Một loại nhựa thân thiện với môi trường đã bị “phân hủy” hơn 80% khối lượng sau 13 tháng dưới đáy biển sâu trong điều kiện thực tế.

Các nhà nghiên cứu gần đây đã công bố một đột phá quan trọng trong cuộc chiến chống ô nhiễm nhựa: một loại nhựa thân thiện với môi trường mới có khả năng phân hủy hiệu quả ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt của đại dương sâu.

Trong một thử nghiệm thực tế dưới biển sâu, vật liệu poly(d-lactate-co-3-hydroxybutyrate) (LAHB), được tổng hợp bằng vi sinh, đã cho thấy khả năng phân hủy đáng kinh ngạc. Khi được nhấn chìm ở độ sâu 855 mét (khoảng 2.800 feet), các tấm phim LAHB đã giảm hơn 80% khối lượng chỉ sau 13 tháng. Sự phân hủy này là nhờ vào hoạt động tích cực của màng sinh học vi khuẩn, chứng tỏ LAHB là một giải pháp nhựa phân hủy sinh học an toàn và hiệu quả hơn hẳn so với các loại nhựa thông thường như polylactide (PLA) gốc sinh học, vốn vẫn tồn tại bền bỉ trong cùng điều kiện như nhau.

Mặc dù nhựa sinh học ngày càng phổ biến nhưng ô nhiễm nhựa vẫn là một trong những vấn đề môi trường cấp bách nhất thế giới. Theo Báo cáo Toàn cầu về Nhựa của OECD (2022), khoảng 353 triệu tấn chất thải nhựa đã được sản xuất trên toàn cầu vào năm 2019, với gần 1,7 triệu tấn chảy trực tiếp vào hệ sinh thái dưới nước. Phần lớn chất thải này bị mắc kẹt trong các dòng hải lưu xoáy lớn, được gọi là gyres, tạo thành các "đảo rác" khét tiếng được tìm thấy ở Thái Bình Dương, Đại Tây Dương và Ấn Độ Dương.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm các loại nhựa có thể phân hủy đáng tin cậy hơn trong môi trường biển sâu. Một ứng cử viên đầy hứa hẹn là poly(d-lactate-co-3-hydroxybutyrate) hay LAHB, một loại polyester gốc lactate được tổng hợp sinh học bằng cách sử dụng Escherichia coli đã được thiết kế. Cho đến nay, LAHB đã cho thấy tiềm năng mạnh mẽ như một polyme phân hủy sinh học trong nước sông và nước biển nông.

Để đối phó với thách thức ô nhiễm nhựa, các nhà nghiên cứu đã không ngừng tìm kiếm các loại nhựa có khả năng phân hủy đáng tin cậy hơn, đặc biệt là trong môi trường biển sâu khắc nghiệt. Một ứng cử viên đầy hứa hẹn đã xuất hiện: poly(d-lactate-co-3-hydroxybutyrate) hay LAHB. LAHB là một loại polyester gốc lactate, được tổng hợp sinh học nhờ việc sử dụng chủng vi khuẩn Escherichia coli đã được thiết kế đặc biệt. Cho đến nay, LAHB đã chứng minh tiềm năng mạnh mẽ như một polyme phân hủy sinh học hiệu quả không chỉ trong nước sông mà còn cả ở vùng nước biển nông.

Giờ đây, trong một nghiên cứu được công bố trực tuyến vào ngày 1 tháng 7 năm 2025 và sẽ xuất bản trong tập 240 của tạp chí Polymer Degradation and Stability vào ngày 1 tháng 10 năm 2025, các nhà nghiên cứu của Nhật Bản đã lần đầu tiên chứng minh được rằng LAHB cũng có thể bị phân hủy sinh học trong điều kiện biển sâu, nơi mà nhiệt độ thấp, áp suất cao và chất dinh dưỡng hạn chế khiến việc phân hủy nhựa trở nên cực kỳ khó khăn. Nghiên cứu dẫn đầu bởi giáo sư Seiichi Taguchi, Viện Tái tạo Thủy sản, Đại học Shinshu, tiến sĩ Shun'ichi Ishii từ Cơ quan Khoa học và công nghệ biển-trái đất Nhật Bản (JAMSTEC) và giáo sư Ken-ichi Kasuya từ Trung tâm Khoa học thực phẩm và sức khỏe Đại học Gunma (Nhật Bản).

