Nhựa sinh học – Bao bì từ nhựa sinh học

Mục lục

Các loại nhựa truyền thống là chế phẩm từ các loại nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt… Chúng có rất nhiều tính chất ưu việt nên được ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp. Tuy vậy, với thời gian phân hủy dài và những ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường gần đây, một lượng không nhỏ người tiêu dùng khá là e dè khi mua, sử dụng sản phẩm từ nhựa hoặc có bao bì nhựa. Nhiều giải pháp thay thế đã được đề ra qua nhiều năm. Và hiện nay, giải pháp được cho là tốt nhất từ các nhà khoa học là nhựa sinh học.

Nhựa sinh học là gì?

Nhựa sinh khối là nhựa tạo ra từ nguyên liệu tái sinh được có nguồn gốc sinh vật như dầu thực vật, bột ngô, rơm rạ, gỗ,… Phụ phẩm nông nghiệp hay nhựa đã qua sử dụng cũng có thể làm nguyên liệu bằng cách sử dụng công nghệ vi sinh vật. Ở góc độ hóa học, nhựa sinh học là chế phẩm từ dẫn xuất của đường như tinh bột, cellulose, acid lactic.

Loại nhựa sinh học đầu tiên là Parkesine được tạo ra từ ntrocellulose năm 1862. Parkesine lúc đó được sử dụng chỉ với một mục đích là làm nguyên liệu thay thế cho ngà voi. Trong nhiều năm tiếp theo, nhiều loại nhựa sinh học khác được tạo ra. Năm 1912, Brandenberger tạo ra Cellophane từ gỗ, cây bông hoặc dây gai. Vài năm sau, Poly Lactic Acid (PLA) cũng trở thành nguyên liệu. Tuy nhiên, do chi phí sản xuất cao, nhựa PLA không được sản xuất hàng loạt cho tới 1989. Những năm gần đây, nhiều loại nguyên liệu khác được thêm vào danh sách. Từ vi khuẩn, tinh bột từ nhiều loại củ, cho tới các sản phẩm biến đổi gene.

Về ứng dụng, nhựa sinh học có nhiều ứng dụng hơn ta tưởng. Từ ngành may mặc, trang sức tới cả công nghiệp ô tô, điện ảnh… Như năm 1930, chiếc xe đầu tiên làm bởi nhựa sinh học năm 1930 bởi Henry Ford. Các loại nhựa sinh học, nhất là các loại có thời gian phân rã thấp, được ưa thích và sử dụng trong ngành công nghiệp bao bì.

Phân loại nhựa sinh học

Theo nguồn gốc, nhựa sinh học có thể được phân loại như sau:

Gốc tinh bột

Thermoplastic được cho là đại diện cho nhựa sinh học và chiếm gần 50% thị trường nhựa loại này. Màng nhựa này có thể được làm tại nhà qua quá trình keo hóa và solution casting – phương pháp đúc khuôn bằng cách hòa tan polymer, đổ lên khuôn rồi làm bay hơi dung môi. Nhựa gốc tinh bột rất phù hợp làm vỏ nhộng thuốc, tuy nhiên, nhựa nguyên chất lại rất giòn. Vì thế, các chất làm dẻo như Glycol, glycerol, sorbitol thường được thêm vào và điều chỉnh phù hợp với mục đích sử dụng. Tính chất của nhựa loại này dựa trên tỉ lệ amylose/amylopectin. Nhiều amylose làm tính chất cơ lý cao hơn nhưng lại khó gia công hơn.

Màng nhựa gốc tinh bột dùng trong công nghiệp bao bì thường được thêm thermoplastic polyeste để tạo thành phẩm có thể phân rã hay ủ mục. Chúng được sử dụng làm màng bọc sách báo, hoặc màng xốp. Chúng còn được dùng làm bao bì bánh kẹo, túi đựng rau củ quả… Túi rác làm từ màng gốc tinh bột nên dùng đựng rác thải thực phẩm vì chúng có thể chôn hoặc ủ phân cùng nhau. Ngoài ra, màng này cũng có thể dùng làm giấy viết.

