Vinh danh công trình 'biến' chất thải thành tài nguyên

PGS.TS Nguyễn Đình Quân, Trưởng phòng Thí nghiệm Nhiên liệu Sinh học và Biomass. Ảnh: N.Quỳnh

Hai nhà nghiên cứu, giảng viên của Trường Đại học Bách khoa (Đại học Quốc gia TPHCM) vừa được Quỹ Toàn cầu Hitachi vinh danh tại Giải thưởng Sáng tạo châu Á 2024 nhờ hai công trình giúp thúc đẩy phát triển bền vững.

Xử lý nước thải từ vật liệu sinh khối

PGS.TS Nguyễn Hữu Hiếu - Trưởng phòng Thí nghiệm Trọng điểm Đại học Quốc gia Công nghệ Hóa học và Dầu khí, nhận Giải thưởng Sáng tạo Xuất sắc (Outstanding Innovation Award) với nghiên cứu về tổng hợp vật liệu nano từ sinh khối để sản xuất furfural và xử lý nước thải. Còn PGS.TS Nguyễn Đình Quân - Trưởng phòng Thí nghiệm Nhiên liệu Sinh học và Biomass, được trao giải Khuyến khích (Encouragement Award) nhờ công nghệ chuyển hóa bùn thải giấy thành giấy chất lượng cao.

Nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Hữu Hiếu tập trung vào việc tổng hợp vật liệu nano từ sinh khối nhằm ứng dụng trong sản xuất furfural xử lý nước thải. Furfural là một hợp chất hữu cơ có giá trị trong ngành hóa chất và có tiềm năng thay thế nhiên liệu hóa thạch. Hợp chất này hiện được ứng dụng rộng rãi như làm dung môi cho quá trình tinh chế dầu diesel và dầu vẽ từ thực vật, dung môi trong ngành nhựa, hóa chất nông nghiệp, dược phẩm, hay polymer sinh học.

Tuy nhiên, quá trình sản xuất furfural hiện vẫn còn nhiều hạn chế như hiệu suất tương đối thấp, tiêu tốn năng lượng lớn và phát thải hóa chất độc hại. Do đó, việc nâng cao hiệu suất tổng hợp furfural từ nguồn sinh khối dồi dào như Việt Nam đã thu hút nhiều sự quan tâm và chú ý của các nhà nghiên cứu.

“Nghiên cứu này phát triển vật liệu có nguồn gốc sinh khối như bã mía, lõi ngô, thân ngô… để xử lý ô nhiễm do thuốc nhuộm hữu cơ, kim loại nặng và thuốc kháng sinh. Việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp không chỉ giảm chi phí xử lý chất thải mà còn nâng cao giá trị kinh tế, hướng tới phát triển bền vững”, PGS Hiếu chia sẻ.

Nghiên cứu áp dụng các kỹ thuật tổng hợp vật liệu tiên tiến, tối ưu hóa điều kiện chế tạo nhằm đạt hiệu suất cao trong xử lý nước thải và hấp thụ chất ô nhiễm. Các phương pháp phân tích hiện đại như TEM, SEM, XPS, Raman, BET, FTIR, UV-Vis và điện hóa được áp dụng để đánh giá cấu trúc, tính chất và hiệu suất hoạt động của vật liệu. Thử nghiệm thực tế trong môi trường nước ô nhiễm cũng chứng minh khả năng xử lý ô nhiễm của vật liệu này.

“Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Đồng thời, việc ứng dụng vật liệu sinh khối còn mở ra giải pháp bền vững cho ngành công nghiệp và năng lượng tái tạo”, ông Hiếu nói.

Theo PGS Hiếu cho biết, thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục cải thiện hiệu suất vật liệu, mở rộng quy mô sản xuất và triển khai thực nghiệm trên diện rộng. Ông sẽ mở rộng nghiên cứu sang các lĩnh vực khác như xúc tác quang, lưu trữ năng lượng và hấp phụ đa chức năng, đồng thời mở rộng hợp tác với các viện nghiên cứu và doanh nghiệp để thúc đẩy ứng dụng thực tế của công nghệ này.

PGS.TS Nguyễn Hữu Hiếu với vật liệu composite từ cellulose vỏ thốt nốt pha tạp coban định hướng ứng dụng lưu trữ năng lượng. Ảnh: N.Quỳnh

Biến bùn giấy thành tài nguyên

Công trình nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Đình Quân tập trung vào một vấn đề môi trường khác: Xử lý bùn thải từ nhà máy giấy, một nguồn ô nhiễm lớn từ ngành công nghiệp này. Ông Quân và cộng sự đã tìm ra cách chuyển đổi bùn thải thành nanocellulose vi khuẩn (BC) - một vật liệu sinh học có giá trị cao.

“Các phương pháp xử lý bùn thải hiện tại, như chôn lấp - vừa không bền vững, lại tốn kém và gây lãng phí tài nguyên, đặc biệt là cellulose. Trong khi đó, BC là một vật liệu sinh học có nhiều ứng dụng và giá trị kinh tế. Khi bổ sung BC vào giấy, các tính chất cơ học của giấy được cải thiện đáng kể, bao gồm tăng độ bền nổ, khả năng chịu nén vòng, giảm độ hút nước và hàm lượng tro”, nhà khoa học này chia sẻ.

Nhóm nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Đình Quân xác định 15% BC là tỷ lệ tối ưu để đạt chất lượng giấy tốt nhất. Quá trình nghiên cứu trải qua nhiều công đoạn như phân tích bùn thải, phân lập vi sinh vật có khả năng chuyển hóa cellulose, thủy phân cellulose trong bùn thải, lên men để sản xuất BC từ bùn thải đã thủy phân và thu hoạch BC cho công đoạn sản xuất giấy. “Công trình này giúp giải quyết hai thách thức lớn là quản lý chất thải và sử dụng tài nguyên bền vững trong ngành công nghiệp giấy. Điều này giúp giảm tác động môi trường của sản xuất giấy và cải thiện tính bền vững của ngành”, PGS Quân nhấn mạnh.

Dự án của PGS Quân và nhóm được khởi động từ năm 2021 với sự đồng hành của Công ty Cổ phần giấy An Bình và Nhà máy Giấy Khôi Nguyên. Đến nay, dự án vẫn tiếp tục được cải tiến và mở rộng quy mô thử nghiệm tại các nhà máy đang hoạt động, với mục tiêu xử lý 1.000 kg bùn thải giấy mỗi ngày. Dự án cũng 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.

“Đây là một nghiên cứu với sáng kiến đơn giản nhưng phải vượt qua rất nhiều khó khăn kỹ thuật mới có thể thành công. Nghiên cứu này không chỉ giúp xử lý chất thải mà còn biến nó thành sản phẩm có giá trị, phù hợp với nguyên tắc kinh tế tuần hoàn”, ông phấn khởi cho biết và chia sẻ, trong tương lai, dự định mở rộng nghiên cứu với việc sử dụng các nguyên liệu thay thế như chất thải khác, phế phẩm nông nghiệp để sản xuất BC; khai thác tiềm năng của BC trong vật liệu composite sinh học hoặc sử dụng bùn thải giấy để sản xuất ethanol…

Lê Nam