Phân hủy sinh học là gì? Sản phẩm ứng dụng phân hủy sinh học

1. Định nghĩa phân hủy sinh học là gì?

Phân hủy sinh học là quá trình các chất hữu cơ bị phân hủy dưới sự tác động của các loại vi sinh vật  như nấm, vi khuẩn thành các hợp chất H₂0, CO₂, sinh khối,... Nói đơn giản, đây là quá trình các loại rác thải, vật liệu tự thay đổi, phân hủy trong môi trường tự nhiên dưới sự tác động của nhiều yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ, nấm mốc, vi khuẩn,...

Phân hủy sinh học là quá trình các chất hữu cơ bị phân hủy dưới sự tác động của các loại vi sinh vật

Mỗi loại vật liệu hay rác thải đều có tốc độ phân hủy, thời gian phân hủy và mức độ ảnh hưởng tới môi trường khác nhau. Có những vật liệu chỉ mất 2-4 tuần để phân hủy hoàn toàn mà không ảnh hưởng tới hệ sinh thái nước và đất. Nhưng ngược lại cũng có những loại rác thải, vật liệu phải tiêu tốn tới hàng triệu hay hàng chục triệu năm mới bị phân hủy hoàn toàn, thậm chí chưa thể xác minh rõ thời gian. Ví dụ như các loại bao bì nilon, ống hút nhựa, … gây ra ô nhiễm nặng nề cho môi trường

2. Cơ chế của quá trình phân hủy sinh học là gì?

Quá trình phân hủy sinh học của một chất diễn ra với 3 cơ chế sau: phản xạ sinh học, phản ứng sinh hóa, đồng hóa. Cụ thể như sau:

2.1 Phản xạ sinh học

Phản xạ sinh học là giai đoạn đầu tiên trong quá trình phân hủy, xảy ra khi vật liệu bắt đầu tiếp xúc với các yếu tố môi trường tự nhiên như hóa chất, nhiệt độ và ánh sáng. Sự phân hủy này sẽ ngày càng xuống cấp theo thời gian. Sau quá trình này, vật liệu sẽ bị xuống cấp ở bề mặt hoặc bị thay đổi các đặc tính vật lý, cơ học. Quá trình này cũng làm suy yếu các cấu trúc, tính chất vốn có của vật liệu.

2.2 Phản ứng sinh học

Phản ứng sinh học còn có tên gọi khác là phản ứng phân rã của polyme. Cơ chế này là quá trình các liên kết của polyme phân li thành các đa phân tử hoặc đơn phân tử. Khối lượng của các đa phân tử, đơn phân tử này sẽ thấp hơn khi được tương tác với enzyme của các loại nấm và vi khuẩn. Cơ chế này được diễn ra với sự tác động của các loại vi sinh vật trong môi trường kỵ khí hoặc hiếu khi:

• Phản ứng trong môi trường hiếu khi là sự phân hủy vật liệu diễn ra trong môi trường giàu oxy. Tốc độ của phản ứng nhanh hơn, không tạo ra khí metan trong môi trường, nhưng việc làm giảm khối lượng của vật liệu không cao

• Phản ứng trong môi trường kỵ khí là sự phân hủy vật liệu diễn ra trong môi trường không có hoặc có rất ít oxy. Tuy tốc độ của phản ứng chậm hơn so với hiếu khí, trong quá trình cũng phát sinh thêm khí metan nhưng làm giảm nhanh khối lượng vật liệu. Hiện nay loại phản ứng này được ứng dụng trong việc xử lý các chất thải và tái tạo năng lượng.

Hai môi trường này tạo ra các phản ứng giống nhau ở chỗ khi kết thúc phản ứng đều sẽ tạo ra H₂O, CO₂ và sinh khối. 

