Phân hủy sinh học là gì? Sản phẩm ứng dụng phân hủy sinh học

1. Định nghĩa phân hủy sinh học là gì?

Phân hủy sinh học là quá trình các chất hữu cơ bị phân hủy dưới tác dụng của các vi sinh vật như nấm, vi khuẩn thành các hợp chất như H20, CO2, sinh khối,… Nói một cách đơn giản, đây là quá trình xử lý tất cả các loại chất thải, vật liệu để biến đổi và phân hủy Trong môi trường tự nhiên chịu sự tác động của nhiều yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ, nấm mốc, vi khuẩn,…

Phân hủy sinh học là quá trình phân hủy các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật

Mỗi loại vật liệu, chất thải đều có tốc độ phân hủy, thời gian phân hủy và mức độ tác động đến môi trường khác nhau. Có những vật liệu chỉ mất 2-4 tuần để phân hủy hoàn toàn mà không ảnh hưởng tới hệ sinh thái nước, đất. Nhưng ngược lại, cũng có những loại rác thải, vật liệu phải mất hàng triệu, chục triệu năm mới phân hủy hoàn toàn, thậm chí không thể xác định rõ ràng về thời gian. Ví dụ như bao bì nhựa, ống hút nhựa,… gây ô nhiễm nặng nề cho môi trường

2. Cơ chế phân hủy sinh học là gì?

Quá trình phân hủy sinh học của một chất diễn ra theo ba cơ chế sau: phản ứng sinh học, phản ứng sinh hóa và đồng hóa. Cụ thể như sau:

2.1 Phản xạ sinh học

Phân hủy sinh học là giai đoạn đầu tiên trong quá trình phân hủy, xảy ra khi vật liệu bắt đầu tiếp xúc với các yếu tố môi trường tự nhiên như hóa chất, nhiệt độ và ánh sáng. Sự phân hủy này sẽ xấu đi theo thời gian. Sau quá trình này, vật liệu sẽ bị phân hủy trên bề mặt hoặc thay đổi tính chất cơ lý. Quá trình này còn làm suy yếu cấu trúc và tính chất vốn có của vật liệu.

2.2 Phản ứng sinh học

Phản ứng sinh học còn được gọi là phản ứng phân hủy polyme. Cơ chế này là quá trình các liên kết của polyme phân tách thành nhiều phân tử hoặc các phân tử đơn lẻ. Khối lượng của các đa phân tử và phân tử đơn này sẽ thấp hơn khi tương tác với enzyme của nấm và vi khuẩn. Cơ chế này xảy ra dưới sự tác động của vi sinh vật trong môi trường kỵ khí hoặc hiếu khí:

Phản ứng hiếu khí là quá trình phân hủy các chất diễn ra trong môi trường giàu oxy. Tốc độ phản ứng nhanh hơn, không tạo ra khí metan trong môi trường nhưng độ khử khối lượng của vật liệu không cao.

Phản ứng kỵ khí là quá trình phân hủy các chất xảy ra trong môi trường có ít hoặc không có oxy. Mặc dù tốc độ phản ứng chậm hơn so với hiếu khí nhưng quá trình này cũng tạo ra khí metan nhưng nhanh chóng làm giảm thể tích vật liệu. Hiện nay, loại phản ứng này được ứng dụng trong xử lý chất thải và thu hồi năng lượng.

Hai môi trường này tạo ra các phản ứng tương tự nhau ở chỗ khi kết thúc phản ứng chúng đều tạo ra H2O, CO2 và sinh khối.

Phản ứng phân hủy trong môi trường kỵ khí

3. Phân hủy sinh học có ý nghĩa gì trong cuộc sống?

Trong tự nhiên, phân hủy sinh học là một quá trình “từ đầu đến cuối” của vật liệu. Một vật chất bị phân hủy sẽ tạo ra nhiều khởi đầu mới, làm đa dạng hóa chuỗi thức ăn cho các sinh vật tự nhiên và bảo tồn hệ sinh thái môi trường.

Trong đời sống con người, phân hủy sinh học được ứng dụng rộng rãi với mục đích xử lý môi trường. Đây cũng là nền tảng để sản xuất các sản phẩm tự hủy sinh học trong thời gian ngắn. Từ đó giúp giảm lượng rác thải và bảo vệ môi trường tốt hơn. Một số loại vật liệu phân huỷ sinh học đã được con người phát minh và sử dụng phổ biến như sau:

Giấy: Được sản xuất từ ​​nguyên liệu gỗ tự nhiên hoặc không phải gỗ. Chúng có thể tự hủy nhanh chóng trong 3-6 tháng

Nhựa nguyên sinh: Bát nhựa, khay nhựa hay hộp nhựa nguyên sinh,… có thể tái chế để sử dụng lâu dài. Điều này làm giảm chất thải trong tự nhiên

Nhựa phân hủy sinh học: Khác với nhựa thông thường có thời gian phân hủy hàng trăm, hàng nghìn năm, loại nhựa phân hủy sinh học này có thể phân hủy nhanh chóng trong vòng 3-12 tháng mà không ảnh hưởng đến hệ sinh thái đất. , nước trong môi trường

Những vật liệu tự nhiên như gỗ, tre, cát sa mạc… cũng là những vật liệu thân thiện với môi trường, có tuổi thọ cao và được sử dụng rộng rãi.

