Phân hủy sinh học là gì? 3 giai đoạn phân hủy sinh học chi tiết

Hầu hết mọi người đều từng nghe đến cụm từ “phân hủy sinh học”, nhưng thật ra ít ai hiểu được chính xác phân hủy sinh học là gì cũng như quá trình nó diễn ra như thế nào. Đây là một quá trình có ý nghĩa rất lớn đối với môi trường sống của chúng ta, vậy nên việc hiểu rõ về hiện tượng phân hủy sinh học là vô cùng cần thiết. Cùng Hunufa Compostable tìm hiểu xem phân hủy sinh học là gì và các sản phẩm phân hủy sinh học phổ biến hiện nay nhé!

Phân hủy sinh học là gì?

Phân hủy sinh học là quá trình mà các chất hữu cơ (như thực phẩm thừa, lá cây, rác hữu cơ, bao bì sinh học…) bị vi sinh vật trong tự nhiên (vi khuẩn, nấm, tảo…) phân giải thành những chất đơn giản hơn như nước, khí CO₂, metan và chất mùn.

Nói dễ hiểu hơn: bất kỳ vật liệu nào có thể “tự tan biến” nhờ tác động của tự nhiên mà không để lại rác thải độc hại lâu dài nào chính là vật liệu phân hủy sinh học.

Xem thêm: Biodegradable là gì? Định nghĩa và phân biệt với các thuật ngữ phân hủy

3 cơ chế phân hủy sinh học

Quá trình phân hủy sinh học không diễn ra một cách đột ngột mà trải qua ba giai đoạn nối tiếp nhau là phản xạ sinh học, phản ứng sinh học và đồng hóa. Cùng tìm hiểu chi tiết quá trình phân hủy sinh học diễn ra như thế nào dưới đây:

Cơ chế phản xạ sinh học

Phản xạ sinh học là giai đoạn mở đầu của quá trình phân hủy sinh học, khi vật liệu bắt đầu suy yếu dưới tác động tổng hợp của nhiều yếu tố tự nhiên. Ánh sáng mặt trời, sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm trong không khí, oxy trong môi trường và thậm chí cả enzyme do vi sinh vật tiết ra đều tham gia vào quá trình này.

Kết quả của giai đoạn này là bề mặt vật liệu có thể trở nên giòn hơn, xuất hiện vết nứt, đổi màu hoặc biến dạng. Mặc dù ở giai đoạn này vật liệu vẫn còn giữ nguyên hình dạng chính, nhưng cấu trúc bền vững đã bắt đầu bị phá vỡ, tạo điều kiện thuận lợi để bước phân hủy tiếp theo diễn ra dễ dàng hơn.

Cơ chế phản ứng sinh học

Sau khi vật liệu đã bị xuống cấp, quá trình sẽ bắt đầu chuyển sang giai đoạn phản ứng sinh học. Đây là lúc vi sinh vật như vi khuẩn và nấm xâm nhập và tác động trực tiếp vào cấu trúc hóa học của vật liệu. Các chuỗi polymer dài, vốn rất bền chắc, dần bị cắt nhỏ thành những mảnh phân tử đơn giản hơn như oligomer hoặc monomer.

Quá trình này giống như việc “bẻ vụn” một khối lớn thành những mảnh nhỏ, giúp vi sinh vật dễ dàng hấp thụ. Chính giai đoạn này đóng vai trò quyết định, bởi nếu vật liệu không bị phân giải thành những đơn vị đủ nhỏ thì các sinh vật phân hủy không thể sử dụng chúng như nguồn năng lượng hay chất dinh dưỡng.

Cơ chế đồng hóa

Khi vật liệu đã được phân cắt thành những phân tử nhỏ, quá trình phân hủy sinh học bước vào giai đoạn đồng hóa. Lúc này, vi sinh vật hấp thụ các hợp chất vừa được giải phóng và đưa chúng vào chu trình trao đổi chất bên trong cơ thể. Những hợp chất này có thể được chuyển hóa thành năng lượng để nuôi sống vi sinh vật, được tích hợp thành tế bào mới, hoặc được biến đổi thành các sản phẩm cuối cùng như khí CO₂, nước, khí metan và chất mùn hữu cơ.

