Xu hướng xây dựng kinh tế tuần hoàn đang trở thành mối quan tâm hàng đầu của nhiều quốc gia. Một trong những giải pháp nổi bật là tái sử dụng phế, phụ phẩm từ các ngành sản xuất, vừa giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường, vừa tận dụng được nguồn tài nguyên có giá trị nhưng chưa được khai thác đúng cách. Nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học thời gian qua đã cho thấy kết quả tích cực, trong tái sử dụng phế, phụ phẩm ngành nông, lâm, thủy sản để tạo thành phân bón sinh học và thức ăn chăn nuôi.
Dân số thế giới đã tăng lên và cán mốc 8 tỷ người vào tháng 11/2022 và được dự báo sẽ vượt hơn 9 tỷ vào năm 2050. Dân số ngày càng tăng khiến tốc độ khai thác tài nguyên thiên nhiên cũng tăng lên, tạo ra một lượng lớn chất thải và cùng với đó, là vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu. Do đó, phát triển kinh tế bền vững đã trở thành mối quan tâm và nhiều thách thức với các nước. Trên thế giới, nông nghiệp là ngành tạo ra nhiều việc làm nhất, nên cũng là một trong những ngành kinh tế lớn nhất và quan trọng nhất ở nhiều quốc gia. Do vậy, quá trình chuyển đổi sang nông nghiệp bền vững trở thành ưu tiên hàng đầu của nhiều nước, với việc áp dụng các phương pháp và hệ thống công nghệ tiên tiến để tái tạo nguồn phế, phụ phẩm phát sinh trong quá trình thu hoạch và chế biến sản phẩm nông nghiệp.
Phế, phụ phẩm nông nghiệp là những phần còn lại từ quá trình nuôi trồng và chế biến các sản phẩm nông nghiệp thô. Mặc dù hầu hết phế, phụ phẩm nông nghiệp có nguồn gốc từ tự nhiên và không độc hại đối với môi trường, nhưng khi tích tụ với số lượng lớn, chúng có thể gây ra các tác động không mong muốn cho con người, động vật và thậm chí cả thực vật. Phế, phụ phẩm nông nghiệp có thể phân chia thành bốn loại chính: (1) Phụ phẩm cây trồng, (2) Chất thải chăn nuôi, (3) Chất thải nông-công nghiệp và (4) Chất thải nuôi trồng thủy sản. Phụ phẩm cây trồng và chất thải nông-công nghiệp là những loại chất thải được tạo ra với số lượng lớn hàng ngày. Tuy nhiên, việc thiếu các biện pháp quản lý phù hợp đối với những chất thải này đã trở thành một thách thức lớn cho việc tái sử dụng chúng.
Phân loại phế phụ phẩm nông nghiệp (Nguồn: “Insights into Agricultural-Waste-Based Nano-Activated Carbon Fabrication and Modifications for Wastewater Treatment Application” (Muhammad et al., 2022))
Việc sử dụng và khai thác phế, phụ phẩm nông nghiệp không chỉ giúp giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch, giảm phát thải khí nhà kính mà còn góp phần phát triển thị trường xanh và việc làm mới, bằng cách thúc đẩy chuyển đổi chất thải thực vật thành các sản phẩm giá trị gia tăng, chẳng hạn như thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, chế phẩm sinh học và năng lượng sinh học. Một nghiên cứu đánh giá tổng quan về xu hướng khai thác phế phụ phẩm nông nghiệp trên cơ sở dữ liệu Scopus từ năm 1931-2018: “Agricultural waste: Review of the evolution, approaches and perspectives on alternative uses” của tác giả Duque-Acevedo và các cộng sự được công bố năm 2020 cho biết, mặc dù nghiên cứu về phế, phụ phẩm nông nghiệp đã được thực hiện trên toàn thế giới trong hơn 60 năm, nhưng sự quan tâm đối với vấn đề này mới bắt đầu tăng mạnh từ năm 1998, đặc biệt số bài báo xuất bản trong giai đoạn 2009-2018 chiếm hơn 60% tổng số nghiên cứu từ năm 1931-2018. Trong đó, Hoa Kỳ, Ấn Độ và Trung Quốc là những quốc gia có số lượng nghiên cứu lớn nhất, chủ yếu là sử dụng và khai thác phụ phẩm nông nghiệp có nguồn gốc từ lúa mì và bắp.