Giáo sư Taguchi giải thích: "Nghiên cứu của chúng tôi lần đầu tiên chứng minh rằng LAHB, một loại polyester gốc lactate vi sinh, có khả năng phân hủy sinh học tích cực và khoáng hóa hoàn toàn ngay cả ở đáy biển sâu. Điều này hoàn toàn đối lập với PLA thông thường, vốn vẫn hoàn toàn không thể phân hủy trong cùng điều kiện".

Nhóm nghiên cứu đã nhấn chìm hai loại phim LAHB, một loại chứa khoảng 6% axit lactic (P6LAHB) và một loại khác với 13% axit lactic (P13LAHB), cùng với một tấm phim PLA thông thường để so sánh. Các mẫu được nhấn chìm ở độ sâu 855 mét gần đảo Hatsushima, nơi điều kiện biển sâu, nhiệt độ lạnh (3.6 °C), độ mặn cao và mức oxy hòa tan thấp khiến vi khuẩn khó phân hủy nhựa.

Sau 7 và 13 tháng, các tấm phim LAHB cho thấy các dấu hiệu rõ ràng của sự phân hủy sinh học trong điều kiện biển sâu. Tấm phim P13LAHB mất 30.9% trọng lượng sau 7 tháng và hơn 82% sau 13 tháng. Tấm phim P6LAHB cho thấy xu hướng tương tự. Ngược lại, tấm phim PLA không cho thấy sự mất trọng lượng đáng kể hoặc sự phân hủy rõ ràng trong cùng thời gian. Điều này nhấn mạnh khả năng chống lại sự phân hủy của vi khuẩn. Bề mặt của các tấm phim LAHB đã xuất hiện các vết nứt và được bao phủ bởi các màng sinh học gồm các vi khuẩn hình bầu dục và hình que, cho thấy các vi sinh vật biển sâu đã định cư và phân hủy nhựa LAHB. Tuy nhiên, tấm phim PLA hoàn toàn không có màng sinh học.

Để hiểu cách nhựa phân hủy, các nhà nghiên cứu đã phân tích plastisphere, cộng đồng vi khuẩn hình thành trên bề mặt nhựa. Họ phát hiện ra rằng các nhóm vi khuẩn khác nhau đóng vai trò riêng biệt. Các chi Gammaproteobacterial chiếm ưu thế, bao gồm Colwellia, Pseudoteredinibacter, Agarilytica và UBA7957, sản xuất các enzyme chuyên biệt được gọi là depolymerase poly[3-hydroxybutyrate (3HB)] ngoại bào. Các enzyme này phân hủy các chuỗi polyme dài thành các mảnh nhỏ hơn như dimer và trimer. Một số loài, chẳng hạn như UBA7959, cũng sản xuất oligomer hydrolase (như PhaZ2) tiếp tục cắt các mảnh này, tách các dimer 3HB-3HB hoặc 3HB-LA thành các monome của chúng.

Khi các polyme được phân hủy thành các khối xây dựng đơn giản hơn này, các vi khuẩn khác, bao gồm các Alpha-proteobacteria và Desulfobacterota khác nhau, tiếp tục quá trình bằng cách tiêu thụ các monome như 3HB và lactate. Cùng nhau, các cộng đồng vi khuẩn này cuối cùng biến nhựa thành carbon dioxide, nước và các hợp chất vô hại khác, lý tưởng là trở lại hệ sinh thái biển.

Những phát hiện của nghiên cứu này lấp đầy một khoảng trống quan trọng trong hiểu biết của chúng ta về cách các loại nhựa sinh học phân hủy trong môi trường biển xa. Khả năng phân hủy sinh học đã được chứng minh của nó làm cho nó trở thành một lựa chọn đầy hứa hẹn để tạo ra các vật liệu an toàn hơn, phân hủy sinh học tốt hơn.

"Nghiên cứu này giải quyết một trong những hạn chế quan trọng nhất của nhựa sinh học hiện tại -  đó là thiếu khả năng phân hủy sinh học trong môi trường biển. Bằng cách cho thấy LAHB có thể phân hủy và khoáng hóa ngay cả trong điều kiện biển sâu, nghiên cứu cung cấp một con đường cho các lựa chọn thay thế an toàn hơn cho nhựa thông thường và hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế sinh học tuần hoàn", giáo sư Taguchi nói.

P.T.T (NASTIS), theo https://www.sciencedaily.com/releases/, 2025