PHÂN RÃ NHỰA LÀ GÌ? GIẢI MÃ QUÁ TRÌNH BIẾN NHỰA THÀNH VI NHỰA VÀ NANO NHỰA
Ô nhiễm nhựa đã trở thành một thách thức môi trường toàn cầu với sự hiện diện phổ biến trong cả môi trường tự nhiên và nhân tạo. Sản lượng nhựa toàn cầu vượt quá 400 triệu tấn mỗi năm, nhưng một tỷ lệ đáng báo động (72%) lại kết thúc tại các bãi chôn lấp hoặc bị thải trực tiếp vào môi trường, thay vì được tái chế hoặc đốt cháy.
Không giống như các vật liệu tự nhiên, nhựa không thực sự phân hủy sinh học mà thay vào đó vỡ vụn thành các mảnh nhỏ hơn và nhỏ hơn, tồn tại trong môi trường hàng thế kỷ – có thể từ 100 đến hơn 1.000 năm. Quá trình này được gọi là phân rã nhựa. Vậy chính xác phân rã nhựa là gì, diễn ra theo những cơ chế nào, và các cấp độ phân mảnh của nhựa ảnh hưởng đến môi trường ra sao? Hãy cùng Nhựa Vĩ Hưng tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây nhé!
Phân ra và phân rã nhựa
Phân rã nhựa
Phân rã là quá trình mà một vật liệu bị hư hỏng, suy yếu hoặc vỡ vụn theo thời gian do tác động của yếu tố vật lý, hóa học hoặc sinh học. Nói cách khác, phân rã giống như việc một món đồ từ từ mục nát hoặc vỡ ra thành nhiều mảnh nhỏ, thay vì biến mất ngay lập tức. Không giống như các chất hữu cơ có thể phân hủy hoàn toàn thành CO₂ và nước, phần lớn nhựa không bị phân hủy sinh học triệt để, mà chỉ phân mảnh thành các hạt nhỏ hơn.
Phân rã nhựa là gì?
Phân rã nhựa là quá trình mà các sản phẩm làm từ nhựa bị vỡ vụn thành những mảnh nhỏ hơn theo thời gian, thay vì tan biến hoặc biến mất hoàn toàn. Khác với các chất hữu cơ (như thức ăn, gỗ, giấy…) có thể phân hủy sinh học thành CO₂, nước và sinh khối bởi vi sinh vật, thì phần lớn nhựa không phân hủy sinh học triệt để.
Các cơ chế phân rã nhựa
Phân rã vật lý: Nhựa bị vỡ, nhưng không “biến mất”
Phân rã vật lý đề cập đến sự suy giảm hình thái của vật liệu – khi nhựa bị chia nhỏ mà không thay đổi cấu trúc hóa học. Đây là bước khởi đầu phổ biến của ô nhiễm vi nhựa:
Có 3 loại phân rã vật lý:
- Mài mòn: Xảy ra khi nhựa tiếp xúc lâu dài với cát, bụi, hoặc các vật thể khác. Ma sát lặp đi lặp lại khiến bề mặt nhựa mòn mỏng dần, tạo ra các mảnh nhỏ.
- Phân mảnh cơ học: Khi nhựa chịu lực va đập, uốn cong hoặc kéo căng liên tục, cấu trúc vật liệu dễ bị gãy vỡ.
- Nứt do giòn hóa: Bức xạ UV từ ánh nắng mặt trời làm nhựa trở nên giòn, đặc biệt là các loại như PE và PP. Khi đã giòn, nhựa dễ nứt vỡ ngay cả dưới tác động cơ học nhỏ.
Các yếu tố môi trường như biến động nhiệt độ và tia UV có thể gia tốc quá trình này. Ví dụ, nhiệt độ cao gây giãn nở và co ngót, tạo điều kiện cho vết nứt hình thành; trong khi UV làm giòn bề mặt khiến vật liệu dễ vỡ hơn.
Phân rã hóa học: Phân tử bị đứt gãy từ bên trong
Khi nhựa tiếp xúc với ánh sáng, nhiệt độ, oxy hoặc nước, các liên kết trong chuỗi polymer bị phá vỡ, dẫn đến thay đổi cấu trúc hóa học và đặc tính vật lý. Các loại phân huỷ hoá học nhựa thường gặp:
- Phân hủy quang hóa: Khi nhựa hấp thụ tia UV, các photon làm đứt liên kết trong chuỗi polymer. Gốc tự do được hình thành sẽ tiếp tục phá vỡ polymer, khiến vật liệu bị lão hóa, biến màu, giòn và dễ vỡ. Nhựa Polyethylene (PE) và nhựa polypropylene (PP) là hai loại đặc biệt dễ bị ảnh hưởng bởi quá trình này.
