CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Khái quát chung về phế phẩm nông nghiệp Đối với Việt Nam, nông nghiệp là một trong những ngành kinh tế quan trọng, cung cấp nguồn lương thực và thực phẩm chủ yếu cho cả nước và xuất khẩu, đóng góp không nhỏ vào nền kinh tế nước ta. Mỗi năm Việt Nam thu về hơn 35 tỷ USD từ xuất khẩu các loại nông sản. Theo số liệu thống kê và chiến lược phát triển của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, vào năm 2020 cả nước có khoảng 7 triệu ha diện tích gieo trồng lúa, 1.2 triệu ha ngô, 380 ngàn ha sắn, 350 ngàn ha lạc, 450 ngàn ha đậu tương, 300 ngàn ha mía, 175 ngàn ha khoai lang. Sản lượng cây trồng của cả nước đã sản xuất trong năm 2020 được trên 41 triệu tấn thóc, 7.2 triệu tấn ngô, 11.4 triệu tấn sắn, 980 ngàn tấn lạc, 1.1 triệu tấn đậu tương, 25.7 triệu tấn khoai lang.
[8] Mặc dù, nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế nhưng nó cũng gây ảnh hưởng tới môi trường. Hằng năm một lượng phế phẩm nông nghiệp rất lớn và đa dạng về chủng loại bị thải ra ngoài môi trường. Theo đánh giá của Cục Trồng trọt (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn) vào năm 2021 phụ phẩm trồng trọt sau thu hoạch từ rơm lúa chiếm khối lượng lớn (42.8 triệu tấn), thân cây bắp (10 triệu tấn), rau và quả (3.6 triệu tấn), thân cây mì (3.1 triệu tấn), trái giả đào lộn hột (3.1 triệu tấn) và các loại khác (6. Với sản lượng phế phẩm nông nghiệp lớn như vậy nên việc tận thu và tái chế gặp khá nhiều khó khăn.
Nguồn phế phẩm tái chế chủ yếu tập trung ở nông thôn, nơi trực tiếp sản xuất ra những phế phẩm này trong khi đó nguồn thu mua chủ yếu chủ yếu tập trung ở khu công nghiệp, thành phố hay khu đông dân cư. Đặc thù của sản xuất nông nghiệp ở nước ta mang tính nhỏ lẻ, phân tán nên việc thu gom, phân loại và tái chế còn nhiều khó khăn. Các cơ sở sản xuất, chế biến chủ yếu tập trung vào dây chuyền sản xuất, ít quan tâm tới các khâu khác. Do đó, những cơ sở này không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn gây ra tình trạng lãng phí.
Nhiều nơi còn xử lý bằng biện pháp chôn lấp, đốt bỏ, đổ xuống ao hồ, sông, suối gây ô nhiễm nguồn nước và môi trường xung quanh. [8] Như vậy, có thể thấy rằng khả năng phát sinh phế phẩm từ trồng trọt là rất lớn và có nguy cơ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường do quá trình phân hủy, sử dụng sai mục đích hoặc đốt đồng tràn lan khi vệ sinh đồng ruộng. Thực tế cho thấy nguồn hữu cơ từ chất thải trồng trọt có thể tận dụng tái 1 sử dụng, xử lý trở thành nguồn hữu cơ có giá trị, vừa đảm bảo vệ sinh môi trường mà còn mang lại hiệu quả về kinh tế, xã hội và môi trường.2 Một số nghiên cứu giấy được làm từ phế phẩm nông nghiệp: 1.1 Nghiên cứu trong nước: − Dự án “ Phụ phẩm nông nghiệp – tài nguyên giấy bao bì”: Đây là dự án đạt giải Nhất khối Sinh viên trong cuộc thi “Học sinh, sinh viên với ý tưởng khởi nghiệp” năm 2020 (SV_Startup 2020) của nhóm sinh viên Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Dự án đã dùng thân cây chuối làm nguyên liệu cho quá trình tạo giấy xanh, thân thiện với môi trường.
