Bên cạnh việc ứng dụng khoa học công nghệ vào chế biến sâu lúa gạo, giúp nâng cao giá trị, đa dạng hóa sản phẩm, góp phần xây dựng thương hiệu gạo Việt, việc chế biến sâu các phụ phẩm giàu tiềm năng trong chuỗi sản xuất lúa gạo như rơm rạ, vỏ trấu và cám gạo sẽ góp phần sử dụng hiệu quả tài nguyên, giảm thiểu tác động môi trường và thúc đẩy phát triển nông nghiệp theo hướng tuần hoàn, bền vững.

Rơm rạ

Là phụ phẩm lớn nhất trong chuỗi sản xuất lúa gạo, với hàm lượng chất hữu cơ, cellulose và khoáng vi lượng dồi dào, rơm rạ không chỉ đóng vai trò quan trọng trong nông nghiệp mà còn là nguyên liệu tiềm năng cho các ngành công nghiệp sinh học, năng lượng tái tạo và vật liệu xanh. Theo Cục Trồng trọt, mỗi năm Việt Nam phát sinh gần 45 triệu tấn rơm rạ, nhưng mới chỉ khoảng 25% được tận dụng, phần còn lại phần lớn bị đốt bỏ, gây lãng phí và phát thải khí nhà kính, ô nhiễm môi trường. Trước thực trạng này, nhiều nghiên cứu về giải pháp công nghệ đã được đề xuất, mở ra nhiều hướng tận dụng rơm rạ hiệu quả hơn:

• Sản xuất nhiên liệu: hướng tới thị trường nhiên liệu sinh khối thân thiện môi trường, TS. Đỗ Xuân Trường và cộng sự (Công ty Cổ phần Khoa học Công nghệ Phú Lâm) đã tiến hành “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất viên nén rơm rạ thân thiện với môi trường”; thiết kế và chế tạo thành công dây chuyền sản xuất viên nén với công suất 500 kg/ngày. Nhờ tối ưu phối trộn nguyên liệu và phụ gia, viên nén rơm rạ được tăng độ bền cơ học, giảm bụi và khói khi đốt.
• Sản xuất phân bón: PGS.TS. Trần Minh Tiến và cộng sự (Viện Thổ Nhưỡng Nông hóa) đã tiến hành “Nghiên cứu sản xuất phân bón đa lượng chậm tan có kiểm soát trên nền vật liệu silica-lignocellulose phân tách từ rơm rạ” từ năm 2019. Đến năm 2023, nhóm đã phát triển thành công quy trình tách silica-lignocellulose từ rơm rạ và cố định các nguyên tố đa lượng N, P, K trên nền vật liệu này để tạo phân bón chậm tan có kiểm soát (CRF), giúp giảm rửa trôi và tăng hiệu quả sử dụng phân bón. Bên cạnh đó, nhóm còn xây dựng được tiêu chuẩn cơ sở cho các sản phẩm phân bón CRF.
• Chế tạo vật liệu và sản phẩm thay thế nhựa: đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy chế biến rơm rạ thành nguyên liệu làm đồ gia dụng thân thiện với môi trường thay thế sản phẩm nhựa khó phân hủy” do TS. Nguyễn Viết Cường và cộng sự (Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Bộ) thực hiện, nghiệm thu vào năm 2024, đã chế tạo thành công hệ thống máy nghiền và trộn bột rơm rạ với phụ gia, tạo nguyên liệu sản xuất đồ gia dụng thân thiện môi trường, góp phần giảm thiểu rác thải nhựa.
• Sản xuất hóa chất nền cho công nghiệp chất dẻo, dược phẩm: năm 2018, PGS.TS. Nguyễn Đình Thành và cộng sự (Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng) đã công bố kết quả “Nghiên cứu quy trình chế tạo glucose và HMF (5-Hydroxymethylfurfural) từ biomass (rơm mạ) bằng các xúc tác khác nhau”. Các nhà khoa học đã phát triển thành công quy trình tổng hợp glucose từ rơm rạ bằng kỹ thuật kết hợp lý - hóa - cơ - xúc tác, không qua lên men vi sinh. Từ nguồn glucose thu được, nhóm tiếp tục chuyển hóa thành 5-HMF, hóa chất nền quan trọng cho công nghiệp dược phẩm và chất dẻo. Quy trình này có thể áp dụng trong điều kiện Việt Nam, tạo ra sản phẩm giá trị kinh tế cao, đồng thời góp phần thúc đẩy nông nghiệp bền vững và bảo vệ môi trường.
• Cải tạo đất và giảm phát thải: đề tài “Ứng dụng bức xạ gamma gây đột biến Trichoderma để tạo chế phẩm phân giải nhanh rơm rạ trên đồng ruộng” do ThS. Trần Băng Diệp và cộng sự (Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội) thực hiện, được nghiệm thu năm 2021. Nhóm nghiên cứu đã tạo được chủng Trichoderma đột biến có khả năng sinh tổng hợp cellulase cao. Chế phẩm từ chủng này khi áp dụng trên đồng ruộng giúp rút ngắn thời gian phân hủy rơm rạ, tăng hàm lượng mùn và dinh dưỡng đất, hỗ trợ cải tạo đất canh tác.

