Ứng dụng công nghệ sinh học trong ngành giấy: Xu hướng tất yếu

Từng bước nghiên cứu, ứng dụng công nghệ sinh học trong ngành giấy

Thông tin về hiện trạng và tiềm năng ứng dụng công nghệ sinh học trong ngành giấy, đại diện Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô (Bộ Công Thương) cho biết, các quy trình sản xuất bột giấy và giấy truyền thống thường sử dụng một lượng lớn nước, năng lượng và hóa chất.

Nhà máy sản xuất giấy bao bì công nghiệp

Tại Việt Nam, theo thống kê của Hiệp hội Giấy và Bột giấy Việt Nam năm 2023, ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy trong nước có năng lực sản xuất đạt 8,96 triệu tấn (tốc độ tăng trưởng trung bình là 10,68%); sản lượng sản xuất đạt 6,43 triệu tấn (tốc độ tăng trưởng trung bình là 10,70%); nhu cầu tiêu dùng đạt 6,57 triệu tấn (tốc độ tăng trưởng trung bình là 6,01%);

Công nghiệp giấy được biết đến là ngành sử dụng nhiều hóa chất trong các công đoạn nấu bột giấy, tẩy trắng và sản xuất giấy. Ngày nay, sản xuất bền vững và bảo vệ môi trường ngày càng trở nên cấp thiết nên ngành công nghiệp giấy đang phải đối mặt với nhiều thách thức trong việc sử dụng nguyên liệu, năng lượng và vấn đề môi trường. Để khắc phục những thách thức này và tạo thành cơ hội phát triển, các nhà sản xuất phải giảm sử dụng bột giấy nguyên chất, năng lượng, hóa chất độc hại, lượng khí thải cacbon, và cuối cùng, giảm chi phí sản xuất giấy.

Trong bối cảnh này, ứng dụng công nghệ sinh học đang cho thấy giải pháp này thực sự hiệu quả và ngày càng trở nên một phần quan trọng của sản xuất giấy. Trong đó, ứng dụng vi sinh vật và enzyme đem lại những kết quả rõ rệt về hiệu quả kinh tế: giảm chi phí đầu vào do giảm thời gian xử lý nguyên liệu, giảm tiêu thụ năng lượng, giảm hoặc thậm chí thay thế hoàn toàn hóa chất; đồng thời bảo đảm sản xuất thân thiện với môi trường hơn và tăng chất lượng sản phẩm.

Ứng dụng nổi bật nhất của công nghệ sinh học trong ngành giấy là sử dụng enzyme α –amylase thay thế hoàn toàn cho axit, APS để biến tính (cắt mạch) tinh bột trong công đoạn chuẩn bị dung dịch gia keo bề mặt giấy (giấy bao bì công nghiệp, giấy in, viết). Hiện nay, đa số các nhà máy sản xuất giấy bao bì công nghiệp đều sử dụng enzyme α – amylase để biến tính tinh bột.

Ngoài ra, enzyme α –amylase còn được sử dụng trong công nghệ sản xuất nhũ tương copolyme styren acrylate làm chất chống thấm bề mặt trong sản xuất giấy bao bì công nghiệp. Quy trình công nghệ đang được Công ty cổ phần Giấy Vạn Điểm sản xuất và thương mại hóa sản phẩm tại thị trường trong nước.

Một số loại enzyme được biết đến tại thị trường Việt Nam như Pulpzyme HC, Catazyme HS10, Papyrase DR, Papyrase RF có xuất xứ từ Ấn Độ, Trung Quốc, được một số hãng nổi tiếng đại diện ở Việt Nam như Amazon, Buckman cung cấp, giới thiệu. Một số doanh nghiệp đã thử nghiệm như Tổng Công ty Giấy Việt Nam, Công ty Giấy Tissue sông Đuống, Công ty TNHH Pulppy Corelex Việt Nam, Công ty cổ phần Giấy Vạn Điểm, đều cho hiệu quả nhất định. Tuy nhiên, giá thành enzyme còn cao nên chưa được sử dụng rộng rãi.

Trong thời gian qua, Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đã triển khai một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học trong ngành giấy như: Sản xuất bột giấy sinh học từ rơm rạ và bã mía; công nghệ sản xuất enzyme trợ nghiền, ứng dụng trong sản xuất giấy tissue để giảm năng lượng nghiền, tăng độ mềm mại của sản phẩm. Tiềm năng ứng dụng lớn; công nghệ sản xuất chế phẩm sinh học để giảm hàm lượng chất trích ly trong nguyên liệu sản xuất bột giấy hóa học tẩy trắng; sử dụng hệ enzyme (esterase, amylase, cellulase) để kiểm soát stickies, hạn chế khả năng bám dính, đứt giấy trong sản xuất giấy bao bì công nghiệp.