Nhóm đã tìm cách đơn giản hóa quá trình làm giấy, không sử dụng hóa chất, giữ vân chuối trên giấy để tạo nên những sản phẩm vừa mang tính độc lạ, vừa thân thiện với môi trường. − Làm giấy từ lá cây: Với đề tài nghiên cứu sản xuất “giấy xanh” từ phế phẩm nông nghiệp của sinh viên Đặng Thị Ngọc Ánh (Đại học Huế) đạt giải nhất Giải thưởng sinh viên nghiên cứu khoa học – Euréka lần thứ XVIII năm 2016. Từ các lá cây khô, lá chuối, tre,…và các loại phế phẩm nông nghiệp như: rơm rạ, thân cây họ đậu, xác hữu cơ thực vật… qua các công đoạn thu gom, ngâm, xeo giấy để cho ra đời các loại giấy khác nhau và hoàn toàn thân thiện với môi trường. Hiện tại, dự án “giấy xanh” của Ngọc Ánh phát triển theo hướng chuyển giao công nghệ sản xuất giấy cho các hộ nông dân để chính nông dân thực hiện, từ đó, phế phẩm nông nghiệp được xử lý theo hướng tích cực hơn và người dân có nguồn thu nhập từ chính sản phẩm của mình.
− Dự án “ Sản xuất giấy và làm đồ dùng handmade từ bã mía”: Dự án “Sản xuất giấy và làm đồ dùng handmade từ bã mía” vào năm 2020 của học sinh Trường THPT Nguyễn Hữu Huân, thành phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh đã xuất sắc đạt giải ba khối Học sinh tại cuộc thi cùng tên. Em Trần Xuân Khánh Thi – trưởng nhóm dự án cho biết khi thấy xung quanh trường học có nhiều bã mía bị đốt sau sử dụng nhóm đã nghĩ đến việc tái chế chúng. Nhóm đã thu thập bã mía, kết hợp với việc sử dụng các nguyên liệu phụ gia là polyvinyle ancol (PVA) – là polymer tổng hợp tan được trong nước và không độc hại với sức khỏe con người và hydro peroxid (oxy già) – có khả năng 2 tẩy trắng và an toàn. Từ giấy này nhóm đã tạo ra những sản phẩm handmade vừa có giá thành thấp, vừa thân thiện môi trường.
− Sản xuất giấy từ đài sen đã tách hạt: Đề tài làm giấy từ đài sen đã tách hạt của hai em học sinh Bùi Trần Vân Trang và Bùi Minh Nguyệt (cùng học lớp 9) đến từ trường THCS Phan Tây Hồ (Q.Gò Vấp, Thành phố Hồ Chí Minh) [10]. Quá trình nghiên cứu và thử nghiệm quy trình sản xuất giấy từ đài sen đã tách hạt rất dễ thực hiện, không đòi hỏi công đoạn xử lý nguyên liệu ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, lượng hóa chất tiêu thụ ít, lại thông dụng, rẻ và không độc hại. Ngoài ra, trong quá trình sản xuất do không có quá trình nấu nên vừa tiết kiệm được năng lượng lại không sinh ra khí CO2, nước thải đầu ra đảm bảo độ an toàn. − Làm túi giấy từ cây chuối của nhóm sinh viên ngành Công nghệ sinh học trường Đại học Văn Lang: Với mong muốn hỗ trợ bà con nông dân trong việc tận dụng cây chuối sau khi thu hoạch, nhóm sinh viên ngành Công nghệ sinh học Trường Đại học Văn Lang đã nghiên cứu và làm ra túi giấy, phân bón hữu cơ tận dụng từ thân cây chuối.
