Với sự nâng cao liên tục của nhận thức toàn cầu về bảo vệ môi trường và nhu cầu phát triển bền vững ngày càng cấp thiết, các vật liệu truyền thống phải đối mặt với nhiều thách thức và các vật liệu thân thiện với môi trường lúa mì đã nổi lên như một vật liệu dựa trên sinh học mới nổi. Bài viết này trình bày chi tiết về đặc điểm, tình trạng nghiên cứu phát triển và sản xuất của vật liệu thân thiện với môi trường lúa mì, phân tích sâu sắc triển vọng ứng dụng của nó trong bao bì, dệt may, xây dựng, nông nghiệp và các lĩnh vực khác, đồng thời khám phá những cơ hội và thách thức phải đối mặt, hướng tới xu hướng phát triển trong tương lai , nhằm mục đích cung cấp tài liệu tham khảo toàn diện cho các nhà thực hành, nhà nghiên cứu và nhà hoạch định chính sách trong ngành có liên quan, đồng thời giúp thúc đẩy ứng dụng rộng rãi và nâng cấp công nghiệp các vật liệu thân thiện với môi trường lúa mì.
1. Giới thiệu
Trong thời đại ngày nay, vấn đề môi trường đã trở thành một trong những yếu tố then chốt hạn chế sự phát triển của xã hội loài người. Các vật liệu truyền thống như nhựa, sợi hóa học đã gây ra hàng loạt vấn đề nghiêm trọng như thiếu hụt tài nguyên, tiêu thụ năng lượng cao, ô nhiễm trắng trong quá trình sản xuất, sử dụng và xử lý chất thải. Trong bối cảnh đó, việc tìm kiếm các vật liệu thay thế có thể tái tạo, phân hủy và thân thiện với môi trường là điều cấp thiết. Là cây lương thực quan trọng được trồng rộng rãi trên thế giới, các sản phẩm phụ của lúa mì trong quá trình chế biến như rơm lúa mì và cám lúa mì được cho là có tiềm năng phát triển nguyên liệu rất lớn. Các vật liệu lúa mì thân thiện với môi trường được chuyển đổi bằng công nghệ tiên tiến đang dần xuất hiện và dự kiến ​​sẽ định hình lại nhiều mô hình công nghiệp.
2. Tổng quan vềlúa mì vật liệu thân thiện với môi trường
Nguồn và thành phần nguyên liệu
Nguyên liệu lúa mì thân thiện với môi trường chủ yếu có nguồn gốc từrơm lúa mìvà cám. Rơm lúa mì rất giàu cellulose, hemicellulose và lignin, và những polyme tự nhiên này cung cấp hỗ trợ cấu trúc cơ bản cho vật liệu. Cellulose có đặc tính cường độ cao và độ kết tinh cao, mang lại độ dẻo dai cho vật liệu; hemicellulose tương đối dễ phân hủy và có thể cải thiện hiệu suất xử lý; lignin tăng cường độ cứng và khả năng chống nước của vật liệu. Cám lúa mì rất giàu chất xơ, protein và một lượng nhỏ chất béo, khoáng chất, v.v., có thể bổ sung sự thiếu hụt của các thành phần rơm rạ và tối ưu hóa hiệu suất vật liệu, như cải thiện tính linh hoạt và tính chất bề mặt, phù hợp hơn với công nghệ chế biến đa dạng .
Quá trình chuẩn bị
Hiện nay, quy trình chế biến lúa mì nguyên liệu thân thiện với môi trường bao gồm các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học. Các phương pháp vật lý như nghiền cơ học và ép nóng, nghiền rơm rồi tạo hình dưới nhiệt độ cao và áp suất cao, vận hành đơn giản và chi phí thấp. Chúng thường được sử dụng để chuẩn bị các sản phẩm chính như bộ đồ ăn và đĩa dùng một lần; phương pháp hóa học bao gồm các phản ứng este hóa và ete hóa, sử dụng thuốc thử hóa học để thay đổi cấu trúc phân tử của nguyên liệu thô nhằm cải thiện độ bám dính và khả năng chống nước của vật liệu nhằm đáp ứng các yêu cầu cao hơn cho các ứng dụng đóng gói và dệt may, nhưng có nguy cơ tồn dư thuốc thử hóa học; phương pháp sinh học sử dụng vi sinh vật hoặc enzyme để phân hủy và biến đổi nguyên liệu thô. Quá trình này xanh và nhẹ nhàng, có thể chuẩn bị được các vật liệu tốt có giá trị gia tăng cao. Tuy nhiên, chu trình lên men dài và chi phí chế biến enzyme cao đã hạn chế các ứng dụng quy mô lớn và hầu hết chúng đều đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển trong phòng thí nghiệm.