Phản ứng phân hủy trong môi trường kỵ khí

3. Phân hủy sinh học có ý nghĩa gì trong đời sống?

Trong tự nhiên, phân hủy sinh học là một quá trình “kết thúc để tái sinh” của các loại vật liệu. Một vật liệu bị phân hủy sản sinh ra nhiều khởi đầu mới, làm đa dạng chuỗi thức ăn cho các loại sinh vật trong tự nhiên và bảo toàn hệ sinh thái của môi trường. 

Trong đời sống con người, phân hủy sinh học được ứng dụng rộng rãi với mục đích xử lý môi trường. Đây cũng là nền tảng để sản xuất các sản phẩm phân hủy sinh học trong thời gian ngắn. Từ đó, giúp giảm thiểu lượng rác thải hơn và bảo vệ môi trường tốt hơn. Một số loại vật liệu tự phân hủy sinh học đã được con người sáng chế và ứng dụng phổ biến như sau:

• Giấy: Sản xuất từ nguồn gỗ tự nhiên hoặc nguyên liệu phi gỗ. Chúng có thể tự hủy nhanh trong 3-6 tháng 

• Nhựa nguyên sinh: tô nhựa, khay nhựa hay hộp nhựa nguyên sinh,... có thể tái chế để sử dụng trong lâu dài. Điều này làm giảm bớt rác thải trong tự nhiên

• Nhựa phân hủy sinh học: Khác với nhựa bình thường có thời gian phân hủy lên tới hàng trăm, hàng nghìn năm thì loại nhựa phân hủy này có thể phân hủy nhanh trong vòng 3-12 tháng mà không ảnh hưởng tới hệ sinh thái đất, nước trong môi trường

• Các chất liệu tự nhiên như gỗ, tre, cát sa mạc,... cũng là vật liệu thân thiện với môi trường, có tuổi thọ lâu bền và được ứng dụng rộng rãi.

Một số loại vật liệu tự phân hủy sinh học đã được con người sáng chế và ứng dụng phổ biến

4. 4 yếu tố ảnh hưởng tới quá trình phân hủy sinh học

Tốc độ diễn ra quá trình phân hủy sinh học bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố ngoài môi trường tự nhiên. Đây là 4 yếu tố ảnh hưởng chủ yếu tới quá trình này

4.1 Ánh sáng

Ánh sáng mặt trời trong tự nhiên là một nguồn năng lượng lớn, chúng rất quan trọng trong sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Vi sinh vật phát triển mạnh sẽ đẩy nhanh quá trình phá hủy các cấu trúc của vật liệu, từ đó khiến việc phân hủy của vật liệu diễn ra trong thời gian ngắn hơn. Nếu có ánh sáng chiếu sáng với cường độ hợp lý, khối lượng của vật liệu cũng sẽ giảm đi nhanh hơn vì vi sinh vật tăng khả năng “tiêu thụ”

4.2 Nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến tốc độ xuống cấp của vật liệu bị phân hủy và tốc độ của phản ứng sinh học (phản ứng phân rã polyme). Nhiệt độ càng cao, sự xuống cấp vật liệu diễn ra càng nhanh. Với cơ chế phản ứng sinh học, trên 40^oC sẽ khiến vi sinh vật sinh sôi tốt hơn, ngược lại dưới 0^oC sẽ kìm hãm sự phát triển của sinh vật. Từ đó cũng làm chậm quá trình phân hủy sinh học. Đây cũng là cơ chế của tủ lạnh khi dùng nguồn hơi lạnh điều khiển nhiệt độ, làm hạn chế khả năng phân hủy sinh học của thực phẩm.

Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến tốc độ xuống cấp của vật liệu bị phân hủy

 

4.3 Nước

Theo các chuyên gia, nước là chất dung môi để thủy phân một số vật liệu, cũng là yếu tố để các vi sinh vật tồn tại và sinh trưởng. Bằng cách tạo ra độ ẩm, nước giúp vi sinh vật sinh sôi và đẩy nhanh phản ứng sinh học của vật liệu.

