Doanh nghiệp Nhật dùng vi khuẩn hấp thụ khí CO2 để sản xuất nhựa sinh học

Vi khuẩn oxy hóa hydro (bên trái) và các sản phẩm nhựa được làm từ những vi sinh vật này. Ảnh: JGC Holdings

JGC nói Trung tâm Nghiên cứu Quy trình Sinh học (Bioprocess Research Center, viết tắt BRC) khai trương hôm 10-6 là cơ sở đầu tiên trên thế giới tiên phong trong lĩnh vực này. Chủ tịch kiêm CEO Masayuki Sato khẳng định đây sẽ là một cuộc cách mạng công nghiệp lớn, góp phần giải quyết an ninh năng lượng, mục tiêu trung hòa carbon trong tăng trưởng kinh tế của Nhật Bản.

Trung tâm mới này sẽ tập trung nuôi cấy các loại vi sinh vật có khả năng tạo ra polymer nhựa từ ba thành phần chính là carbon dioxide (CO₂), hydrogen (H₂) và oxygen (O₂). Trong đó, hydrogen và oxygen sẽ được sản xuất thông qua phương pháp điện phân nước ngay tại cơ sở này. Ở giai đoạn đầu, một công ty khí công nghiệp sẽ chịu trách nhiệm cung cấp CO₂, nhưng về lâu dài, JGC lên kế hoạch thu giữ CO₂ trực tiếp từ khí thải của các nhà máy và từ chính bầu khí quyển.

Mục tiêu ban đầu của trung tâm là nuôi cấy vi khuẩn oxy hóa hydro để sản xuất các loại nhựa có khả năng phân hủy sinh học trong môi trường nước biển. Để hiện thực hóa điều này, JGC sẽ hợp tác chặt chẽ với các doanh nghiệp lớn như Kaneka và Shimadzu trong quá trình sản xuất. Dự án đầy hứa hẹn này có tổng trị giá lên tới 30 tỉ yen (khoảng 187 triệu đô la), gồm cả chi phí nghiên cứu quy trình sản xuất hàng loạt. Chính phủ đã phê duyệt các khoản hỗ trợ tài chính cho dự án này.

Quy trình thu giữ các loại khí và lên men khí để sản xuất nhựa sinh học. Đồ họa: Science Direct

Phương pháp mới có gì mới?

Ý tưởng sản xuất nhựa sinh học không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch vốn không mới, nhưng các phương pháp hiện tại đều vấp phải những rào cản lớn. Cách làm truyền thống là cho vi sinh vật ăn đường chiết xuất từ thực vật, ví dụ như sinh khối cây cọ dầu. Tuy nhiên, việc thu mua một lượng lớn nguyên liệu thực vật như vậy đang gặp làn sóng phản đối dữ dội do những lo ngại về nạn phá rừng và tình trạng sử dụng lao động trẻ em tại các đồn điền ở Đông Nam Á.

Một giải pháp thay thế khác là sử dụng tảo biển. Nhưng phương pháp này lại không khả thi khi mở rộng quy mô công nghiệp. Do tảo cần ánh sáng mặt trời để quang hợp, các bể nuôi cấy không được phép xây quá sâu, khiến việc tối ưu hóa không gian sản xuất hàng loạt gặp bế tắc.

Ngược lại, công nghệ vi khuẩn lên men khí (gas fermentation) mà JGC áp dụng hoàn toàn không cần đến đường hay ánh sáng mặt trời. Đây là công nghệ dùng vi sinh vật chuyển hóa khí thải độc hại như CO, CO₂ và các loại khí thải khác thành sản phẩm có giá trị, theo Science Direct.

Dù vậy, phương pháp này cũng sở hữu một thách thức kỹ thuật cực kỳ lớn: hydro và oxy khi trộn lẫn với nhau rất dễ gây cháy nổ, đòi hỏi hệ thống thiết bị chuyên dụng cao để đảm bảo an toàn tuyệt đối.

Tuy vậy, JGC có bề dày kinh nghiệm hàng thập kỷ trong việc xây dựng các nhà máy khí tự nhiên hóa lỏng (LNG), vận hành các nhà máy dược phẩm sinh học từ những năm 1990, và từng triển khai thành công các cơ sở thu giữ, lưu trữ carbon (CCS) tại Úc. Các đối thủ cạnh tranh tiềm năng khác như các startup Air Protein (Mỹ) hay Solar Foods (Phần Lan) lại thiếu kinh nghiệm trong việc xây dựng và vận hành nhà máy quy mô lớn. Trong khi đó, JGC tự tin ở mảng sản xuất quy mô lớn.

Trung tâm Nghiên cứu Quy trình Sinh học (BRC) khai trương hôm 10-6 tại Kobe. Ảnh: JGC Holdings

Thời gian thử nghiệm, sản xuất hàng loạt trong 2 năm

Hiện tại, một bể nuôi cấy tại trung tâm nghiên cứu ở Kobe có thể chứa tới 200 lít. Theo lộ trình, các bể chứa lớn hơn với dung tích lên đến hàng nghìn lít sẽ được lắp đặt thêm vào cuối năm 2027. JGC đặt kỳ vọng đến năm tài chính 2030 sẽ chính thức vận hành một nhà máy thương mại có công suất nuôi cấy hàng trăm nghìn lít, đạt sản lượng hàng ngàn tấn nhựa sinh học mỗi năm.

Mô hình hợp tác của JGC giúp rút ngắn tối đa thời gian thử nghiệm. Những tiến bộ trong công nghệ chỉnh sửa bộ gien ngày nay cho phép tạo ra rất nhiều loại vi sinh vật sản xuất nhựa khác nhau. Thế nhưng, cách duy nhất để biết các loại vi khuẩn này có phù hợp để sản xuất hàng loạt hay không là phải nuôi cấy thử nghiệm với số lượng lớn.

JGC đã giải quyết bài toán này bằng cách bắt tay với startup công nghệ sinh học Bacchus Bio Innovation tại Kobe. Các mẫu vi khuẩn do Bacchus phát triển sẽ được chuyển ngay sang trung tâm BRC gần đó để kiểm tra khả năng mở rộng quy mô.

“Thông thường thì triển khai quy trình sản xuất hàng loạt phải mất khoảng 20 năm. Nhưng nhờ mô hình này, chúng tôi có thể rút ngắn xuống còn khoảng 2 năm”, CEO Yoshihiro Mizuguchi của JGC Holdings nói.

Theo Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD), thị trường sản xuất sinh học toàn cầu dự kiến sẽ bùng nổ lên mức 200.000 tỉ yen (1.250 tỉ đô la) vào năm 2030.

Theo Nikkei Asia, Science Direct, JGC Holdings

Theo Ricky Hồ / BSA Media

Ngày đăng: 11/6/2026

Ý kiến của bạn về bài viết

Không có chức năng bình luận cho bài viết này