3. Ưu điểm của lúa mì nguyên liệu thân thiện với môi trường
Thân thiện với môi trường
Từ góc độ đánh giá vòng đời, vật liệu thân thiện với môi trường lúa mì đã cho thấy những ưu điểm của chúng. Quá trình tăng trưởng nguyên liệu thô của nó hấp thụ carbon dioxide và giải phóng oxy, giúp giảm bớt hiệu ứng nhà kính; quá trình sản xuất tiêu thụ năng lượng thấp, giúp giảm đáng kể sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch so với tổng hợp nhựa từ dầu mỏ; Việc xử lý chất thải sau khi sử dụng rất đơn giản và có thể phân hủy sinh học nhanh chóng trong môi trường tự nhiên, thường phân hủy thành nước vô hại, carbon dioxide và mùn trong vài tháng đến vài năm, giải quyết hiệu quả các vấn đề môi trường như ô nhiễm đất và tắc nghẽn nước do nhựa truyền thống “trăm năm không bị ăn mòn”.
Khả năng tái tạo tài nguyên
Là cây trồng hàng năm, lúa mì được trồng rộng rãi và có sản lượng toàn cầu khổng lồ hàng năm, có thể cung cấp đủ nguyên liệu thô liên tục và ổn định cho việc chuẩn bị nguyên liệu. Không giống như các nguồn tài nguyên không tái tạo như dầu mỏ và than đá, miễn là sản xuất nông nghiệp được quy hoạch hợp lý, nguyên liệu lúa mì gần như vô tận, đảm bảo chuỗi cung ứng lâu dài của ngành nguyên liệu, giảm thiểu rủi ro công nghiệp do cạn kiệt tài nguyên và phù hợp với khái niệm kinh tế tuần hoàn.
Hiệu suất độc đáo
Vật liệu lúa mì thân thiện với môi trường có đặc tính cách nhiệt và cách âm tốt nhờ cấu trúc sợi xốp bên trong. Không khí lấp đầy nó tạo thành một rào cản tự nhiên, có lợi thế đáng kể trong lĩnh vực xây dựng tấm cách nhiệt; đồng thời, vật liệu có kết cấu nhẹ và mật độ tương đối thấp, giúp giảm trọng lượng của sản phẩm và tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển và sử dụng. Ví dụ, trong lĩnh vực đóng gói hàng không vũ trụ, nó giúp giảm chi phí mà vẫn đảm bảo hiệu quả bảo vệ; Ngoài ra, nó còn có đặc tính kháng khuẩn nhất định. Các thành phần tự nhiên trong rơm lúa mì và cám lúa mì có tác dụng ức chế sự phát triển của một số vi sinh vật, kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm và có triển vọng rộng rãi trong ứng dụng đóng gói thực phẩm.
4. Lĩnh vực ứng dụng lúa mì làm vật liệu thân thiện với môi trường
Ngành bao bì
Trong lĩnh vực bao bì, vật liệu lúa mì thân thiện với môi trường đang dần thay thế bao bì nhựa truyền thống. Về bộ đồ ăn dùng một lần, đĩa, hộp cơm, ống hút,… làm bằng rơm lúa mì có bề ngoài tương tự nhựa nhưng không độc hại, không vị, không thải ra các hóa chất độc hại khi đun nóng, đáp ứng nhu cầu giao đồ ăn. Một số công ty cung cấp dịch vụ ăn uống theo chuỗi lớn đã bắt đầu thử quảng bá chúng; Trong bao bì chuyển phát nhanh, vật liệu đệm, phong bì và thùng carton làm từ nó được sử dụng để lấp đầy lớp lót, có hiệu suất đệm tốt, bảo vệ hàng hóa, đồng thời có khả năng phân hủy, giảm sự tích tụ của rác chuyển phát nhanh. Các nền tảng thương mại điện tử và các công ty chuyển phát nhanh đã thử nghiệm nó và dự kiến ​​​​sẽ định hình lại hệ thống đóng gói hậu cần xanh.
Ngành dệt may
Sợi cellulose được chiết xuất từ ​​​​rơm lúa mì và cám lúa mì, và được xử lý thành một loại vải dệt mới thông qua quy trình kéo sợi đặc biệt. Loại vải này mềm mại, thân thiện với da, thoáng khí và có khả năng hút ẩm tốt hơn cotton nguyên chất. Nó khô và thoải mái khi mặc, có màu sắc và kết cấu tự nhiên. Nó có giá trị thẩm mỹ độc đáo và đã nổi lên trong lĩnh vực thời trang và nội thất gia đình cao cấp. Một số thương hiệu thời trang đã tung ra thị trường quần áo làm từ sợi lúa mì phiên bản giới hạn, thu hút sự chú ý của thị trường và tiếp thêm sức sống cho sự phát triển của thời trang bền vững.