Tỷ lệ công bố khoa học liên quan khai thác phế phụ phẩm nông nghiệp trên toàn thế giới từ 1931-2018 (Nguồn: “Agricultural waste: Review of the evolution, approaches and perspectives on alternative uses” (Duque-Acevedo et al., 2020))
Theo nghiên cứu này, do ảnh hưởng của các chính sách môi trường và năng lượng toàn cầu mới được phát triển trong thập kỷ vừa qua, cùng với khung pháp lý quốc tế về phát triển bền vững đã và đang làm thay đổi vai trò của nông nghiệp. Các kỹ thuật mới hơn và tốt hơn để thu hồi chất thải nông nghiệp đã được phát triển, dựa trên đổi mới công nghiệp và công nghệ cao, góp phần đảm bảo hiệu quả sử dụng tài nguyên, sản xuất và tiêu dùng bền vững, giảm tác động tiêu cực đến môi trường.
Tại Việt Nam, theo số liệu của Tổng cục Thống kê, tổng khối lượng phụ phẩm năm 2020 của cả nước là trên 156,8 triệu tấn, bao gồm: 88,9 triệu tấn phụ phẩm sau thu hoạch từ cây trồng, từ quá trình chế biến nông sản của ngành trồng trọt (chiếm 56,7%); 61,4 triệu tấn phân gia súc, gia cầm từ ngành chăn nuôi (chiếm 39,1%); 5,5 triệu tấn từ ngành lâm nghiệp (chiếm 3,5%) và khoảng gần 1 triệu tấn từ ngành thủy sản (10,6%). Trong đó, riêng khu vực Đông Nam Bộ và Đồng bằng Sông Cửu Long, phụ phẩm nông nghiệp chủ yếu từ ngành trồng trọt và chăn nuôi trong năm 2020 lần lượt là hơn 13,9 triệu tấn và 39,4 triệu tấn.
Nhiều loại phế, phụ phẩm nông nghiệp đã được tái sử dụng, ví dụ như: chất thải chăn nuôi được quản lý bằng cách ủ phân compost, xử lý bằng chế phẩm vi sinh vật, công trình khí sinh học,...; các loại bột xương, bột gia cầm, bột lông vũ, mỡ động vật được tận dụng để sản xuất thức ăn chăn nuôi,...; khoảng 90% phụ phẩm chế biến thủy sản được chế biến thành các sản phẩm có giá trị phục vụ cho sản xuất thức ăn, các sản phẩm có giá trị kinh tế cao như collagen và một số thực phẩm ăn liền,...; phụ phẩm trồng trọt được dùng sản xuất viên nén, cồn công nghiệp, phát điện sinh khối, làm đệm lót sinh học chăn nuôi, phân hữu cơ,...
Mặc dù nhiều đơn vị đã áp dụng các mô hình theo nguyên lý kinh tế tuần hoàn gắn với tăng trưởng xanh, sử dụng phụ phẩm trong nông, lâm, thủy sản là nguồn tài nguyên tái tạo, nhưng nhìn chung vẫn còn chưa đồng bộ, rải rác ở một số HTX và doanh nghiệp. Lượng phế, phụ phẩm nông nghiệp thải ra môi trường vẫn còn cao, chưa nhiều đơn vị chú trọng đầu tư công nghệ để tạo ra các sản phẩm giá trị gia tăng cao và xây dựng được thương hiệu có uy tín trên thị trường toàn cầu. Trong bối cảnh này, các nhà khoa học đã triển khai nhiều công trình nghiên cứu, tạo ra các giải pháp công nghệ biến phế, phụ phẩm nông nghiệp trở thành mặt hàng có giá trị, mở ra tiềm năng lớn để chuyển giao ứng dụng vào thực tế sản xuất tại các trang trại, HTX và doanh nghiệp.