- Phân hủy nhiệt – oxy hóa: Ở nhiệt độ cao (kể cả ngoài trời hoặc trong lò đốt), các phản ứng oxy hóa diễn ra mạnh mẽ. Ví dụ, PVC có thể bị loại bỏ HCl trong quá trình này, tạo polyene liên hợp màu nâu và làm giảm độ bền vật liệu.
- Thủy phân: Một số polymer như polyester (PET), polyamide (nylon) có liên kết este hoặc amit. Khi tiếp xúc với nước, những liên kết này bị thủy phân, tạo ra acid và alcohol – làm nhựa yếu đi. PET, chẳng hạn, có thể phân giải thành axit terephthalic và ethylene glycol trong điều kiện phù hợp.
Phân rã sinh học: Khi vi sinh vật tham gia vào quá trình phân rã nhựa
Phân rã sinh học là quá trình trong đó các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm và enzym tham gia vào việc phân giải cấu trúc của vật liệu. Đối với nhựa, quá trình này thường diễn ra rất chậm và phụ thuộc mạnh vào điều kiện môi trường như độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng, oxy và loại nhựa.
- Vi sinh vật bám vào bề mặt nhựa và tiết enzyme, làm thay đổi cấu trúc hóa lý.
- Một số vi khuẩn có khả năng phân hủy polyme tự nhiên hoặc bán tổng hợp (như PLA, PHB).
- Nhựa truyền thống (PE, PP, PVC) gần như không bị phân hủy sinh học hoàn toàn trong điều kiện tự nhiên.
Dù chậm, quá trình này vẫn góp phần biến vi nhựa thành các hạt nano nhựa (nhỏ tới mức đi xuyên qua màng tế bào sinh vật hoặc chuỗi thức ăn)
Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến phân rã nhựa
Nhiều yếu tố môi trường ảnh hưởng mạnh đến tốc độ và cơ chế phân rã nhựa:
- Nhiệt độ: Nhiệt độ cao đẩy nhanh các phản ứng hóa học và hoạt động enzyme trong quá trình phân rã; trong khi môi trường lạnh làm chậm quá trình do giảm chuyển động phân tử và sự phát triển vi sinh vật.
- Độ ẩm: Là yếu tố thiết yếu trong phân hủy sinh học và thủy phân. Độ ẩm cao thúc đẩy sự suy thoái, còn môi trường khô hạn làm chậm đáng kể quá trình.
- Ánh sáng: Tia UV và ánh sáng khả kiến cung cấp năng lượng cho việc phá vỡ liên kết hóa học, thúc đẩy quá trình quang oxy hóa.
- Oxy: Là điều kiện cần thiết cho quá trình oxy hóa. Môi trường hiếu khí giúp phân hủy nhanh hơn, trong khi môi trường yếm khí làm chậm lại – dù một số con đường phân giải kỵ khí vẫn có thể xảy ra.
- Tác động cơ học: Gió, sóng biển và ma sát góp phần làm phân mảnh nhựa nhanh hơn, tăng diện tích tiếp xúc cho các cơ chế hóa học và sinh học hoạt động.
Các cấp độ phân rã nhựa
Nhựa không phân hủy sinh học hoàn toàn như nhiều vật liệu tự nhiên khác. Thay vào đó, chúng phân rã dần dần qua các tác động vật lý, hóa học và sinh học, tạo thành các mảnh nhỏ hơn theo thời gian. Việc hiểu rõ các cấp độ phân rã của nhựa giúp ta nhận thức rõ hơn về hành trình mà một vật thể nhựa trải qua trong môi trường – từ dễ thấy đến gần như vô hình, nhưng lại càng nguy hiểm hơn.
Megaplastic và Macroplastic – Giai đoạn khởi đầu của quá trình phân rã nhựa
Megaplastic (trên 20 cm) và Macroplastic (2 mm – 20 cm) là những mảnh nhựa có kích thước lớn nhất, điển hình như là các mảnh từ thùng nhựa, lưới đánh cá, vỏ thiết bị, chai lọ, túi nylon hay các đồ dùng nhựa dùng một lần.