Những chiếc túi sinh học và phân bón hữu cơ làm từ cây chuối đã cho thu hoạch trái có khả năng tự phân hủy, giúp bảo vệ môi trường và giá thành rẻ. Quá trình làm túi từ thân chuối mất gần 1 tuần làm bằng phương pháp thủ công, qua các công đoạn như: chọn chuối, tách bẹ, đập giập, phơi khô, cắt nhỏ, ngâm qua dung dịch NaOH, nấu sôi, xay nhuyễn, vô khuôn, gia công túi. Sản phẩm túi sau khi hoàn thiện có màu sắc nâu tự nhiên, đẹp lạ, thu hút được nhiều tiêu dùng, giảm thiểu việc thải bỏ rác thải nhựa, góp phần nâng cao ý thức bảo vệ môi trường của người dân.2 Nghiên cứu ngoài nước: Đại học Kỹ thuật Caledonia, Muscat, Oman nghiên cứu so sánh tính chất sợi của thân chuối và bả mía đối với khả năng tạo ra bột giấy bằng cách thêm phụ gia CaCO3, tinh bột,… Thông qua các phương pháp đo GSM, pH, độ ẩm, độ dày [13]. Trong dự án này, phế phẩm nông nghiệp từ bã mía và sợi chuối đã được sử dụng để sản xuất giấy thủ công.
Nguyên liệu được phơi khô dưới ánh mặt trời và đi qua thùng nước để loại bỏ bụi bặm. Tiếp theo, nó được nấu với dung dịch xút 10% trong nồi áp suất và sau đó trộn trong máy trộn cho thời gian khác nhau. Dung dịch pha loãng của Clorox đã được sử dụng cho 3 sự đổi màu và thanh lọc bột giấy. Ba loại giấy được làm từ bột giấy đã được nấu trước đó.
Loại đầu tiên được thực hiện bằng cách chỉ sử dụng nguyên liệu thô, loại thứ hai bằng cách thêm 2% CaCO3 và 2% tinh bột. Và loại thứ ba bằng cách thêm 5% của cả hai chất phụ gia. Những giấy tờ này được sấy khô và sau đó ủi cho thẳng. GSM, pH, Độ dày, Số lượng lớn và Độ ẩm được kiểm tra.
Tính chất sợi bã mía nặng và thô trong khi mẫu giấy từ sợi chuối rất hữu ích cho việc sử dụng mềm như: khăn lau, giấy,…Dự án này rất thân thiện với môi trường vì nó sử dụng phế phẩm nông nghiệp. Các nhà khoa học Anh đã mang lại một bước đột phá mới, thông qua một thủ thuật nhỏ trong phòng thí nghiệm. Đó là công trình nghiên cứu phát triển một loại nhựa sinh học vừa có đặc tính như những loại nhựa thông thường, vừa đảm bảo an toàn và thân thiện với môi trường, có thể dùng một hay nhiều lần. Theo đó, nhóm các nhà khoa học Anh đến từ Đại học Warwick và Đại học York (Anh) đã chỉnh sửa lại một số ren có trong rơm rạ, nhằm tăng tốc độ chuyển đổi xử lý thực vật thành chất liệu nhựa sinh học [23].
Theo tính toán của nhóm các nhà khoa học này thì chỉ cần 5% lượng rơm rạ hàng năm, hoặc chỉ 3% lượng bã mía sau khi sử dụng để lấy đường, thì họ có thể sản xuất được hàng tỷ chai nhựa để đựng nước uống (khoảng 17 tỷ chai). Cụ thể, các nhà khoa học Anh đã sản xuất nhựa sinh học từ chất lignin (chất gỗ), có thể là mùn cưa, một loại vật liệu tự nhiên mà chính nhờ đó nó giúp cho thân cây có thể đứng vững. Sau đó, họ tiếp tục chưng cất đường để hoàn thiện sản phẩm nhựa, thay vì việc dùng dầu hỏa (một loại nhiên liệu hóa thạch) để làm nhựa. Kết quả cho thấy, các nhà khoa học đã thu được một loại nhựa mới vừa bền, nhưng lại có tốc độ phân hủy thần tốc, không như loại nhựa thông thường phải mất hàng chục năm, thậm chí hàng trăm năm vẫn chưa phân hủy được, gây ô nhiễm môi trường tự nhiên.
− Sản xuất giấy bằng bẹ chuối khô của nhóm phụ nữ ở Uganda: Đây là dự án được thực hiện khi ở nước này đã áp dụng lệnh cấm túi nilon trên phạm vi toàn quốc. Họ đã tạo ra nhiều sản phẩm hữu dụng bằng những bẹ chuối khô – một loại phụ phẩm tại các trang trại của Uganda như: túi đi chợ, túi đựng thức ăn, sổ, vở viết hay các tấm thiệp.