Sản xuất phân bón sinh học từ vỏ trứng và vỏ đầu tôm
Để tái sử dụng phế liệu vỏ đầu tôm và vỏ trứng, tạo ra phân bón lá phục vụ ngành trồng trọt, các nhà khoa học tại Trung tâm Nghiên cứu Đất, Phân bón và Môi trường phía Nam (Viện Thổ nhưỡng Nông hóa) đã tiến hành “Nghiên cứu quy trình chiết xuất canxi từ vỏ trứng; oligochitosan, axit amin từ vỏ đầu tôm, phối chế làm phân bón lá sinh học” từ tháng 11/2020. Kết quả nghiên cứu này vừa được Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm thu vào tháng 6/2023.
Tận dụng phế phụ phẩm vỏ đầu tôm và vỏ trứng để sản xuất phân bón sinh học (Nguồn: internet)
Như đã biết, vỏ đầu tôm chứa khoảng 30-40% protein, 30-50% khoáng, 13-42% chitin (tỷ lệ % tùy theo loại tôm và chu kỳ sinh sản). Vỏ trứng chứa 93,5% CaCO3, 4,09% protein, 1,2% nước cùng nhiều khoáng chất như MgO, P, Si, Na, K, Fe, Al. Nhóm nghiên cứu đã xây dựng quy trình chiết xuất Ca2+ từ vỏ trứng và quy trình chiết xuất chitosan, thu hồi axit amin từ vỏ đầu tôm, thông qua gia nhiệt cùng với xúc tác enzym sinh học và thực hiện điều chế Oligochitosan. Từ đó, phối chế dịch chiết xuất canxi từ vỏ trứng với Oligochitosan và axit amin từ vỏ đầu tôm, tạo ra 2 chế phẩm phân bón lá sinh học Ca-Oligochitosan-Amin-TE có chất lượng cao chuyên dùng cho cây rau và hoa kiểng.
Kết quả thử nghiệm bổ sung phân bón lá sinh học Ca-Oligochitosan-Amin-TE cho rau cải thìa canh tác trên vùng đất xám tại huyện Củ Chi cho thấy, sản phẩm không chỉ có tác động tích cực đến quá trình sinh trưởng, phát triển của cây, tăng sức đề kháng, nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng, mà còn giúp giảm sự gây hại của bệnh thối nhũn và nâng cao chất lượng cảm quan cho rau cải thìa.
Sản xuất synbiotic bổ sung thức ăn nuôi tôm thẻ chân trắng từ khô đậu nành
Synbiotic là dạng kết hợp của probiotic (men vi sinh) và prebiotic (chất xơ), được xem là thực phẩm bổ sung lý tưởng cho động vật thủy sinh. Tuy nhiên, nguồn cung synbiotic đang bị phụ thuộc vào nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành cao và gặp một số hạn chế chưa phù hợp với điều kiện thủy sinh, thổ nhưỡng tại Việt Nam. Do đó, để hoàn thiện quy trình sản xuất chế phẩm sinh học dưới dạng synbiotic bổ sung vào thức ăn nuôi tôm thẻ chân trắng công nghiệp, các nhà khoa học tại Viện Công nghệ sinh học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã thực hiện đề tài KH&CN “Hoàn thiện chế phẩm sinh học dưới dạng synbiotic bổ sung vào thức ăn nuôi tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) công nghiệp”. Kết quả nghiên cứu được Sở Khoa học và Công nghệ nghiệm thu vào tháng 7/2023.
Theo nghiên cứu, nguyên liệu khô đậu nành được sử dụng để làm thành phần chất xơ prebiotic trong chế phẩm. Khô đậu nành chứa nhiều chất dinh dưỡng (48% protein thô, chất béo 1-2%, chất xơ 4,5-6%) nên khi được lên men trực tiếp với nhóm vi sinh vật có lợi có thể tận dụng được toàn bộ giá trị dinh dưỡng làm nguồn thức ăn bổ dưỡng cho vật nuôi thủy sản. Một số chất ức chế dinh dưỡng như ức chế tripsin chứa trong khô dầu đậu nành cũng sẽ được chuyển hóa thành các axit béo mạch ngắn trong quá trình lên men. Bên cạnh đó, các nhà khoa học cũng sử dụng các chủng probiotic có khả năng sinh các enzyme tiêu hóa như amylase, cellulase, protease,… - đều là những chủng tạo màng sinh học rất tốt, có thể tồn tại lâu dài trên thành ruột của tôm, có khả năng kháng lại vi khuẩn gây bệnh đường ruột Vibrio parahaemolyticus.