Trong tự nhiên, vào mùa mưa với môi trường ẩm ướt, các loại vi sinh vật như vi khuẩn và nấm sinh sôi và phát triển mạnh mẽ. Ngược lại vào mùa khô, chúng thường bị chết hoặc không thể sinh sản. Trong một số hoạt động phân hủy cụ thể, người ta sẽ thêm lượng nước hợp lý và ủ vật liệu để đẩy nhanh quá trình phân hủy. 

Nước giúp vi sinh vật sinh sôi và đẩy nhanh phản ứng sinh học của vật liệu

4.4 Oxy

Một trong 4 nguyên tố góp phần vào sự ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của vi sinh vật là oxy. Có những loại vi sinh vật chỉ sinh trưởng được trong môi trường giàu oxy, ngược lại cũng có những loại vi sinh vật chỉ phát triển được trong môi trường có ít hoặc thậm chí không có oxy. Vì vậy điều chỉnh nồng độ oxy là việc cần thiết để tăng hoặc giảm tốc độ phân hủy sinh học. 

5. 3 sản phẩm ứng dụng phân hủy sinh học phổ biến trong cuộc sống

Trong đời sống có nhiều sản phẩm được ứng dụng phân hủy sinh học. Dưới đây là top 3 sản phẩm phổ biến:

5.1 Túi phân hủy sinh học

Được sản xuất từ các vật liệu tự nhiên như bột bắp, xơ dừa, bã mía, bột mì,... túi phân hủy sinh học có thể phân hủy trong tự nhiên nhanh chóng không ảnh hưởng tới môi trường. Tuy nhiên cần có công nghệ cao vì vậy giá thành khá đắt. Vì thế người ta thường dùng nhựa truyền thống thêm các thành phần phụ gia trong quá trình sản xuất, khi tiếp xúc với các chất xúc tác vẫn phân hủy được hoàn toàn ngoài tự nhiên để thay thế. Loại túi này giá thành vừa phải, thiết kế đẹp và được sử dụng phổ biến hơn.

Túi phân hủy sinh học

 

5.2 Nhựa phân hủy sinh học

Được biết, nhựa phân hủy sinh học là loại nhựa được làm từ nguồn nguyên liệu tái tạo. Hiện nhựa phân hủy sinh học gồm có hai loại là Polylactic acid (PLA) và Polyhydroxyalkanoate (PHA). Với nguồn gốc từ các loại thực vật như củ sắn, mía, bột ngô, tinh bột,... chúng được ứng dụng sản xuất các loại đồ dùng hàng ngày như khay đựng, bao bì đựng thực phẩm, màng bọc thực phẩm, dụng cụ y tế. Vật liệu này rất dễ phân hủy và được người tiêu dùng đánh giá cao

Nhựa phân hủy sinh học là loại nhựa được làm từ nguồn nguyên liệu tái tạo

5.3 Bao bì phân hủy sinh học

Bao bì phân hủy sinh học là các loại bao bì được làm từ những vật liệu hữu cơ nguồn gốc thực vật như mía, tinh bột ngô, tre hoặc từ các vật liệu tổng hợp đã được thiết kế đặc biệt nhằm phân hủy nhanh hơn loại nhựa truyền thống. Chúng có thể bị phân hủy sau 8-12 tháng trong môi trường tự nhiên, khi có các chất xúc tác sinh học trực tiếp từ môi trường hoặc xử lý trong nhà máy rác thải nhanh chóng. Chúng làm giảm lượng rác thải ngoài môi trường, hạn chế các tác hại ảnh hưởng tới hệ sinh thái. 

Bao bì phân hủy sinh học

Trên đây là những thông tin chi tiết về phân hủy sinh học và các sản phẩm ứng dụng trong đời sống. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về các hiện tượng sinh học khác trong tự nhiên, hãy truy cập website Đông Á để biết thêm thông tin nhé.