Gốc Cellulose

Nhựa gốc cellulose gồm các loại ê-te cellulose như cellulose acetate hay nitrocellulose và dẫn xuất của chúng. Nhựa này có thể trở nên mềm dẻo nếu được biến đổi với chi phí khá cao. Cellulose acetate là một ví dụ, nó có giá rất đắt nên rất ít được sử dụng làm bao bì. Tuy nhiên, sợi celluloic (dẫn xuất cellulose) có thể được thêm vào nhựa gốc tinh bột làm chúng tăng các tính chất cơ lý, tính thấm khí và cả khả năng chống nước.

Màng chống vi khuẩn từ Cellulose acetate

Gốc Protein

Nhựa sinh học có thể được tạo ra bằng protein từ nhiều nguồn gốc khác nhau. Ví dụ như gluten và casein từ lúa mạch đều có tiềm năng tạo được 2 loại polymer khác nhau. Protein đậu nành cũng là nguyên liệu tạo nhựa sinh học khác. Những chiếc xe Ford truyền thống đều có phần thân làm từ loại nhựa này. Nhựa gốc đậu nành nguyên bản khá khó sử dụng vì nó nhạy cảm với nước và có giá khá cao. Do vậy, người ta thường trộn nó với các loại polyester phân rã được khác để giảm độ nhạy cảm và cả giá thành sản xuất.

Gốc chất béo (polyester béo)

Nhựa gốc này chủ yếu có nguyên liệu từ vi khuẩn và các sản phẩm lên men từ thực vật. Loại nhựa gốc này phổ biến và được dùng nhiều nhất hiện nay là PLA (poly lactic acid). Nhựa PLA là một loại nhựa trong suốt có nguyên liệu là hạt ngô hoặc đường Gluco. Nó có vẻ ngoài và tính chất khá giống PS (Polystyrene), có khả năng phân rã và không độc. Nhược điểm của nó là khả năng chịu va chạm, chống thấm khí và chịu nhiệt kém. PLA có thể được trộn với nhiều loại nhựa khác tạo ra thành phẩm với nhiều tính chất khác nhau tùy theo nguyên liệu. Những loại này được sử dụng làm ra màng, sợi, hộp chứa hay kể cả cốc và chai nhựa.

Một số gốc khác

Nhựa sinh học còn có thể được sản xuất từ nhiều nguyên liệu, nguồn gốc hóa học khác. Ví dụ như Polyamide từ các loại tinh dầu hay polymer có gốc lipit. Một trong những phát kiến quan trọng nhất là khả năng tạo được ethylen từ thực vật. Ethylene có thể được chế từ ethanol. Mà Ethanol lại có thể được tạo ra qua quá trình lên men một số loại thực vật như ngô hay mía. PE (Polyethylene) tạo ra kiểu này không khác gì so với PE truyền thống từ dầu hỏa. Mặc dù không thể phân rã, nhưng chúng ta có thể tái chế chúng.

Braskem của Brazil cho biết
Sản xuất mỗi tấn PE từ mía có thể giảm đi 2,5 tấn Carbondioxide thải ra môi trường.

Ảnh hưởng tới môi trường

Các loại nguyên liệu như tinh bột, cellulose, gỗ, đường và các loại sinh khối khác dễ dàng thu hoạch và trồng lại hơn so với dầu mỏ. Điều này khiến hoạt động sản xuất nhựa sinh học bền vững hơn so với các loại nhựa truyền thống. Ảnh hưởng môi trường của nhựa sinh học đến bây giờ vẫn còn là vấn đề gây tranh cãi. Thế nhưng, việc sản xuất nhựa sinh học giúp giảm thải khí nhà kính và giảm sử dụng năng lượng không tái sinh là vấn đề đã được công nhận.

