Phát hiện loại vi khuẩn biến khí CO2 thành nhựa tự phân hủy

Cảnh báo mới nhất của Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc nói rằng chúng ta cần có hành động triệt để để cắt giảm 60% lượng khí thải carbon trên toàn thế giới vào năm 2035 và ngăn chặn những tác động tồi tệ nhất của thảm họa khí hậu.

Báo cáo của Ủy ban liên chính phủ đã đề cao lợi ích của cuộc đua nhằm loại bỏ carbon trong các ngành công nghiệp trên thế giới, với việc nỗ lực cho ra đời các công nghệ có thể sản xuất năng lượng mà không giải phóng CO2 hoặc trực tiếp loại bỏ carbon dioxide trong không khí.

Rõ ràng là một giải pháp cho cuộc khủng hoảng khí hậu sẽ đòi hỏi phải kết hợp các chiến lược hiện tại với các chiến lược trong tương lai, bao gồm sản xuất năng lượng gió và năng lượng mặt trời với các kỹ thuật thu giữ carbon. Tuy nhiên, nghiên cứu mới từ các kỹ sư hóa học tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc có thể mở ra một hướng đi mới trong cuộc chiến chống carbon của chúng ta: Một loại vi khuẩn siêu nhỏ có tên là Cupriavidus necator, có thể biến khí CO2 thành nhựa phân hủy sinh học.

Theo công bố ngày 27/03 của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hàn Quốc, công trình cho thấy với các điều kiện và thành phần phù hợp, C. necator có thể liên tục tạo ra nhựa sinh học từ CO2 trong không khí. Nếu phương pháp này có thể được nhân rộng, vi khuẩn này có thể là một giải pháp hai trong một: Vừa chuyển đổi lượng CO2 dư thừa thành một loại nhựa có thể phân hủy sinh học, vừa giảm thiểu nhu cầu sản xuất nhựa tốn kém năng lượng và thiếu hiệu quả.

Liệu loại vi khuẩn này có thể khởi xướng một cuộc cách mạng cắt giảm carbon không?

Hơn một thập kỷ trước, các nhà khoa học nhận ra rằng C. necator có thể lên men nhiều nguồn carbon để tạo ra poly-3-hydroxybutyrate (PHB), một loại polyester có khả năng phân hủy sinh học và tương thích với các sinh vật sống. Nhưng trong nhiều năm, việc sản xuất PHB của vi khuẩn chỉ có thể được thực hiện theo đợt, vì cần có điện khi bắt đầu quy trình và sự tích tụ các sản phẩm phụ độc hại sẽ giết chết vi khuẩn. Những yếu tố này đã hạn chế khả năng của các nhà nghiên cứu trong việc mở rộng quy mô lên men C. necator bên ngoài phòng thí nghiệm.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã tìm ra cách giải quyết. Họ đã thêm một màng tổng hợp vào thiết lập của mình để tách vi khuẩn khỏi các sản phẩm phụ độc hại. Ở một bên của hệ thống, một phản ứng hóa học chuẩn bị khí CO2 cho quá trình lên men và màng để các thành phần chảy sang phía bên kia, nơi C. necator biến chúng thành các hạt PHB.

Trên hết, quá trình này có thể hoạt động liên tục và độc lập, với việc các nhà nghiên cứu loại bỏ vi khuẩn chứa PHB và bổ sung một lượng vi khuẩn mới tương đương mỗi ngày một lần. Như một bằng chứng về khái niệm, các nhà khoa học đã chạy hệ thống liên tục trong 18 ngày, nhận thấy rằng nó có thể tạo ra 11,5 mg PHB mỗi giờ—gấp hơn 16 lần sản lượng của các hệ thống hiện có.

Quy trình sản xuất PHB ban đầu vẫn cần điện để chuyển đổi khí CO2 thành sản phẩm mà vi khuẩn có thể lên men, nhưng ngay cả bước này cũng đã được thực hiện tiết kiệm năng lượng hơn. Các nhà nghiên cứu tính toán rằng chi phí để chuyển đổi carbon dioxide thành năng lượng tái tạo sẽ rẻ hơn 2000 VND/kg so với việc mua nguyên liệu.

Các nhà nghiên cứu đã viết trong nghiên cứu của họ rằng những tiến bộ này mở ra cơ hội mở rộng quy mô sản xuất PHB của vi khuẩn, điều mà trước đây không thể thực hiện được. PHB có thể được sử dụng để thay thế loại nhựa phổ biến trong thế giới của chúng ta, từ bao bì thực phẩm đến thiết bị phẫu thuật.