Giai đoạn đồng hóa chính là điểm kết thúc của toàn bộ quá trình phân hủy sinh học, khi vật liệu ban đầu đã biến mất hoàn toàn dưới dạng vật chất mà chúng ta có thể nhìn thấy, chỉ còn tồn tại dưới dạng các chất đơn giản, thân thiện và hữu ích cho môi trường.

Thời gian phân hủy sinh học là bao lâu?

Thời gian phân hủy sinh học của một vật liệu phụ thuộc vào hai yếu tố: bản chất vật liệu và điều kiện môi trường. Vật liệu càng có thành phần tự nhiên, ít xử lý hóa học thì thời gian phân hủy càng nhanh. Ngược lại, sản phẩm có lớp phủ chống nước, nhựa tổng hợp hoặc cấu trúc polymer bền vững thì thời gian phân hủy kéo dài rất lâu.

Trong điều kiện thuận lợi như ẩm, nhiều vi sinh vật và nhiệt độ phù hợp, rác hữu cơ như rau củ, vỏ trái cây chỉ mất vài tuần để phân hủy. Những sản phẩm làm từ bã mía hoặc tinh bột có thể phân hủy sau vài tháng. Ngược lại, các sản phẩm nhựa truyền thống như túi nilon, chai và ly nhựa PET gần như không phân hủy sinh học và có thể tồn tại từ 100 đến 500 năm.

Sản phẩm	Thời gian phân hủy ước tính	Ghi chú
Lá cây, rau củ	2 – 5 tuần	Môi trường đất ẩm giúp phân hủy nhanh
Vỏ chuối, vỏ cam	3 – 6 tuần	Nhanh phân hủy thành mùn, giúp cải tạo đất
Hộp, túi bã mía; ống hút gạo	2 – 6 tháng	Phân hủy hoàn toàn, không để lại vi nhựa
Giấy thường	2 – 5 tháng	Dễ phân hủy trong môi trường ẩm
Ly giấy tráng nhựa	3 – 5 năm	Lớp nhựa làm chậm quá trình phân hủy
Túi nilon, chai nhựa PET	100 – 500 năm	Không phân hủy sinh học, gây ô nhiễm lâu dài

Các sản phẩm phân hủy sinh học phổ biến trong ngành F&B

Ngành F&B nói chung, đặc biệt là các quán kinh doanh trà sữa, sinh tố, nước ép,… đều sử dụng vô số các sản phẩm dùng một lần để phục vụ khách hàng. Đây cũng là một trong những nguyên do gây nên sự ô nhiễm nhựa nghiêm trọng trên toàn cầu mà chúng ta đang cố gắng khắc phục.

Trước sự thúc đẩy của các chính phủ, cộng đồng và ý thức trách nhiệm với môi trường, nhiều thương hiệu đã bắt đầu chuyển các sản phẩm từ nhựa sang các sản phẩm bền vững, có khả năng phân hủy sinh học để góp phần xây dựng một môi trường sống tốt đẹp hơn. Cùng Hunufa Compostable tìm hiểu những sản phẩm đó nhé!

Ly giấy phân hủy sinh học

Ly giấy hiện tại có thể được xem là sản phẩm được sử dụng nhiều nhất tại các quán cà phê, trà sữa lớn nhỏ. Loại ly này được làm từ giấy cupstock cao cấp, có thể phân hủy nhanh chóng trong môi trường ẩm. Một số loại ly còn được phủ lớp chống thấm sinh học từ tinh bột thay vì nhựa PE, giúp rút ngắn thời gian phân hủy.

Ống hút gạo và ống hút bã mía

Ống hút gạo và ống hút bã mía là hai lựa chọn thay thế phổ biến nhất cho ống hút nhựa truyền thống. Được làm từ nguyên liệu tự nhiên như bột gạo hoặc xơ bã mía, các loại ống hút này có khả năng phân hủy trong vòng vài tháng, thậm chí có thể ăn được nếu là ống hút gạo. Nhờ đặc tính an toàn và thân thiện, nhiều quán trà sữa, sinh tố và nước ép đã mạnh dạn sử dụng ống hút sinh học như một cách tạo dấu ấn thương hiệu tích cực với khách hàng.

Hộp bã mía đựng thức ăn

Hộp bã mía là sản phẩm thay thế hộp xốp truyền thống, vốn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Hộp được làm từ xơ bã mía – phế phẩm còn lại sau quá trình ép mía lấy đường. Loại hộp này có khả năng chịu nhiệt tốt, đựng được cả đồ nóng và lạnh, và quan trọng nhất là có thể phân hủy hoàn toàn trong môi trường tự nhiên chỉ sau vài tháng. Đây đang là lựa chọn được nhiều thương hiệu F&B ưa chuộng trong hoạt động bán hàng mang đi.