Chế phẩm synbiotic nuôi tôm được sản xuất từ nguyên liệu khô đậu nành (Nguồn: Kết quả nghiên cứu)
Chế phẩm synbiotic sau khi sản xuất được thử nghiệm tại Hợp tác xã Thuận Yến (huyện Cần Giờ), với 2 vụ nuôi tôm thẻ chân trắng (thời gian mỗi vụ khoảng 90-100 ngày, diện tích ao nuôi thử nghiệm là 1.000 m2, mật độ nuôi 200 con/m2). Kết quả thử nghiệm cho thấy việc bổ sung chế phẩm synbiotic giúp tỷ lệ sống của tôm đạt trên 85% (cao hơn so với ao đối chứng - dưới 80%); sản lượng tôm thu hoạch tăng khoảng 1,34-1,37 lần; ước tính doanh thu tăng 8,5%.
Kết quả thử nghiệm sản phẩm, cùng với giải pháp sản xuất synbiotic không sử dụng các bài toán công nghệ phức tạp và chi phí đầu tư không cao, là cơ sở để triển khai mở rộng thương mại hóa sản phẩm, ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản. Qua đó, giá thành sản phẩm có thể ở mức phù hợp hơn, đáp ứng cả yêu cầu sử dụng trong nước và xuất khẩu.
Thủy phân phế phẩm da bò làm thức ăn chăn nuôi và phân bón sinh học
Trong ngành công nghiệp thuộc da, lượng phế phẩm da thuộc dư thừa sau quá trình sản xuất ngày càng tăng. Đây là loại vật liệu khó phân hủy và chứa chrome sulfate gây độc hại cho môi trường và sức khỏe con người, nhưng chưa có phương án xử lý hiệu quả. Các chuyên gia tại Công ty TNHH Giải pháp Công nghệ Sau thu hoạch đã nghiên cứu thử nghiệm và xây dựng thành công quy trình công nghệ giúp giải quyết nguồn phế phẩm da bò và tạo ra nguồn thức ăn nguyên liệu trực tiếp để nuôi ruồi lính đen, cũng như bổ sung nguồn đạm dinh dưỡng vào thức ăn chăn nuôi thủy hải sản. Công nghệ này vừa được giới thiệu tại buổi Hội thảo chuyên đề “Công nghệ thủy phân phế phẩm da thuộc làm thức ăn cho ruồi lính đen, chăn nuôi thủy hải sản và phân bón sinh học” do Sàn Giao dịch Công nghệ TP.HCM tổ chức tháng 6/2023 vừa qua.
Sản phẩm thực tế từ nghiên cứu công nghệ thủy phân phế phẩm da bò (Nguồn: Tài liệu hội thảo)
Để loại bỏ chrome trong phế phẩm da bò có khả năng gây hại cho sức khỏe con người và động vật, nhóm nghiên cứu đã tiến hành cắt nhỏ da, rửa sạch. Sau đó ngâm trong dung dịch hóa chất kết hợp với xử lý siêu âm và nhiệt độ để tạo ra chrome ở trạng thái tự do. Kế tiếp, da bò được vắt khô và ngâm vào dung dịch hóa chất và khuấy để chrome hòa tan hoàn toàn vào trong dung dịch. Da bò sau công đoạn này được đem rửa sạch, đã gần như nguyên chất không còn chrome, tiếp tục được ngâm vào dung dịch có gia nhiệt, khuấy trộn để gelatin hóa da bò, giúp da trương nở và mềm. Sản phẩm cuối cùng được đem lọc, rửa sạch rồi trộn với hệ vi sinh và đem ủ để chuyển hóa các hợp chất hữu cơ thành các đơn chất và tạo mùi thơm, giúp cho gia súc hoặc ấu trùng ruồi lính đen dễ dàng chuyển hóa hoàn toàn thức ăn này.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm sản phẩm trên một số lượng nhỏ ruồi lính đen, thủy hải sản, cây trồng, cho các kết quả tích cực. Đây là tiền đề để triển khai rộng công nghệ này vào thực tiễn với quy mô lớn. Để đảm bảo chất lượng sản phẩm về lâu dài, các chuyên gia đề xuất nghiên cứu sâu hơn để đánh giá thành phần dinh dưỡng trong da thuộc, xác định rõ liều lượng và công thức để phù hợp với các mô hình chăm sóc ruồi lính đen, thủy hải sản và cây trồng.