Vỏ trấu

Là lớp ngoài cùng của hạt thóc, chiếm khoảng 20-22% trọng lượng hạt; với tổng sản lượng lúa gạo hàng năm của Việt Nam vào khoảng 43-44 triệu tấn, ước tính mỗi năm cả nước tạo ra khoảng 8-9 triệu tấn vỏ trấu, đây là nguồn nguyên liệu dồi dào nhưng vẫn chưa được khai thác hiệu quả. Nhiều đề tài nghiên cứu đã được triển khai nhằm biến trấu thành các sản phẩm có giá trị, một số nghiên cứu tiêu biểu có thể kể đến như:

• Sản xuất vật liệu điện cực cho pin Li-ion: năm 2023, PGS.TS. Lê Mỹ Loan Phụng và cộng sự (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG TP.HCM) đã công bố kết quả đề tài “Ứng dụng quy trình tổng hợp vật liệu điện cực từ vỏ trấu để sản xuất thử nghiệm pin sạc li-ion 4V dạng cúc áo (coin cell) và dạng túi (pouch cell)”. Các nhà nghiên cứu đã xây dựng quy trình thu gom, làm sạch và xử lý vỏ trấu thành bột composite carbon-silica (C/SiO₂) và ứng dụng để chế tạo thành công pin sạc dạng cúc áo và pin sạc dạng túi. So với graphite, vật liệu điện cực phổ biến hiện nay được khai thác từ quặng mỏ gây nguy cơ ô nhiễm môi trường và có giá khoảng 100 USD/100g. Sản phẩm silica sản xuất từ vỏ trấu có ưu thế vượt trội về giá thành, hiệu suất và tính thân thiện môi trường.
• Sản xuất gốm sứ: năm 2019, KS. Nguyễn Thị Tỵ và cộng sự (Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp) đã thực hiện thành công đề tài “Nghiên cứu ứng dụng silica siêu mịn từ tro trấu để giảm nhiệt độ nung trong sản xuất sứ dân dụng cao cấp”, tận dụng được tro trấu để sản xuất silica siêu mịn có độ trắng 91,5% và diện tích bề mặt 47,7 m²/g - cao gấp 33 lần so với quartz thông thường. Khi bổ sung 2% silica này vào phối liệu, nhiệt độ nung giảm trung bình 10°C, giúp tiết kiệm năng lượng mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm. Thử nghiệm ở quy mô sản xuất cho thấy mức tiêu hao nhiên liệu giảm từ 0,52 kg gas/kg sản phẩm xuống còn 0,51 kg, mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt. Giải pháp không chỉ giảm chi phí và tiêu thụ năng lượng, mà còn góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao giá trị sử dụng của phụ phẩm nông nghiệp.
• Chế tạo vật liệu lọc và hấp phụ: đề tài “Nghiên cứu chế tạo hệ vật liệu tổ hợp trên cơ sở các hạt nano oxit từ tính với than sinh học có nguồn gốc từ phế phẩm nông nghiệp nhằm ứng dụng xử lý cation gây độc hại trong môi trường nước” do TS. Chu Thị Thu Hiền và cộng sự (Trường Đại học Xây dựng Hà Nội) thực hiện, công bố năm 2023, đã chế tạo thành công than sinh học từ vỏ trấu và thân ngô, sau đó tổng hợp vật liệu hấp phụ tổ hợp từ tính Fe₃O₄/than sinh học. Một phần vật liệu từ vỏ trấu được biến tính bằng dung dịch natri alginat để nâng cao khả năng xử lý. Nghiên cứu đã xác định được điều kiện tối ưu để loại bỏ hiệu quả các ion kim loại độc hại như Cd²⁺, Pb²⁺, Cr⁶⁺ trong nước, đồng thời đề xuất giải pháp giải hấp và tái sử dụng vật liệu khi bị thụ động. Kết quả thử nghiệm trên mẫu nước thải cho thấy hiệu suất xử lý cao, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý ô nhiễm kim loại nặng từ phụ phẩm nông nghiệp.

