Tận dụng vỏ khoai lang để sản xuất nhựa sinh học: Hướng đi mới cho kinh tế tuần hoàn nông nghiệp

Trong bối cảnh ô nhiễm rác thải nhựa ngày càng gia tăng, việc tìm kiếm các vật liệu thay thế có nguồn gốc sinh học, có khả năng phân hủy và thân thiện với môi trường đang trở thành xu hướng nghiên cứu quan trọng. Một nghiên cứu công bố năm 2025 trên tạp chí Polymers đã giới thiệu hướng tiếp cận đáng chú ý: sản xuất nhựa sinh học từ tinh bột vỏ khoai lang, kết hợp với gel nha đam và tinh dầu bạch đàn. Đây là giải pháp có ý nghĩa cả về môi trường và kinh tế, bởi vỏ khoai lang vốn là phụ phẩm thường bị loại bỏ trong quá trình chế biến nông sản.

Khoai lang là cây trồng phổ biến ở nhiều quốc gia, đặc biệt tại các nước đang phát triển. Ngoài giá trị làm lương thực, khoai lang còn được sử dụng trong chế biến thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và một số ngành công nghiệp. Tuy nhiên, phần vỏ khoai phát sinh trong chế biến thường bị thải bỏ, gây lãng phí nguồn hữu cơ có giá trị. Theo nghiên cứu, vỏ khoai lang chứa nước, carbohydrate, chất xơ, khoáng chất và các hợp chất sinh học, trong đó tinh bột có thể được tận dụng để tạo màng nhựa sinh học.

Trong nghiên cứu này, tinh bột được chiết xuất từ vỏ khoai lang vàng bằng phương pháp ướt, đạt hiệu suất khoảng 3,54%. Tinh dầu bạch đàn được thu bằng phương pháp chưng cất hơi nước, đạt hiệu suất 1,4%. Các màng nhựa sinh học được chế tạo bằng phương pháp đổ khuôn, với thành phần gồm tinh bột vỏ khoai lang, gel nha đam, glycerin và tinh dầu bạch đàn. Gel nha đam giúp cải thiện độ dẻo, độ bền và khả năng liên kết của màng, trong khi tinh dầu bạch đàn góp phần tăng tính linh hoạt và có tiềm năng hỗ trợ đặc tính kháng khuẩn.

Kết quả cho thấy các màng nhựa sinh học tạo thành có màu nâu trong mờ, khá đồng nhất, bề mặt hơi nhám. Công thức gồm 70% gel nha đam, 0,6% tinh dầu bạch đàn, 5% tinh bột vỏ khoai lang và 2% glycerin cho tính chất cơ học tốt nhất, với mô đun Young đạt 41,1 MPa, độ bền kéo tối đa 2,1 MPa và độ giãn dài khi đứt 21,6%. Điều này cho thấy việc kết hợp nha đam và tinh dầu bạch đàn có thể cải thiện đáng kể nhược điểm giòn, dễ nứt của màng nhựa làm từ tinh bột.

Đáng chú ý, vật liệu này có khả năng phân hủy sinh học khá tốt. Sau một tháng thử nghiệm trong đất nông nghiệp, các mẫu nhựa sinh học phân hủy từ 60,13% đến 75,08%; lượng CO₂ phát thải trong quá trình phân hủy dao động từ 0,2084 đến 0,3847 kg CO₂/kg vật liệu. So với polyethylene và nhiều loại nhựa dầu mỏ có thể tồn tại rất lâu trong môi trường, vật liệu từ vỏ khoai lang cho thấy lợi thế rõ rệt trong việc giảm tồn lưu rác thải nhựa.

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng cho thấy loại nhựa sinh học này cần tiếp tục được hoàn thiện trước khi ứng dụng rộng rãi. Các chỉ tiêu cơ học dù đã được cải thiện nhưng vẫn thấp hơn nhựa thương mại. Ngoài ra, nha đam và tinh dầu bạch đàn có đặc tính kháng vi sinh vật, có thể làm chậm quá trình phân hủy; đây vừa là ưu điểm giúp kéo dài thời gian sử dụng bao bì, vừa là vấn đề cần cân nhắc khi thiết kế vật liệu phân hủy nhanh sau sử dụng.

Nhìn chung, nghiên cứu đã chứng minh tiềm năng của việc tận dụng phụ phẩm vỏ khoai lang để sản xuất vật liệu bao bì sinh học. Hướng đi này phù hợp với xu thế kinh tế tuần hoàn trong nông nghiệp: giảm chất thải, nâng cao giá trị phụ phẩm, hạn chế phụ thuộc vào nhựa dầu mỏ và góp phần bảo vệ môi trường. Trong tương lai, nếu tiếp tục được cải tiến về độ bền, khả năng chống thấm và quy mô sản xuất, nhựa sinh học từ vỏ khoai lang có thể trở thành giải pháp triển vọng cho ngành bao bì thân thiện môi trường.

Nguyễn Thị Nhung - Theo Polymers 2025, 17, 2950

Nguồn trích dẫn: https://www.mdpi.com/2073-4360/17/21/2950