***
Sự gia tăng các nghiên cứu liên quan đến nông nghiệp bền vững là một chỉ báo tốt, cho thấy hành động thiết thực của nhân loại ứng phó trước ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu. Ý tưởng tái sử dụng phế, phụ phẩm nông nghiệp tạo ra sản phẩm giá trị cho nhân loại không chỉ nhận được sự quan tâm từ các nhà khoa học, chuyên gia, mà còn là đề tài khá thu hút cộng đồng. Ví dụ như, tại cuộc thi khởi nghiệp đổi mới sáng tạo Bách khoa Innovation 2023 mới đây, nhóm sinh viên Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã giành giải nhất với sản phẩm Màng bọc thực phẩm từ nguồn nguyên liệu phế phẩm thủy sản và lá ổi. Qua hiệu quả từ các kết quả nghiên cứu thử nghiệm, việc áp dụng các giải pháp công nghệ xử lý phế, phụ phẩm nông nghiệp sẽ giúp tạo thêm nhiều sản phẩm mới có giá trị kinh tế cao, góp phần tăng thêm chuỗi giá trị cho ngành nông nghiệp và góp phần xây dựng nền kinh tế tuần hoàn, bảo vệ môi trường sống cho con người.
Duy Sang
--------------------------------------------------------------------------------
Tài liệu tham khảo chính
[1] Anh Thư. Thủy phân phế phẩm da bò làm thức ăn chăn nuôi và phân bón sinh học. https://khoahocphattrien.vn/khoa-hoc/thuy-phan-phe-pham-da-bo-lam-thuc-an-chan-nuoi-va-phan-bon-sinh-hoc/20230706081442504p1c160.htm
[2] Đỗ Hương. (Phụ phẩm nông nghiệp: Nguồn tài nguyên đang bị lãng phí. https://baochinhphu.vn/phu-pham-nong-nghiep-nguon-tai-nguyen-dang-bi-lang-phi-102300165.htm
[3] Duque-Acevedo, M. et al. Agricultural waste: Review of the evolution, approaches and perspectives on alternative uses. Global Ecology and Conservation.
[4] Muhammad, S. et al. Insights into Agricultural-Waste-Based Nano-Activated Carbon Fabrication and Modifications for Wastewater Treatment Application. Agriculture.
[5] Nguyễn Kiểm. Phế, phụ phẩm nông nghiệp là nguồn tài nguyên tái tạo. https://www.qdnd.vn/kinh-te/cac-van-de/phe-phu-pham-nong-nghiep-la-nguon-tai-nguyen-tai-tao-709417
[6] Sở KH&CN TP.HCM. Sản xuất chế phẩm synbiotic nuôi tôm thẻ chân trắng từ phụ phẩm khô đậu nành. https://dost.hochiminhcity.gov.vn/hoat-dong-so-khcn/san-xuat-che-pham-synbiotic-nuoi-tom-the-chan-trang-tu-phu-pham-kho-dau-nanh/
[7] Vân Anh. Phân bón lá sinh học từ vỏ trứng và vỏ tôm. https://thuysanvietnam.com.vn/phan-bon-la-sinh-hoc-tu-vo-trung-va-vo-tom/