Cám gạo

Là lớp vỏ mỏng bao quanh hạt gạo, chiếm 8-10% trọng lượng hạt, giàu protein (12–15%), lipid (15-20%), vitamin nhóm B, khoáng chất và các hợp chất chống oxy hóa như γ-oryzanol, tocopherol, tocotrienol, cám gạo là nguyên liệu tiềm năng cho thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm và thức ăn chăn nuôi.

• Sản phẩm chăm sóc sức khỏe: năm 2019, PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Anh (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội) đã công bố kết quả đề tài “Sản xuất thực phẩm chức năng có arabinoxylan từ cám gạo”. Các nhà khoa học đã hoàn thiện công nghệ sản xuất arabinoxylan (AX) từ cám gạo ở quy mô 100-120 kg nguyên liệu/mẻ, với hiệu suất thu hồi cao và tạo ra ba sản phẩm thực phẩm chức năng có tác dụng tăng cường miễn dịch tương đương sản phẩm nhập khẩu. Các sản phẩm này đã được Cục An toàn thực phẩm (Bộ Y tế) cấp giấy tiếp nhận đăng ký, sản xuất thử nghiệm ở quy mô pilot đạt trên 5 tấn, góp phần tận dụng hiệu quả phụ phẩm cám gạo, giảm phụ thuộc nhập khẩu và mở ra hướng phát triển sản phẩm chăm sóc sức khỏe từ nguồn nguyên liệu trong nước.
• Sản xuất thực phẩm: cám gạo tách lipid (DRB) được tận dụng làm nguồn chất xơ bổ sung cho bánh quy và trích ly protein từ DRB bằng dung môi nước để thu chế phẩm protein đậm đặc (DRBPC) chứa albumin và globulin là kết quả đề tài “Nghiên cứu sản xuất sản phẩm có giá trị gia tăng từ cám gạo đã tách lipid” do GS.TS. Lê Văn Việt Mẫn (Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh) thực hiện, công bố năm 2017. Các sản phẩm thu được có tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, góp phần nâng cao giá trị sử dụng phụ phẩm nông nghiệp và phát triển kinh tế tuần hoàn.
• Sử dụng trong ngành điện: TS. Nguyễn Văn Dũng (Trường Đại học Cần Thơ) đã công bố kết quả (năm 2021) đánh giá các thông số điện, vật lý và hóa học của dầu đậu phộng, dầu bắp và dầu cám gạo trong quá trình thực hiện đề tài “Nghiên cứu khả năng ứng dụng dầu sinh học làm dầu cách điện cho máy biến áp phân phối”. Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi bổ sung chất chống oxy hóa, các loại dầu này cho thấy độ ổn định và khả năng chống lão hóa tương đương dầu khoáng. Thử nghiệm cũng cho thấy điện áp đánh thủng của giấy Kraft và bìa cách điện tẩm dầu sinh học tương đương với khi dùng dầu khoáng, cho thấy triển vọng sử dụng dầu sinh học kết hợp với giấy/bìa cách điện để thay thế hệ thống giấy/dầu khoáng trong các máy biến áp phân phối.

***

Những nghiên cứu và ứng dụng công nghệ trong chế biến sâu phụ phẩm lúa gạo cho thấy tiềm năng to lớn của các “chất thải” này trong việc tạo ra các sản phẩm giá trị cao, từ vật liệu mới, năng lượng sạch đến thực phẩm chức năng,… Việc khai thác hiệu quả các phụ phẩm lúa gạo không chỉ góp phần nâng cao thu nhập cho nông dân, giảm phát thải và bảo vệ môi trường, mà còn thúc đẩy phát triển nông nghiệp tuần hoàn và bền vững.

Kim Nhung

----------------------------------------

Tài liệu tham khảo chính

[1] CSDL quốc gia về KH&CN. https://sti.vista.gov.vn/
[2] Thư viện Trung tâm Thông tin, Thống kê và Ứng dụng tiến bộ khoa học công nghệ TP.HCM. https://thongtin.cesti.gov.vn/
[3] Cục Trồng trọt. (2023). Sổ tay hướng dẫn quản lý rơm rạ theo hướng nông nghiệp tuần hoàn và phát thải thấp ở Đồng bằng Sông Cửu Long. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.