Một số loại vật liệu phân hủy sinh học đã được con người phát minh và sử dụng phổ biến

4. 4 yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học

Tốc độ phân hủy sinh học xảy ra bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố ngoài môi trường tự nhiên. Đây là 4 yếu tố tác động chủ yếu đến quá trình này

4.1 Ánh sáng

Ánh sáng mặt trời trong tự nhiên là nguồn năng lượng lớn, nó rất quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Sự phát triển mạnh mẽ của vi sinh vật sẽ đẩy nhanh quá trình phá hủy cấu trúc của vật liệu, từ đó khiến quá trình phân hủy của vật liệu diễn ra trong thời gian ngắn hơn. Nếu có ánh sáng với cường độ hợp lý thì khối lượng của vật liệu cũng sẽ giảm nhanh hơn do vi sinh vật tăng khả năng “tiêu thụ”.

4.2 Nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến tốc độ phân hủy của vật liệu phân hủy và tốc độ của các phản ứng sinh học (phản ứng phân hủy polyme). Nhiệt độ càng cao thì sự phân hủy vật liệu xảy ra càng nhanh. Với cơ chế phản ứng sinh học, nhiệt độ trên 40oC sẽ khiến vi sinh vật sinh sản tốt hơn, còn dưới 0oC sẽ ức chế sự phát triển của sinh vật. Điều này cũng làm chậm quá trình phân hủy sinh học. Đây cũng chính là cơ chế của tủ lạnh khi sử dụng nguồn lạnh để kiểm soát nhiệt độ, hạn chế khả năng phân hủy sinh học của thực phẩm.

Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến tốc độ phân hủy của vật liệu phân hủy

4.3 Nước

Theo các chuyên gia, nước là dung môi để thủy phân một số vật liệu, đồng thời cũng là yếu tố để vi sinh vật tồn tại và phát triển. Bằng cách tạo ra độ ẩm, nước giúp vi sinh vật sinh sôi nảy nở và đẩy nhanh các phản ứng sinh học của vật liệu.

Trong tự nhiên, vào mùa mưa với môi trường ẩm ướt, các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm sinh sôi và phát triển mạnh. Ngược lại, vào mùa khô chúng thường chết hoặc không thể sinh sản. Trong một số hoạt động phân hủy cụ thể, người ta sẽ thêm một lượng nước hợp lý và ủ phân nguyên liệu để đẩy nhanh quá trình phân hủy.

Nước giúp vi sinh vật sinh sôi và tăng tốc các phản ứng sinh học của vật chất

4.4 Ôxi

Một trong 4 yếu tố góp phần ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của vi sinh vật đó là oxy. Có những loại vi sinh vật chỉ có thể phát triển trong môi trường giàu oxy, trong khi đó cũng có những loại vi sinh vật chỉ có thể phát triển trong môi trường có ít hoặc thậm chí không có oxy. Vì vậy, việc điều chỉnh nồng độ oxy là cần thiết để tăng hoặc giảm tốc độ phân hủy sinh học.

5. 3 sản phẩm phân hủy sinh học phổ biến được sử dụng trong đời sống

Trong cuộc sống có rất nhiều sản phẩm có khả năng phân hủy sinh học. Dưới đây là 3 sản phẩm được ưa chuộng nhất:

5.1 Túi phân hủy sinh học

Được sản xuất từ ​​các nguyên liệu tự nhiên như bột ngô, xơ dừa, bã mía, bột mì,… túi tự hủy sinh học có thể phân hủy nhanh chóng trong tự nhiên mà không ảnh hưởng đến môi trường. Tuy nhiên, nó đòi hỏi công nghệ cao nên giá thành khá đắt. Vì vậy, người ta thường sử dụng các loại nhựa truyền thống có bổ sung thêm chất phụ gia trong quá trình sản xuất, khi tiếp xúc với chất xúc tác vẫn có thể phân hủy hoàn toàn trong tự nhiên để thay thế. Loại túi này có giá thành vừa phải, mẫu mã đẹp và được sử dụng phổ biến hơn.

Túi phân hủy sinh học

5.2 Nhựa phân hủy sinh học

Được biết, nhựa phân hủy sinh học là loại nhựa được sản xuất từ ​​nguyên liệu thô có thể tái tạo. Hiện nay, nhựa phân hủy sinh học bao gồm 2 loại: Polylactic acid (PLA) và Polyhydroxyalkanoate (PHA). Có nguồn gốc từ thực vật như sắn, mía, bột bắp, tinh bột…, chúng được dùng để sản xuất các vật dụng hàng ngày như khay, bao bì thực phẩm, màng bọc thực phẩm, dụng cụ y tế. Chất liệu này có khả năng phân hủy sinh học rất cao và được người tiêu dùng đánh giá cao

Nhựa phân hủy sinh học là loại nhựa được sản xuất từ ​​nguyên liệu tái tạo

5.3 Bao bì có thể phân hủy sinh học

Bao bì tự hủy sinh học là bao bì được làm từ nguyên liệu hữu cơ có nguồn gốc thực vật như mía, tinh bột ngô, tre hoặc từ vật liệu tổng hợp được thiết kế đặc biệt để phân hủy nhanh hơn vật liệu thông thường. nhựa truyền thống. Chúng có thể phân hủy sau 8-12 tháng trong môi trường tự nhiên, với sự có mặt của chất xúc tác sinh học trực tiếp từ môi trường hoặc được xử lý trong nhà máy xử lý rác thải nhanh. Chúng làm giảm lượng rác thải ra môi trường, hạn chế những tác động có hại đến hệ sinh thái.

Bao bì phân hủy sinh học

Trên đây là những thông tin chi tiết về phân hủy sinh học và các sản phẩm ứng dụng trong đời sống. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về các hiện tượng sinh học khác trong tự nhiên, vui lòng truy cập website Đông Á để biết thêm thông tin.