu phát sáng được sử dụng trong nghiên cứu y sinh. Mặc dù trải qua quá trình phân tách và tái cấu trúc này, chất lượng của protein vẫn không đổi.
Các nhà khoa học và kỹ sư đã phát minh ra phương pháp NaCRe để tái chế nhựa dựa trên cách protein tự nhiên được phân tách và tái tổ hợp, mở ra tiềm năng lớn trong việc duy trì chất lượng vật liệu.
Theo phân tích của nhóm nghiên cứu, các cơ chế xảy ra tự nhiên trong protein cũng có thể được áp dụng cho nhựa, mặc dù việc phát triển và mở rộng quy mô công nghệ cần thiết sẽ mất một thời gian.
Có những khác biệt lớn giữa polyme tự nhiên và tổng hợp cần được tính đến, nhưng các nhà nghiên cứu cho biết phương pháp tái chế mới này là khả thi – và sẽ giữ cho vật liệu được sử dụng lâu nhất có thể.
“Nó sẽ đòi hỏi một tư duy hoàn toàn khác,” nhà khoa học vật liệu Francesco Stellacci từ EPFL cho biết. “Polyme là chuỗi ngọc trai, nhưng polyme tổng hợp chủ yếu được làm từ ngọc trai có cùng màu và khi màu sắc khác nhau, trình tự màu sắc hiếm khi quan trọng.”
“Hơn nữa, chúng ta không có cách hiệu quả nào để lắp ráp polyme tổng hợp từ các viên ngọc trai có màu sắc khác nhau theo cách kiểm soát trình tự của chúng.”
Ngay cả nhựa phân hủy sinh học cũng tạo ra chất thải còn sót lại phải được dự trữ hoặc chôn lấp sau khi quá trình tái chế kết thúc, với những tác động tiêu cực thông thường đối với môi trường về sử dụng đất và ô nhiễm. Chiến lược mới có thể giúp khắc phục điều đó.
Các nhà nghiên cứu ước tính rằng trong suốt cuộc đời 70 năm, một người trung bình vứt bỏ khoảng 2 tấn nhựa – và xét đến việc có gần 8 tỷ người trên hành tinh hiện nay, đó là một lượng chất thải thảm khốc.
Và mặc dù chúng ta đang đạt được một số tiến bộ trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm nhựa, nhưng hiện tại vẫn chưa đủ. Một sự thay đổi căn bản trong tư duy và hành động là cần thiết nếu chúng ta muốn ngăn chặn nhựa gây thêm thiệt hại cho thế giới và sức khỏe của chúng ta.
“Trong tương lai, tính bền vững sẽ đòi hỏi việc thúc đẩy tái chế lên mức cao nhất, ném nhiều đồ vật khác nhau lại với nhau và tái chế hỗn hợp để sản xuất một vật liệu mới khác nhau mỗi ngày,” Stellacci nói. “Tự nhiên đã làm điều này.”
