Vi khuẩn phân huỷ nhựa: Giải pháp xử lý rác thải cho tương lai

Các nhà hoạt động môi trường đã cảnh báo rằng, rác thải nhựa có thể nhiều hơn tổng trọng lượng cá tại các đại dương vào năm 2050. Dù ngay ngày hôm nay, chúng ta dừng mọi hoạt động thải rác nhựa ra môi trường thì với những giải pháp xử lý hiện tại, thế giới hàng trăm năm nữa vẫn chịu tác động xấu của rác thải nhựa.

Cả thế giới chìm trong rác thải nhựa

Theo báo cáo của Chương trình Môi trường Liên hợp quốc năm 2018, mỗi phút thế giới tiêu thụ 1 triệu chai nhựa, mỗi năm có 500 tỉ túi nilon được sử dụng. Khoảng 40% nhựa được sản xuất trên thế giới dùng để sản xuất các sản phẩm đóng gói. Một nửa tổng sản phẩm nhựa là loại chỉ dùng một lần, từ ống hút, dây câu cá tới tã trẻ em hay túi bọc đồ.

Trong 50 năm qua, lượng nhựa được tiêu dùng đã tăng gấp 20 lần và dự kiến sẽ tăng gấp đôi trong 20 năm tới. Mỗi năm, thế giới thải ra khoảng 300 triệu tấn rác thải nhựa, tương đương với trọng lượng của toàn bộ dân số toàn cầu. Loại chất dẻo này chiếm 10% tổng lượng chất thải hiện đang tác động tiêu cực đến môi trường, kinh tế và sức khỏe con người.

Trẻ em thu thập các chai nước bằng nhựa tại bờ vịnh Manila, Philippines.

Tuy nhiên, loại chất dẻo này có đặc tính khó phân hủy. Một chiếc túi nilon, nhiều khi được sử dụng trong 5 phút, chỉ mất 5 giây để sản xuất và cần 1 giây để vứt bỏ, song để phân hủy thì cần từ 500-1.000 năm.

Hiện, thế giới đang phải đối mặt với khoảng hơn 9,1 tỉ tấn rác thải nhựa tích tụ trên trái đất. Giới phân tích đánh giá, nếu nhịp độ sử dụng sản phẩm nhựa tiếp tục tăng như hiện nay, sẽ có thêm 33 tỉ tấn nhựa được sản xuất vào năm 2050 và như vậy sẽ có hơn 13 tỉ tấn rác thải nhựa được chôn lấp trong các bãi rác hoặc đổ xuống đại dương.

Theo một nghiên cứu do các chuyên gia Mỹ và Australia công bố tháng 12/2017, Trung Quốc và Indonesia là 2 quốc giả xả rác thải nhựa nhiều nhất ra đại dương, với lần lượt 8,8 triệu tấn và 3,2 triệu tấn mỗi năm, chiếm 1/3 tổng lượng rác thải nhựa đại dương.

Việt Nam đứng thứ tư trong danh sách này, mỗi năm “đổ” ra đại dương 1,8 triệu tấn rác thải nhựa.

Người cha và cậu con trai trên một chiếc "thuyền tạm" đi trên con sông đầy rác. Họ đang thu nhặt chai nhựa để bán cho các nhà hàng ở Manila. Họ kiếm được khoảng 3 USD/ngày.

Phương pháp xử lý rác hiện tại

Theo báo cáo của Liên hiệp quốc, mỗi năm lượng rác nhựa thải ra đủ để bao quanh trái đất 4 lần. Tuy nhiên, theo ước tính chỉ có 9% số rác thải nhựa được tái chế, khoảng 12% được đốt cháy, còn lại 79% vẫn đang tồn đọng trong các bãi chôn lấp, bãi rác và trong môi trường tự nhiên.

Tính riêng các nước thành viên Diễn đàn Hợp tác kinh tế châu Á-Thái Bình Dương (APEC) mỗi năm phải chi 1,3 tỉ USD để giải quyết ô nhiễm môi trường biển do rác thải nhựa, chưa kể những thiệt hại kinh tế xuất phát từ tác động tới môi trường hay sức khỏe con người. Ví dụ, rác thải trên đại dương gây thiệt hại cho hệ thống sinh thái biển ít nhất 8 tỉ USD/năm.

Một bãi rác khổng lồ ở thủ đô Manila, Philippines năm 2013.

Tại một số rất ít các nước phát triển trên thế giới, rác thải nhựa được tập trung xử lý ở các nhà máy tái chế và tiếp tục chu trình sử dụng. Một số nơi thậm chí đã ban hành những điều luật cấm sử dụng sản phẩm nhựa dùng 1 lần, tất cả phải được thu gom, phân loại và đưa đến các nhà máy tái chế.

Còn tại hầu hết các quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam, đều áp dụng phương pháp xử lý chính là đốt và chôn lấp. Một phần rất nhỏ rác thải nhựa tại các nước này được sử dụng tái chế nhưng với công nghệ đã lỗi thời, hiệu quả thấp, chi phí cao và gây ô nhiễm môi trường.

Nhưng ngay cả khi chất thải nhựa được thu gom đưa đi chôn lấp chúng vẫn tồn tại hàng trăm năm, làm thay đổi tính chất vật lý của đất, gây xói mòn đất, làm cho đất không giữ được nước, dinh dưỡng, ngăn cản ôxy đi qua đất, ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây trồng...

