Nhóm nghiên cứu của giảng viên và sinh viên Trường ĐH Bách khoa TPHCM vừa thực hiện thành công dự án chuyển hóa bùn thải giấy từ nhà máy giấy, thu được cellulose tinh thể nano là loại vật liệu sinh học được xem cao cấp nhất hiện nay.
Vật liệu nano sinh học cao cấp
PGS.TS Nguyễn Đình Quân, Trưởng phòng thí nghiệm Nhiên liệu sinh học và Biomass (Khoa Kỹ thuật Hóa học), chủ nhiệm đề tài cho biết: “Phòng Nhiên liệu Sinh học và Biomass của trường tập trung nghiên cứu các kỹ thuật cải tiến trong lĩnh vực chuyển hóa sinh khối thành nhiên liệu và năng lượng tái tạo… Nhưng thành tựu đặc biệt nhất là nghiên cứu thành công ý tưởng chuyển hóa bùn giấy thải từ nhà máy giấy thành cellulose vi khuẩn chất lượng cao có ứng dụng phong phú. Từ vật liệu này, chúng tôi lại tiếp tục thủy phân để thu được cellulose tinh thể nano là loại vật liệu sinh học được xem là cao cấp nhất hiện nay”.
Bùn thải giấy của nhà máy giấy chính là cellulose từ bột giấy. Trong tự nhiên, để có bột giấy giàu cellulose, người ta cần sử dụng một lượng hóa chất khổng lồ như dung dịch kiềm đậm đặc, muối tẩy trắng, acid trung hòa… Bùn giấy tuy đen, bẩn, hôi, chứa nhiều tạp chất, nhưng chính là nguồn cellulose đã được tiền xử lý. Thêm vào đó, cellulose bùn giấy là loại cellulose có độ vô định hình cao vì đã trải qua quá trình “nấu” trong dung dịch kiềm nồng độ cao. Loại cellulose này rất dễ được thủy phân và chuyển hóa bởi các tác nhân sinh, hóa.
Thế nhưng, hiện nay bùn thải giấy hầu như chỉ bị đốt bỏ trong lò (sau khi ép vắt nước) mà không có ứng dụng nào giá trị cao. Đã vậy, lượng bùn thải giấy từ các nhà máy giấy hoặc nhà máy giấy tái chế là rất lớn. Nhóm nghiên cứu quyết tâm tìm thêm những ứng dụng mới hữu ích từ nguồn nguyên liệu thải loại này.
“Sau nhiều thử nghiệm với các ý tưởng khác nhau, nhóm phát hiện ra rằng việc dùng vi khuẩn Acetobacter Xylinum lên men bùn giấy, với một lượng a-xít nhỏ để hỗ trợ thủy phân và tạo môi trường, cho hiệu suất chuyển hóa cellulose khá cao. Cellulose vi khuẩn được tạo ra dạng màng dày, nổi lên trên bề mặt hỗn hợp, tách ra khỏi hỗn hợp nhiều tạp cặn lắng phía dưới, nên việc thu hoạch và xử lý cũng đơn giản hơn nhiều so với việc chuyển hóa cellulose thành các hợp chất khác như ethanol hay acid hữu cơ”, PGS Quân cho biết.
Lên men cellulose vi khuẩn là một mảng đề tài đã được thực hiện rất nhiều tại nước ta, nhưng chủ yếu vẫn là trong lĩnh vực thực phẩm hoặc sử dụng các nguồn đường cơ chất nguồn gốc thực phẩm. Vẫn còn ít hoặc chưa có nhiều nghiên cứu lên men cellulose từ phế thải. Trong khi đó, màng cellulose vi khuẩn đang được xem là một nguồn nguyên liệu sinh học bền vững có chất lượng cao và ứng dụng vô cùng phong phú.
Hiện nay, về mặt ý tưởng và kỹ thuật cơ bản, dự án đã đạt kết quả tốt, chứng minh tính khả thi và sẵn sàng cho sản xuất thử nghiệm lớn. Bên cạnh một số nhà máy giấy trong nước đang phối hợp với nhóm, còn có một tập đoàn lớn về hóa chất của Nhật Bản đã ký với PTN Biomass cam kết bảo mật thông tin để trao đổi, tìm hướng hợp tác triển khai đề tài này.
Sản phẩm cellulose vi khuẩn được chuyển giao ứng dụng vào cuộc sống có 2 hiệu ứng tích cực. Một là sẽ gián tiếp giải quyết nguồn thải của nhà máy giấy bằng việc tạo ra giá trị gia tăng, tức là tăng thêm nguồn kinh phí phục vụ cho xử lý chất thải. Hai là sẽ có một nguồn cellulose chất lượng cao ít đòi hỏi chi phí tiền xử lý, từ đó ứng dụng vào rất nhiều sản phẩm tiềm năng như gỗ nhân tạo, dệt may, giấy, polymer sinh học, vật liệu biocomposite…
Được vinh danh tại Tech Planter châu Á 2020
PGS.TS Nguyễn Đình Quân cho biết, 2 nhóm sinh viên năm 3 và năm 4 đều là những sinh viên đã từng học các lớp về quá trình và thiết bị do anh giảng dạy. Vì muốn các em có định hướng nghiên cứu từ sớm, để có nhiều thời gian rèn luyện các kỹ năng làm việc, nên anh luôn chia sẻ với các bạn về những ý tưởng và những đề tài mà PTN Biomass đang thực hiện.
Khi mang dự án chinh phục cuộc thi Tech Planter, thầy trò vẫn cho rằng sáng tạo của mình còn… đơn giản quá. Tech Planter là một cuộc thi rất nghiêm túc, được chia làm 3 vòng. Vòng 1 là vòng tuyển chọn vài chục nhóm trong một quốc gia sẽ dự kỳ thuyết trình. Vòng 2 là thuyết trình chung kết trong một quốc gia. Vòng 3 là vòng chung kết khu vực châu Á giữa những đội thắng cuộc tại vòng 2 các quốc gia. Do dịch Covid, vòng 3 Tech Planter Asia Final 2020 tổ chức qua hình thức thuyết trình online với sự tham dự của các đội phần lớn đều đến từ các đại học danh tiếng và các công ty khởi nghiệp trong khu vực.
“Khi Ban tổ chức xướng tên đội giành 1 trong 3 đồng giải Nhất của cuộc thi, cảm giác của chúng tôi vỡ òa sung sướng. Trong suốt cuộc thi, chứng kiến dự án công nghệ cao của các nhóm đến từ các quốc gia khác, chúng tôi vô cùng thán phục và nghĩ rằng công trình của mình còn đơn giản quá. Tuy nhiên, theo như nhận xét của đại diện tập đoàn Mitsui Chemicals (Nhật Bản), thành viên ban giám khảo, thì dự án chuyển hóa bùn giấy thải thành cellulose vi khuẩn và nano cellulose tinh thể có tính sáng tạo độc đáo, nhưng cũng lại có tính thực tiễn cao, hứa hẹn hiệu quả ứng dụng rất lớn”, PGS .TS Nguyễn Đình Quân chia sẻ.
Hiện nay, nhóm nghiên cứu đang triển khai dự án sang giai đoạn tối ưu hóa công nghệ để sẵn sàng cho một dự án sản xuất thử nghiệm hợp tác với doanh nghiệp. Việc sử dụng cellulose vi khuẩn từ bùn giấy làm phụ gia tăng cường chất lượng giấy của nhà máy giấy chính là ứng dụng cụ thể đầu tiên và gần gũi nhất của dự án.