Bên cạnh đó, nó cũng có một số ảnh hưởng xấu tới môi trường như phú dưỡng và acid hóa. Quy trình canh tác các loại sinh học để làm nguyên liệu thải nhiều nitrat và photphat ra môi trường. Sau khi thấm vào nguồn nước, gây ra tình trạng thừa dinh dưỡng, dẫn tới tảo phát triển mạnh, làm thiếu oxy trong nước và gây chết động vật thủy sinh trên diện rộng. Quá trình trên cũng đồng thời sản sinh nhiều CO2, gây ra hiện tượng acid hóa vùng nước.

Quy trình tái chế, tái sinh của nhựa sinh học

Những ảnh hưởng khác gồm giảm độc sinh thái giữa con người và môi trường đất, giảm các chất gây ung thư tiềm tàng so với nhựa truyền thống. Tuy nhiên, chỉ số độc sinh thái với môi trường nước lại cao hơn khi so sánh 2 loại nhựa. Quá trình canh tác cũng sử dụng nhiều phân bón, giải phóng N2O dẫn tới suy giảm Ozone trong khi quyển. Các tác động nhỏ hơn bao gồm ô nhiễm do sử dụng thuốc trừ sâu, khí thải từ máy thu hoạch. Bên cạnh đó, còn có lượng tiêu thụ nước lớn, xâm thực đất, giảm đa dạng sinh thái….

Khả năng phân rã của nhựa sinh học

Một số loại nhựa truyền thống cũng như nhựa sinh học có khả năng phân rã sinh học khi được thêm các loại phụ gia. Tuy nhiên, nhựa sinh học có khả năng phân rã trong nhiều môi trường khác nhau nên dễ được chấp nhận hơn. Các môi trường có thể phân rã gồm cả trong đất, trong nước hay đem ủ phân. Trong môi trường đất hay khi được ủ mục có tốc độ phân rã nhanh hơn do giàu vi sinh vật.

Phương pháp tiêu hủy nhựa sinh học bằng ủ mục được khuyến khích hơn do giảm thiểu được lượng khí nhà kính phát tán ra môi trường. Khi ủ, nếu thêm đường vào thì có thể tăng tốc độ phân rã. Trong đất, nhựa sinh học dễ dàng phân rã hơn vì lượng vi sinh vật đa dạng. Tuy thế, phân rã trong môi trường đất lại cần nhiệt độ và thời gian lớn hơn. Có loại nhựa sinh học lại phân rã dễ dàng hơn trong môi trường nước. Nhưng nếu việc này xảy ra sẽ gây nguy hiểm có sinh vật và hệ sinh thái thủy sinh. Đây cũng có thể coi là một ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường.

Bao bì từ nhựa sinh học

Nhựa sinh học tuy có rất nhiều loại, nhưng hiện nay, đa số chúng vẫn chưa được ứng dụng nhiều trong công nghiệp bao bì. Các loại nhựa chủ yếu được sử dụng để làm bao bì là nhựa gốc tinh bột làm vỏ nhộng thuốc trong nganh dược phẩm và PLA cũng như nhựa trộn PLA. Những loại nhựa này hoàn toàn có tiềm năng thay thế nhựa truyền thồng trong nhiều mặt.

Năm 2015, Coca-cola ra mắt dòng chai PlantBottle^TM với 30% từ ethanol thực vật. Hexa Research báo cáo thị trường nhựa sinh học đã đạt tới 3.610.000.000USD năm 2016 và còn tiếp tục tăng. Ở Việt Nam, hiện nay nhựa sinh học cũng đã bắt đầu được sử dụng thay thế các loại túi nilon, túi mua hàng. Với tiềm năng thay thế hoàn toàn nhựa truyền thống, chỉ là vấn đề thời gian trước khi nhựa sinh học có thể được nhìn thấy ở khắp mọi nơi. Tuy nhiên, những ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường cũng phải được giải quyết hoặc giảm thiểu để nhựa sinh học có thể được chấp nhận nhiều hơn.