Một số nhầm tưởng, giải pháp giảm thiểu lượng rác nhanh nhất là đốt cháy rác thải nhưng chính hoạt động này lại kéo theo rất nhiều hệ quả gây ô nhiễm nếu không được thực hiện đúng cách. Chất thải nhựa chứa khí carbon và hydro. Hai loại khí này cùng với clorua thường được tìm thấy trong thức ăn thừa. Hỗn hợp này khi bị đốt sẽ thải ra khí độc hại có thể gây ung thư và tử vong.

Ở hầu hết các nước, rác được xử lý bằng phương pháp đốt hoặc chôn lấp.

Trưởng khoa Khoa học Môi trường thuộc Đại học Indonesia, ông Emil Budianto cho biết, khi chất thải nhựa và thức ăn thừa được đốt lên, chúng sẽ sản sinh ra chất dioxin và furan - hai loại hóa chất độc hại nhất được biết đến hiện nay trong khoa học. Hai chất độc hại này dù tiếp xúc chỉ một lượng nhỏ cũng có thể gây tử vong. Nếu hít phải dioxin ngay lập tức sẽ gây ho, khó thở và chóng mặt. Nếu bị phơi nhiễm dioxin trong thời gian dài sẽ dẫn tới ung thư. 

Tác hại khác của việc đốt chất thải là gây ô nhiễm môi trường. Nó có thể phá hủy tầng ozone của chúng ta và có tác hại như hiệu ứng nhà kính.

Vi khuẩn phân hủy rác thải nhựa, giải pháp cho tương lai

Năm 2016, các nhà khoa học của Viện Công nghệ Kyoto (Nhật Bản) đã tìm ra một loại vi khuẩn có khả năng phân hủy vật liệu nhựa. Loại vi khuẩn mới được phát hiện này có tên Ideonella sakaiensis, có thể tiết ra 2 loại enzyme giúp phân hủy một trong những loại nhựa phổ biến nhất là PET (nhựa dẻo nhiệt polyethylene terephthalate), thường được dùng trong sản xuất nước đóng chai, mỹ phẩm và đồ dùng gia đình.

Đến năm 2018, Morgan Vague, một nữ sinh viên Mỹ, đã thử nghiệm 300 chủng vi khuẩn và tìm ra 3 loại vi khuẩn tạo ra lipase, một enzyme tiêu hóa có khả năng làm phá hủy chất dẻo. Khi nghiên cứu sâu hơn 3 loại khuẩn này, Morgan phát hiện, một chủng khuẩn có khả năng phân hủy các hydrocacbon trong PET. Phát hiện này tương tự như việc tìm ra vi khuẩn Ideonella sakaiensis của các nhà khoa học Nhật Bản.

Năm 2016, lần đầu tiên các nhà khoa học Nhật Bản phát hiện ra loài vi khuẩn có khả năng phân hủy nhựa.

Và mới đây nhất là một bước tiến dài trong quá trình nghiên cứu chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy loại rác này. Các nhà khoa học từ đại học Portsmouth của Anh và phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Mỹ đã tình cờ tạo ra một loại enzyme có khả năng phân hủy nhựa bằng phương pháp gây đột biến.

Nhóm nghiên cứu đã tập trung vào loài vi khuẩn ăn nhựa PET có tên gọi là Ideonella sakaiensis – vi khuẩn được phát hiện bởi các nhà khoa học Nhật Bản vào năm 2016.

Mục tiêu ban đầu của nhóm là hiểu được cấu trúc của enzyme PETase ở loài vi khuẩn này. Tuy nhiên, họ đã tiến xa hơn mong đợi khi tình cờ tạo ra loại enzyme đột biến có khả năng phân hủy nhựa còn tốt hơn enzyme PETase.

Các nhà khoa học đã sử dụng tia X cực mạnh, sáng gấp 10 tỉ lần ánh sáng mặt trời để tạo ra mô hình 3D có độ phân giải cực cao về cấu trúc của enzyme PETase. Mô hình cho thấy nó có cấu trúc gần giống với enzyme cutinase được tìm thấy trong nấm và vi khuẩn. Sự khác biệt chỉ xuất hiện ở một vùng nhỏ bên trong enzyme PETase. Các nhà khoa học cho rằng đó chính là nhân tố cho phép enzyme này phân hủy nhựa.

Nhóm nghiên cứu thử biến đổi điểm hoạt động của enzyme PETase để làm nó giống với enzyme cutinase hơn. Kết quả thu được rất bất ngờ khi enzyme đột biến được tạo ra có khả năng phân hủy nhựa PET tốt hơn cả enzyme PETase trong vi khuẩn Ideonella sakaiensis.

Vi khuẩn phân hủy rác thải nhựa, giải pháp cho tương lai.

Kết quả của nghiên cứu có ý nghĩa rất quan trọng. "Enzyme được tạo ra thật đáng kinh ngạc. Nhựa plastic thông thường có thể mất tới 400 năm để phân hủy, nhưng bây giờ chúng ta đã có thể phân hủy chúng chỉ trong vài ngày" - Giáo sư John McGreehan từ Đại học Portsmouth cho biết.

Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences của Mỹ. Các nhà khoa học cho biết cần thêm thời gian nghiên cứu để cải tiến enzyme, với hy vọng có thể sớm ứng dụng chúng trên quy mô lớn để xử lý rác thải nhựa trên toàn cầu.

Theo đánh giá của cộng đồng khoa học thế giới nói chung và các nhà hoạt động môi trường nói riêng, việc phát hiện cũng như phát triển loại vi khuẩn này đã mở ra một hướng đi mới đầy hiệu quả trong việc xử lý vấn nạn rác thải nhựa trên toàn thế giới.

Đây là giải pháp cho tương lai…!