Cùng với đó, nghiên cứu công nghệ sản xuất enzyme lignin peroxidase và laccase từ vi sinh vật để ứng dụng trong công nghiệp sản xuất giấy; sản xuất cellulose từ vi khuẩn từ bùn thải nhà máy giấy; sử dụng chế phẩm enzyme hemicellulase và pectinase hỗ trợ cho quá trình bóc vỏ gỗ trục; sử dụng chất phân tán sinh học để làm giảm mảng bám sinh học trên dây chuyền sản xuất giấy bao bì công nghiệp cũng đã và đang được triển khai nghiên cứu trong nước.

Đề xuất nhiều hướng nghiên cứu về công nghệ sinh học

Đề xuất một số hướng nghiên cứu về công nghệ sinh học phục vụ cho ngành giấy trong thời gian tới, Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô cho rằng, cần tập trung vào một số nội dung như sau: Đẩy mạnh hoàn thiện quy trình và sản xuất enzyme α – amylase cung cấp cho thị trường trong nước, cạnh tranh giá với Trung Quốc. Hoàn thiện quy trình và sản xuất enzyme trợ nghiền phục vụ cho các doanh nghiệp sản xuất giấy tissue.

Hoàn thiện công nghệ và sản xuất chế phẩm sinh học xử lý các chất nhựa trong dăm mảnh nguyên liệu, định hướng đến xử lý mùn gỗ, phế phẩm phục vụ cho các ngành công nghiệp phụ trợ; sản xuất chế phẩm sinh học cho xử lý nước thải ngành giấy (phân hủy xơ sợi mịn và bùn thải thành CO₂ và nước).

Bên cạnh đó, ứng dụng công nghệ sinh học (vi sinh vật và enzyme) trong các công đoạn xử lý nguyên liệu (thô, tinh) và kết hợp với điều chỉnh công nghệ để sản xuất thành công bột giấy sinh học từ các nguồn nguyên liệu khác nhau (dăm mảnh, bã mía, các nguồn xơ sợi khác), với lượng hóa chất và năng lượng sử dụng đều giảm.

Sản xuất chế phẩm sinh học hiếu khí và kỵ khí cho xử lý nước thải ngành giấy (bột giấy, giấy tissue, giấy bao bì). Xử lý triệt để các nguồn phế thải của ngành công nghiệp sản xuất giấy, tạo sản phẩm có chất lượng nâng cao (xử lý mùn gỗ và vỏ cây ứng dụng trong tạo đệm lót sinh học và phân bón; phát triển các sản phẩm an toàn, hiệu quả nhằm ứng dụng trong nông nghiệp, lâm nghiệp và công nghiệp từ nhân nuôi vi sinh vật trên các nguồn bùn thải và nước thải của nhà máy sản xuất giấy).

Ứng dụng công nghệ sinh học và các công nghệ tiên tiến trong sản xuất các sản phẩm giấy đặc biệt phục vụ cho công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và an ninh quốc phòng.

Sản xuất và ứng dụng chế phẩm chất phân tán sinh học để loại bỏ các mảng bám sinh học trong dây chuyền sản xuất giấy bao bì công nghiệp; Sản xuất và thương mại chế phẩm sinh học ứng dụng cho khử mùi để xử lý triệt để vấn đề mùi trong giấy bao bì và tăng khả năng tuần hoàn nước trắng. Nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh nhằm giảm thiểu hoá chất và ô nhiễm môi trường tại các cơ sở chế biến giấy tiểu thủ công nghiệp góp phần sản xuất sạch hơn cho ngành công nghiệp giấy.

Trong tương lai, ngành công nghiệp giấy cần đẩy mạnh hơn nữa các nghiên cứu và ứng dụng triển khai công nghiệp sinh học và kinh tế sinh học trên mọi mặt, từ nguyên liệu sản xuất, quá trình sản xuất và xử lý chất thải rắn và lỏng. Có như vậy mới có thể phát triển bền vững, tiến tới nền kinh tế tuần hoàn, sản xuất xanh, sạch và cân bằng lượng phát thải (Net zero).