Đây là giai đoạn đầu tiên trong chuỗi phân rã của nhựa, với đặc điểm là dễ nhận biết, dễ thu gom, nhưng không kém phần nguy hiểm. Những mảnh nhựa lớn này có thể gây ra tai nạn cho động vật hoang dã – chẳng hạn như mắc kẹt, nuốt nhầm, dẫn đến chết ngạt hoặc suy dinh dưỡng. Khi tồn tại ngoài môi trường, dưới tác động liên tục của nắng, gió, mưa và sóng biển, các mảnh nhựa này bắt đầu vỡ dần, hình thành những mảnh nhỏ hơn.
Mesoplastic – Giai đoạn trung gian
Mesoplastic là các mảnh nhựa có kích thước từ 2 mm đến 2 cm, thường được tạo ra từ sự phân vỡ của các macroplastic lớn hơn. Chúng có thể là các mảnh vỡ từ vỏ chai, nắp chai, bao bì hoặc lưới đánh cá. Mặc dù ít được chú ý hơn, mesoplastic đóng vai trò là giai đoạn trung gian quan trọng giữa nhựa lớn và vi nhựa. Chúng có thể trôi nổi trên biển, lắng xuống đất hoặc bị gió cuốn xa khỏi nơi thải ra ban đầu. Mesoplastic cho thấy bằng chứng rõ ràng rằng quá trình phân rã đang diễn ra, và chúng vẫn có thể gây hại nếu bị động vật nuốt phải do nhầm lẫn với thức ăn.
Microplastic – Vi nhựa dưới 5 mm
Microplastic hay vi nhựa là những hạt nhựa có kích thước dưới 5 mm. Chúng có thể xuất hiện từ hai nguồn chính. Vi nhựa sơ cấp là những hạt nhựa được sản xuất sẵn với kích thước nhỏ cho mục đích cụ thể, như hạt vi cầu trong mỹ phẩm, chất mài mòn công nghiệp hoặc hạt nhựa nguyên sinh (nurdles).
Trong khi đó, vi nhựa thứ cấp được tạo ra từ sự phân hủy của các vật phẩm nhựa lớn hơn. Vi nhựa có mặt ở khắp nơi – trong đất, nước, không khí và thực phẩm và có khả năng xâm nhập vào cơ thể sinh vật, gây ra nhiều lo ngại về sức khỏe và an toàn chuỗi thức ăn.
Nanoplastic – Giai đoạn nguy hiểm tiềm tàng
Nanoplastic là những hạt nhựa có kích thước nhỏ hơn 1 micromet (<1 µm), được hình thành từ quá trình phân rã nhựa tiếp theo của vi nhựa. Do kích thước cực nhỏ và diện tích bề mặt lớn, nanoplastic có tính hoạt động cao và dễ dàng xuyên qua các hàng rào sinh học như màng tế bào, hàng rào máu não hoặc nhau thai. Chúng có thể tích tụ trong các mô sinh học, gây rối loạn chức năng tế bào, kích thích phản ứng viêm, hoặc vận chuyển các chất ô nhiễm khác vào trong cơ thể. Vì đặc tính khó quan sát và khó kiểm soát, nanoplastic được xem là giai đoạn phân rã nguy hiểm và âm thầm nhất của nhựa.
Picoplastic và Femtoplastic – Giai đoạn cực vi giả thuyết
Các nhà khoa học còn đề xuất thêm hai cấp độ phân rã nhựa nhỏ hơn là picoplastic (0.2–2 µm) và femtoplastic (0.02–0.2 µm). Đây là những hạt nhựa có kích thước tương đương hoặc nhỏ hơn virus, rất khó phát hiện và nghiên cứu bằng các công cụ thông thường. Dù vẫn còn là giả thuyết và cần thêm bằng chứng thực nghiệm, các hạt cực vi này được cho là có khả năng xâm nhập đến cấp độ phân tử, gây ra những tương tác sinh học phức tạp và tiềm ẩn nhiều nguy cơ chưa được lường hết đối với sức khỏe con người và môi trường.
Kết luận
Phân rã nhựa là một quá trình tự nhiên xảy ra theo thời gian dưới tác động của môi trường, với nhiều cơ chế và cấp độ khác nhau. Việc hiểu rõ hành trình này không chỉ giúp chúng ta nhìn nhận đúng về tính chất của vật liệu nhựa, mà còn mở ra cơ hội để ứng dụng và xử lý nhựa một cách thông minh, bền vững hơn. Tại Nhựa Vĩ Hưng, chúng tôi tin rằng việc sử dụng nhựa một cách có trách nhiệm chính là hướng đi thiết thực để cân bằng giữa tiện ích và bảo vệ môi trường.