Ngành xây dựng
Là vật liệu cách nhiệt xây dựng, các tấm thân thiện với môi trường bằng lúa mì rất dễ lắp đặt và hiệu quả cách nhiệt tương đương với các tấm polystyrene truyền thống, nhưng không có nguy cơ cháy và thoát khí độc, cải thiện độ an toàn cháy nổ của các tòa nhà; đồng thời, chúng được sử dụng để trang trí nội thất như tấm trang trí tường và trần nhà, tạo bầu không khí tự nhiên, ấm áp, đồng thời có thể điều chỉnh độ ẩm trong nhà, hút mùi, tạo môi trường sống trong lành. Một số dự án trình diễn công trình sinh thái đã áp dụng chúng với số lượng lớn, dẫn đầu xu hướng vật liệu xây dựng xanh.
Lĩnh vực nông nghiệp
Trong sản xuất nông nghiệp, chậu ươm và lớp phủ lúa mì làm bằng vật liệu thân thiện với môi trường đóng vai trò quan trọng. Chậu cây con có thể bị phân hủy tự nhiên, không cần phải tháo bầu khi cấy cây con, tránh làm tổn thương rễ và nâng cao tỷ lệ sống của cây con khi cấy; Lớp phủ có khả năng phân hủy bao phủ đất nông nghiệp, giữ ẩm và tăng nhiệt độ để thúc đẩy sinh trưởng cây trồng và tự phân hủy sau khi mùa trồng trọt kết thúc mà không ảnh hưởng đến canh tác vụ tiếp theo, giải quyết vấn đề tồn dư lớp phủ nhựa truyền thống gây ô nhiễm đất và cản trở hoạt động nông nghiệp, đồng thời thúc đẩy tính bền vững phát triển nông nghiệp.
V. Những thách thức phải đối mặt khi phát triển lúa mì làm nguyên liệu thân thiện với môi trường
Điểm nghẽn kỹ thuật
Bất chấp những tiến bộ trong nghiên cứu và phát triển, những khó khăn về kỹ thuật vẫn tồn tại. Đầu tiên, tối ưu hóa hiệu suất vật liệu. Về việc cải thiện độ bền và khả năng chống nước để đáp ứng các tình huống sử dụng phức tạp, các công nghệ hiện tại không thể cân bằng giữa chi phí và hiệu suất, điều này hạn chế việc mở rộng các ứng dụng cao cấp. Thứ hai, quy trình sản xuất không ổn định, sự biến động của nguyên liệu thô theo từng đợt khác nhau dẫn đến chất lượng sản phẩm không đồng đều, khó đạt được sản xuất quy mô lớn đạt tiêu chuẩn, ảnh hưởng đến niềm tin đầu tư của doanh nghiệp và xúc tiến thị trường.
Yếu tố chi phí
Hiện nay, giá thành của nguyên liệu lúa mì thân thiện với môi trường cao hơn so với nguyên liệu truyền thống. Trong khâu thu gom nguyên liệu, rơm rạ rải rác, bán kính thu gom lớn, lưu kho khó khăn làm tăng chi phí vận chuyển, lưu kho; trong giai đoạn sản xuất, thiết bị tiên tiến phụ thuộc vào nhập khẩu, chế phẩm enzyme sinh học và thuốc thử biến đổi hóa học đắt tiền, mặc dù mức tiêu thụ năng lượng sản xuất tương đối thấp nhưng vẫn chiếm tỷ trọng lớn trong chi phí; trong giai đoạn đầu xúc tiến thị trường, hiệu ứng quy mô chưa được hình thành và giá thành đơn vị sản phẩm không thể giảm. Bất lợi khi phải cạnh tranh với các loại vật liệu truyền thống có giá thành thấp, gây cản trở cho người tiêu dùng và doanh nghiệp trong việc lựa chọn.
Nhận thức và chấp nhận của thị trường
Người tiêu dùng từ lâu đã quen với các nguyên liệu, sản phẩm truyền thống và hiểu biết hạn chế về nguyên liệu lúa mì thân thiện với môi trường. Họ lo lắng về độ bền và độ an toàn của chúng và ít sẵn lòng mua; Về phía doanh nghiệp, họ bị hạn chế bởi rủi ro về chi phí, kỹ thuật và thận trọng trong việc chuyển đổi sang sử dụng vật liệu mới. Đặc biệt, các doanh nghiệp vừa và nhỏ thiếu vốn và nhân tài R&D, khó theo dõi kịp thời; Ngoài ra, chuỗi công nghiệp hạ nguồn không được trang bị đầy đủ, thiếu cơ sở xử lý và tái chế chuyên nghiệp, điều này ảnh hưởng đến việc tái chế chất thải, từ đó cản trở việc mở rộng thị trường nguyên liệu đầu vào.
