Ngành sản xuất giấy đóng vai trò quan trọng trong nền công nghiệp toàn cầu, với bột giấy là nguyên liệu đầu vào chủ yếu. Bột giấy được chế biến từ lignocellulose (gỗ, bã mía, bông), qua quá trình loại bỏ lignin và hemicellulose, thu cellulose chiếm 50-60% khối lượng sinh khối ban đầu. Tuy nhiên, quá trình này tiêu tốn nhiều năng lượng, hóa chất và nước sạch, khiến giá thành bột giấy dao động từ 600-1200 USD/tấn. Bên cạnh đó, trong suốt quá trình sản xuất giấy, khoảng 10% bột giấy bị thất thoát dưới dạng nước thải, là một sự lãng phí lớn chưa có giải pháp giải quyết triệt để.

Bột giấy cũng có thể tái chế từ giấy cũ, nhưng quá trình này vẫn có khoảng 10% bột giấy lọt qua lưới xeo giấy và phân tán lơ lửng trong nước. Cuối quá trình, các cặn rắn trong nước được bông tụ, tạo ra bùn giấy. Bùn giấy chứa khoảng 40-60% bột giấy thất thoát và là nguồn ô nhiễm hữu cơ do dễ phân hủy gây mùi hôi thối. Các nhà máy giấy thường phải xử lý bùn giấy bằng cách vắt ép nước rồi đốt hoặc chôn lấp. Mặc dù chứa lượng lớn bột giấy, bùn giấy vẫn chưa được tận dụng hiệu quả, gây gánh nặng xử lý cho nhà máy.

Một số nghiên cứu đã đề xuất tận dụng bùn giấy làm nhiên liệu sinh học, chất độn trong vật liệu xây dựng hoặc hấp phụ, nhưng ít được ứng dụng thực tế. Một nhà máy giấy tái chế như Khôi Nguyên (Bình Dương) thải ra 4-5 tấn bùn giấy ép nước mỗi ngày, và toàn ngành giấy Việt Nam mỗi năm thải ra hàng trăm ngàn tấn bùn giấy, chứa cellulose có giá trị, bị lãng phí vì thiếu giải pháp xử lý phù hợp.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu Biomass Lab - gồm các giảng viên, nghiên cứu viên và sinh viên của trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM, trường ĐH Khoa học Tự nhiên Tp.HCM, và trường ĐH Tài nguyên và Môi trường Tp.HCM - .đã đăng ký sáng chế với Cục Sở hữu trí tuệ, chuyển hóa bùn giấy thành cellulose vi khuẩn (cellulose nano cấu trúc 3D) bằng phương pháp hóa sinh. Quy trình gồm hai giai đoạn: đầu tiên, bùn giấy được tiền xử lý để loại bỏ các hóa chất rồi thủy phân bằng acid loãng để thu glucose. Sau đó, dung dịch được lên men với vi khuẩn Acetobacter Xylinum để thu cellulose vi khuẩn, tạo ra màng cellulose 3D.

Giải pháp này đã được thử nghiệm tại các nhà máy Thuận An (Bình Dương) và Khôi Nguyên (Bình Phước), nơi cellulose vi khuẩn thu được trộn vào bột giấy với tỷ lệ 10-20%, giúp cải thiện chất lượng giấy. Cellulose vi khuẩn có cấu trúc sợi nano 3D mịn, giúp các sợi giấy liên kết chặt chẽ hơn, tạo ra bề mặt giấy mịn, láng và cơ tính vượt trội.

Cellulose vi khuẩn có tiềm năng ứng dụng rộng rãi. Do cấu trúc 3D không chứa lignin và hemicellulose, cellulose vi khuẩn có cơ tính mạnh mẽ, khả năng hấp phụ cao và tốc độ sinh tổng hợp lớn. Các ứng dụng tiềm năng bao gồm làm bao bì, vải nhân tạo, da nhân tạo, vật liệu nanocomposite, vật liệu công nghệ cao trong điện tử, y tế và mỹ phẩm, và thậm chí là vật liệu áo giáp chống đạn.

Giải pháp này không chỉ giúp giải quyết vấn đề chất thải mà còn góp phần vào nền kinh tế tuần hoàn, tái sử dụng nguyên liệu từ bùn giấy. Cellulose vi khuẩn từ bùn giấy là một nguyên liệu có giá trị, có thể sản xuất với số lượng lớn từ nguồn phế thải khổng lồ của ngành công nghiệp giấy. Giải pháp này có thể áp dụng trực tiếp trong ngành giấy, giúp tiết kiệm chi phí sản xuất và tài nguyên thiên nhiên, đồng thời tạo ra một sản phẩm giá trị gia tăng. Nó cũng giúp ngành công nghiệp giấy bền vững hơn, phù hợp với xu hướng xây dựng nền kinh tế tuần hoàn.

Nguồn: NASATI