Buzz
PGS.TS Nguyễn Đình Quân và đồng nghiệp tận dụng bùn thải từ nhà máy giấy để sản xuất cellulose vi khuẩn, kết hợp vào vật liệu giúp tăng chất lượng giấy so với cách làm truyền thống.
Nhóm nghiên cứu của PGS Nguyễn Đình Quân đoạt giải Nhất, trị giá 70 triệu đồng tại cuộc thi Sáng kiến Khoa học 2024 do VnEpress tổ chức, được công bố ngày 16/5.
Nhóm tác giả gồm PGS.TS Nguyễn Đình Quân từ trường Đại học Bách khoa, Đại học quốc gia TP HCM, cùng với đồng nghiệp từ Biomass Lab đã biến bùn giấy thành cellulose vi khuẩn, một dạng cellulose có cấu trúc nano 3D, thông qua kết hợp phương pháp hóa sinh. Cellulose vi khuẩn là nguyên liệu sinh học có giá trị có thể sản xuất từ phế thải của ngành công nghiệp giấy và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như nhựa sinh học, dệt may, màng lọc nano, da/gỗ nhân tạo, áo giáp chống đạn và sản xuất giấy.
Ông Quân cho biết, trong ngành công nghiệp giấy, lượng chất thải và nước thải rất lớn. Mỗi ngày, một nhà máy trung bình phải xử lý hàng tấn bùn giấy. Thường thì các nhà máy giấy phải đốt hoặc chi trả chi phí để xử lý bùn này, làm tăng chi phí sản xuất. Bùn giấy này có màu đen, là nguồn gây ô nhiễm hữu cơ và không có ứng dụng đáng kể.
Tuy nhiên, ông Quân nhận thấy bùn giấy chủ yếu là cellulose - một nguồn carbohydrate có thể tái chế. Vì vậy, PGS.TS Nguyễn Đình Quân cùng với thạc sĩ Lê Tấn Nhân Từ đã nghiên cứu công nghệ chuyển hóa bùn giấy thành vật liệu có giá trị và ứng dụng cao hơn.
Nhóm đã sử dụng phương pháp thủy phân cellulose trong bùn giấy với một lượng nhỏ axit để tạo ra glucose, sau đó sử dụng vi khuẩn Acetobacter xylinum để lên men glucose và thu được màng cellulose vi khuẩn. Màng này có cấu trúc 3D đặc biệt nhờ các sợi cellulose nano kết hợp thành một mạng lưới.
Thách thức lớn nhất của nghiên cứu này là tìm ra điều kiện thủy phân tối ưu để đạt được hiệu suất cao trong khi kiểm soát nồng độ muối và axit để đảm bảo sự sinh trưởng của vi khuẩn.
'Tốc độ tạo sinh khối của màng cellulose vi khuẩn là rất cao, và chi phí cho quá trình này không đắt đỏ trong khi hiệu suất chuyển hóa cellulose từ bùn giấy lên đến 70%', PGS Quân chia sẻ. Sản phẩm cellulose vi khuẩn thu được là nguyên liệu sinh học có giá trị, có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực nhựa sinh học, dệt may, màng lọc nano, da/gỗ nhân tạo, áo giáp chống đạn và sản xuất giấy.
Hiện nhóm nghiên cứu đang thử nghiệm công nghệ ở quy mô pilot tại nhà máy giấy Thuận An (Bình Dương) và nhà máy giấy Khôi Nguyên (Bình Phước). ThS Lê Hữu Phước, kỹ sư quản lý chất lượng sản xuất nhà máy giấy Khôi Nguyên (Bình Phước) cho biết cellulose vi khuẩn được sử dụng như một phụ gia tăng cường bằng cách phối trộn vào bột giấy với tỷ lệ phù hợp, giúp cải thiện chất lượng giấy thành phẩm đáng kể. Anh Phước nhận định rằng, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này là hoàn toàn khả thi.
'Giấy sử dụng cellulose vi khuẩn có chất lượng tốt hơn về độ mịn, láng, giúp thay thế một số hóa chất hiện đang sử dụng và có thể giảm chi phí xử lý bùn thải của nhà máy', anh Phước nhấn mạnh và nhận thấy 'việc nghiên cứu và áp dụng công nghệ này là hoàn toàn khả thi'.
TS Hoàng Minh Nam, giảng viên trường Đại học Bách khoa TP.HCM, chia sẻ với VnExpress, đánh giá rằng nghiên cứu của nhóm mang ý nghĩa vô cùng quan trọng về môi trường khi tận dụng bùn thải từ nhà máy và nâng cao khả năng phân hủy chất thải gây ô nhiễm. Việc sử dụng nanocellulose vi khuẩn cũng tạo ra nguồn nguyên liệu chất lượng cao giúp cải thiện sản xuất giấy.
Ông giải thích rằng trong quy trình sản xuất giấy, việc tạo ra cellulose sợi dài và sử dụng một số nguyên liệu khác để tráng mặt giấy là rất cần thiết. 'Nanocellulose trong công nghệ này có kích thước nhỏ, khi trộn vào giấy giúp tạo ra bề mặt giấy bóng mịn và chất lượng tốt hơn', ông nói.
TS Nam cũng cho biết nhiều nhà máy giấy tại TP.HCM đang rất quan tâm đến công nghệ này. Khi áp dụng vào nhà máy, các kỹ sư kỹ thuật đã đánh giá cao nguồn nguyên liệu nanocellulose sinh học từ bùn thải nhà máy vì nó tạo ra sản phẩm giấy có chất lượng cao hơn so với giấy nhập khẩu. Việc tận dụng bùn thải giúp giảm chi phí sản xuất. Tuy nhiên, ông cũng nhận thấy còn một số vấn đề như hiệu suất của quá trình lên men. Việc lựa chọn chủng men phù hợp sẽ giúp sản xuất màng cellulose vi khuẩn có chất lượng tốt hơn.
Ông nói rằng chất lượng màng cellulose từ nghiên cứu đã đạt được là chấp nhận được, nhưng cần phải cải thiện để đảm bảo ổn định chủng men mới và tăng hiệu suất lên men. 'Nhóm nghiên cứu có thể hợp tác với các nhà khoa học trong lĩnh vực công nghệ sinh học để lựa chọn chủng men ổn định', ông gợi ý. Ông cũng hy vọng nhóm nghiên cứu của PGS Quân sẽ mở rộng phạm vi nghiên cứu cho các ứng dụng khác của cellulose vi khuẩn để đạt được hiệu quả toàn diện hơn.
Hội đồng Giám khảo đánh giá rằng công nghệ này là triển vọng và sáng tạo khi tận dụng bùn thải để tạo ra sản phẩm có giá trị gia tăng. Bên cạnh việc đánh giá về sự tinh sạch của sản phẩm và hàm lượng kim loại nặng, họ cũng đề xuất về tính khả thi của việc áp dụng công nghệ này trong quy mô công nghiệp và tăng hiệu suất công trình.
Như Quỳnh
