Tìm ra cách ‘tái chế bùn thải sản xuất giấy’ một nhà khoa học được trao giải Sáng tạo châu Á

TPHCM – Giảng viên trường Đại học Bách khoa vừa được trao giải thưởng Sáng tạo Châu Á nhờ công trình nghiên cứu “Chuyển đổi bùn thải giấy thành nanocellulose vi khuẩn để sản xuất giấy bền vững”.

Nghiên cứu cho thấy, tổng lượng bùn thải thải ra trong quá trình sản xuất giấy có thể chiếm 3-5% tổng sản lượng giấy.

Chôn lấp từ lâu đã là phương pháp xử lý chính, nhưng điều này có nhiều nhược điểm và ngày càng bị nhiều nước nghiêm cấm. Khi chôn lấp, bùn thải gây ra rủi ro cho môi trường, có khả năng tác động đáng kể đến đất và nước. Ngoài ra, việc chôn lấp rất tốn kém khiến điều này trở nên kém khả thi về mặt kinh tế.

Đốt, một giải pháp thay thế cho việc chôn lấp, là một lựa chọn nhưng cũng có những thách thức riêng. Một số nhà khoa học đã có nghiên cứu sâu rộng trong việc tái chế bùn thải từ nhà máy giấy và được xác định là giải pháp hiệu quả về mặt chi phí và có lợi để quản lý dòng chất thải công nghiệp này.

PGS. TS. Nguyễn Đình Quân – Trưởng Phòng thí nghiệm Nhiên liệu sinh học và Biomass, trường Đại học Bách khoa (ĐHQG-HCM)

Công trình nghiên cứu “Chuyển đổi bùn thải giấy thành nanocellulose vi khuẩn để sản xuất giấy bền vững” của PGS. TS. Nguyễn Đình Quân – Trưởng Phòng thí nghiệm Nhiên liệu sinh học và Biomass, trường Đại học Bách khoa (ĐHQG-HCM) xuất phát từ nhu cầu tận dụng và giải quyết vấn đề môi trường quan trọng liên quan đến bùn thải từ nhà máy giấy.

Do các phương pháp xử lý hiện tại, như chôn lấp, không bền vững, tốn kém và gây lãng phí tài nguyên có giá trị, đặc biệt là cellulose, PGS. TS. Nguyễn Đình Quân đã phát triển công nghệ tái chế bùn thải nhà máy giấy thành một loại vật liệu sinh học là cellulose vi khuẩn (BC), có thể tái sử dụng trong sản xuất giấy, góp phần thúc đẩy nền kinh tế tuần hoàn.

PGS. TS. Nguyễn Đình Quân cho biết, việc phát triển và tối ưu hóa quy trình sản xuất BC từ bùn thải giấy, bao gồm các bước thủy phân và lên men sử dụng Acetobacter sp.

Việc bổ sung BC vào giấy giúp nâng cao đáng kể các tính chất cơ học, đặc biệt là độ bền nổ và khả năng chịu nén vòng. Nghiên cứu xác định, 15% BC là tỷ lệ tối ưu để đạt chất lượng giấy tốt nhất. BC cũng giúp giảm khả năng hút nước và hàm lượng tro của giấy.

Màng BC lên men từ bùn giấy sau tiền xử lý

Dự án đã phát triển một khung công nghệ có thể tích hợp vào các nhà máy giấy hiện có, giúp tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường. Thành công trong việc triển khai hệ thống sản xuất BC quy mô thí điểm cũng cho thấy tính khả thi công nghiệp của quy trình này.

Hiện, PGS. TS. Nguyễn Đình Quân cùng nhóm nghiên cứu đã nộp đơn đăng ký bằng sáng chế cho quy trình chuyển hóa cellulose từ bùn thải giấy thành nguyên liệu sản xuất giấy.

PGS. TS. Nguyễn Đình Quân cho biết, dự án nghiên cứu được thực hiện từ năm 2021 trong hợp tác với Công ty cổ phần giấy An Bình và Nhà máy giấy Khôi Nguyên. Đến nay, các nghiên cứu vẫn tiếp tục nhằm nâng cao hơn nữa tính hiệu quả kinh tế của dự án.

Công trình nghiên cứu “Chuyển đổi bùn thải giấy thành nanocellulose vi khuẩn để sản xuất giấy bền vững” cũng vừa được trao giải Khuyến khích Giải thưởng Sáng tạo Châu Á của Quỹ Toàn cầu Hitachi.

Kết quả nghiên cứu được đánh giá là có ứng dụng thực tiễn cho ngành công nghiệp giấy, mở đường cho các giải pháp bền vững và sản xuất các sản phẩm giấy giá trị cao. Thành công của dự án trong việc triển khai quy mô thí điểm và nâng cao chất lượng giấy cho thấy tiềm năng ứng dụng công nghiệp lớn.