Túi, bao bì tự hủy sinh học

Túi tự hủy sinh học được sản xuất từ tinh bột ngô hoặc khoai mì là giải pháp thay thế túi nilon. Loại túi này có vẻ ngoài gần giống nhựa truyền thống nhưng lại có khả năng phân hủy trong vài tháng dưới điều kiện tự nhiên. Với ưu điểm tiện dụng, giá thành ngày càng hợp lý và đặc biệt là không để lại vi nhựa, túi sinh học đang được nhiều cửa hàng và quán cà phê sử dụng để đóng gói sản phẩm cho khách mang về.

Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học

Loại vật liệu

Loại vật liệu là yếu tố then chốt ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian phân hủy sinh học. Các vật liệu tự nhiên như bã mía, giấy, tinh bột thường dễ dàng bị vi sinh vật phân giải, trong khi nhựa sinh học có nguồn gốc từ polymer thực vật cần thời gian lâu hơn. Cấu trúc hóa học càng phức tạp và khó tan, quá trình phân hủy càng kéo dài. Điều này giải thích vì sao một chiếc lá khô chỉ cần vài tuần để biến mất, trong khi một túi nhựa sinh học vẫn cần vài tháng để hoàn toàn phân hủy.

Nhiệt độ môi trường

Nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của vi sinh vật – yếu tố trọng tâm trong suốt quá trình phân hủy sinh học. Trong môi trường đủ ấm áp, vi sinh vật phát triển mạnh mẽ, khiến quá trình phân hủy diễn ra nhanh hơn. Ngược lại, trong điều kiện lạnh, tốc độ phân hủy bị chậm lại đáng kể vì các phản ứng sinh học không còn diễn ra hiệu quả. Đây là lý do rác hữu cơ phân hủy nhanh ở vùng nhiệt đới nhưng lại tồn tại lâu hơn ở các khu vực khí hậu lạnh.

Độ ẩm và oxy

Độ ẩm đóng vai trò quan trọng vì vi sinh vật cần môi trường ẩm để sống và hoạt động. Nếu môi trường quá khô, quá trình phân hủy sẽ gần như dừng lại. Song song đó, sự hiện diện của oxy cũng quyết định hình thức phân hủy. Trong điều kiện có oxy (hiếu khí), vật liệu thường phân hủy nhanh và tạo ra khí CO₂. Trong khi đó, ở môi trường yếm khí (thiếu oxy), quá trình phân hủy chậm hơn và thường sinh ra khí mêtan.

Hoạt động của vi sinh vật

Vi sinh vật chính là “nhân vật chính” của quá trình phân hủy sinh học. Mật độ, sự đa dạng và khả năng tiết enzyme của chúng quyết định vật liệu bị phân giải nhanh hay chậm. Nếu môi trường giàu vi sinh vật phân giải cellulose hoặc tinh bột, các vật liệu từ giấy hay bã mía sẽ phân hủy rất nhanh. Ngược lại, trong môi trường ít vi sinh vật phù hợp, sản phẩm sẽ tồn tại lâu hơn.

Ánh sáng mặt trời

Ánh sáng, đặc biệt là tia UV trong ánh sáng mặt trời, có khả năng phá vỡ cấu trúc bề mặt của vật liệu, khiến chúng trở nên giòn và dễ nứt gãy hơn. Khi bề mặt vật liệu đã bị suy yếu nhờ tác động của ánh sáng, vi sinh vật sẽ dễ dàng tiếp cận và phân giải cấu trúc hóa học còn lại. Ngược lại, trong điều kiện thiếu ánh sáng, chẳng hạn như rác bị chôn lấp sâu dưới đất, tốc độ phân hủy sẽ chậm hơn nhiều do vật liệu không được “chuẩn bị” sẵn cho quá trình tấn công sinh học.

Bài viết trên đã giải đáp thắc mắc “Phân hủy sinh học là gì?” cũng như những kiến thức cơ bản khác về quá trình này đối với nhiều loại vật liệu khác nhau. Hy vọng tất cả chúng ta sẽ cùng chung tay hướng đến một tương lai bền vững nói chung và cho ngành F&B nói riêng!