​PGS. TS. Nguyễn Đình Quân cùng ThS. Lê Tấn Nhân Từ với màng cellulose đẹp nhất, trắng và rất dai được tạo ra sau quá trình tái chế bùn thải

“Bản thân chúng tôi khi làm nghiên cứu cũng phải cố gắng đáp ứng những yêu cầu của chiến lược phát triển chung, nhưng rất ý thức được tinh thần sáng tạo đổi mới và khởi nghiệp. Tổng Bí thư Tô Lâm đã nói: “Khoa học công nghệ là động lực then chốt của phát triển kinh tế”, vậy thì nhà khoa học nhất định phải là một nhà khởi nghiệp hoặc đứng trong một đội ngũ quyết tâm khởi nghiệp” – PGS. TS. Nguyễn Đình Quân nhấn mạnh.

Theo quan điểm của PGS. TS. Nguyễn Đình Quân, trong bối cảnh thế giới đầy cạnh tranh phát triển quá nhanh các ứng dụng khoa học kỹ thuật và đã phát triển trước Việt Nam rất xa, thì con đường nghiên cứu lại càng phải có tính thực tiễn cao để tiết kiệm chi phí, phục vụ sản xuất tăng cường cho nền kinh tế tạo ra giá trị ứng dụng vào cuộc sống. Không cần phải cao siêu, càng đơn giản nhưng càng hiệu quả thì mới đáng quý.

Tại sao tái chế bùn thải công nghiệp sản xuất giấy là một bước tiến?
Giấy đã trở thành một phần không thể tách rời với cuộc sống con người. Tuy nhiên, ngành sản xuất giấy tác động đáng kể đến môi trường và là một trong những tác nhân gây ô nhiễm lớn nhất.

Trong những thập kỷ gần đây, có sự gia tăng đáng kể trong việc sử dụng giấy tái chế, loại giấy đòi hỏi ít nguyên liệu thô hơn để sản xuất và ít hơn 70% năng lượng. Dù vậy, nhu cầu về giấy vẫn tiếp tục tăng trên toàn cầu và mức tiêu thụ giấy vẫn được sử dụng để đo lường sự phát triển vì nó chiếm khoảng 4% GDP công nghiệp của nền kinh tế thế giới.

Tổ chức Quốc tế về Bảo tồn Thiên nhiên (WWF) thông tin, là một trong những ngành công nghiệp lớn nhất thế giới, ngành này, sản xuất các sản phẩm như giấy văn phòng và giấy catalogue, giấy bóng, khăn giấy và bao bì giấy, chiếm 13-15% tổng lượng gỗ tiêu thụ và sử dụng từ 33-40% tổng lượng gỗ công nghiệp được giao dịch trên toàn cầu.

Ngoài nguy cơ về phá rừng, ô nhiễm không khí…, ngành công nghiệp giấy còn là một trong những ngành tiêu thụ nước chính, sử dụng nước trong mọi quy trình, từ việc biến gỗ thành bột giấy đến tẩy trắng giấy. Cần tới 10 lít nước để sản xuất một tờ giấy và điều này gây áp lực lớn lên nguồn tài nguyên thiên nhiên thiết yếu cho sự sống trên Trái đất.

Hơn nữa, các hóa chất dùng để sản xuất bột giấy và các hóa chất dùng trong quá trình tẩy trắng cuối cùng, chủ yếu là clo dioxit, cũng gây hại cho cả môi trường và sức khỏe con người.

Nước thải cuối cùng sẽ chảy vào các vùng nước tự nhiên, do đó làm ô nhiễm hệ sinh thái và gây hại cho sinh vật thủy sinh. Điều này cũng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nước mà chúng ta uống và sử dụng trong cuộc sống hàng ngày.

Ngoài ra, trong quá trình sản xuất, các chất thải rắn hữu cơ được tạo ra như chất thải gỗ, bùn thải… Các chất thải vô cơ khác cũng được tạo ra, chẳng hạn như tro, xỉ và muối vô cơ.

Đáng chú ý, bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải của các nhà máy bột giấy là chất thải rắn có khối lượng lớn, được thu hồi từ quá trình sản xuất bột giấy và giấy. Ngoài các tạp chất cơ học khác, bùn thải luôn chứa một khối lượng lớn sợi vụn.

Ngành công nghiệp này coi việc quản lý bùn giấy và bột giấy là một thách thức lớn trong quản lý chất thải.

Việc tái sử dụng được bùn thải từ nhà máy giấy và bột giấy không chỉ chuyển hướng chất thải khỏi bãi chôn lấp và lò đốt mà còn tạo ra một sản phẩm có giá trị gia tăng.

Cách tiếp cận này sẽ mang đến cho các nhà sản xuất giấy và bột giấy cơ hội giảm chi phí xử lý, cải thiện tình trạng ô nhiễm môi trường và thậm chí có khả năng tạo ra một nguồn doanh thu bổ sung cho ngành này.​

Nguồn: VOH Online