VI. Chiến lược ứng phó và cơ hội phát triển
Hợp tác công nghiệp-đại học-nghiên cứu để đột phá công nghệ
Các trường đại học, cơ quan nghiên cứu khoa học và doanh nghiệp cần phối hợp chặt chẽ với nhau. Các trường đại học nên phát huy tối đa lợi thế của mình trong nghiên cứu cơ bản và khám phá các cơ chế biến đổi vật liệu mới và con đường biến đổi sinh học; các tổ chức nghiên cứu khoa học cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình và cùng thực hiện sản xuất thí điểm với doanh nghiệp để khắc phục các vấn đề về ổn định kỹ thuật; các doanh nghiệp nên cung cấp vốn và phản hồi thị trường để đẩy nhanh quá trình công nghiệp hóa các kết quả nghiên cứu khoa học, chẳng hạn như thành lập các trung tâm R&D chung, đồng thời chính phủ nên kết nối và cung cấp hỗ trợ chính sách để thúc đẩy lặp lại và nâng cấp công nghệ.
Chính sách hỗ trợ giảm chi phí
Chính phủ đã đưa ra chính sách trợ cấp để cung cấp trợ cấp vận chuyển cho việc thu gom nguyên liệu thô nhằm giảm chi phí hậu cần; phía sản xuất miễn thuế mua thiết bị, nghiên cứu phát triển công nghệ mới để khuyến khích doanh nghiệp cập nhật công nghệ; Các doanh nghiệp hạ nguồn sử dụng nguyên liệu lúa mì thân thiện với môi trường, chẳng hạn như các công ty đóng gói và xây dựng, được trợ cấp mua sắm xanh để kích thích nhu cầu thị trường và thông qua sự hỗ trợ của toàn bộ chuỗi công nghiệp, giúp giảm chi phí và thu hẹp khoảng cách về giá với các nguyên liệu truyền thống.
Tăng cường tuyên truyền, nâng cao nhận thức
Sử dụng các phương tiện truyền thông, triển lãm và các hoạt động khoa học phổ biến để công khai các ưu điểm và trường hợp ứng dụng của vật liệu thân thiện với môi trường lúa mì thông qua nhiều kênh, trưng bày chứng nhận độ bền và an toàn của sản phẩm, đồng thời loại bỏ những lo ngại của người tiêu dùng; cung cấp đào tạo kỹ thuật và hướng dẫn chuyển đổi cho doanh nghiệp, chia sẻ kinh nghiệm thành công và khơi dậy sự nhiệt tình của doanh nghiệp; thiết lập các tiêu chuẩn ngành và hệ thống nhận dạng sản phẩm, chuẩn hóa thị trường, giúp người tiêu dùng và doanh nghiệp dễ dàng nhận biết và tin tưởng, tạo ra một hệ sinh thái công nghiệp tốt, đồng thời nắm bắt các cơ hội thị trường tiêu dùng xanh và phát triển bền vững.
VII. Triển vọng tương lai
Với sự đổi mới công nghệ liên tục, cải tiến liên tục các chính sách và nâng cao nhận thức về thị trường, các vật liệu thân thiện với môi trường làm từ lúa mì dự kiến ​​sẽ mở ra sự phát triển bùng nổ. Trong tương lai, vật liệu lúa mì composite hiệu suất cao sẽ ra đời, tích hợp ưu điểm của nhiều loại vật liệu tự nhiên hoặc tổng hợp và mở rộng sang các lĩnh vực công nghệ cao như ô tô, điện tử; vật liệu lúa mì thông minh có thể cảm nhận được sẽ xuất hiện, giám sát thời gian thực về môi trường và độ tươi của thực phẩm, trao quyền cho việc đóng gói thông minh và nhà thông minh; các cụm công nghiệp sẽ được hình thành và toàn bộ chuỗi từ trồng nguyên liệu, chế biến nguyên liệu đến tái chế sản phẩm sẽ phát triển đồng bộ, sử dụng tài nguyên hiệu quả và tối đa hóa lợi ích công nghiệp, trở thành lực lượng cốt lõi của ngành công nghiệp vật liệu xanh toàn cầu và đặt nền móng cho ngành công nghiệp vật liệu xanh toàn cầu. nền tảng vật chất vững chắc cho sự thịnh vượng bền vững của xã hội loài người.
VIII. Phần kết luận
Các vật liệu lúa mì thân thiện với môi trường, với những lợi thế vượt trội về môi trường, tài nguyên và hiệu suất, đã cho thấy triển vọng rộng lớn trong nhiều lĩnh vực. Mặc dù hiện đang phải đối mặt với nhiều thách thức như công nghệ, chi phí, thị trường nhưng họ được kỳ vọng sẽ vượt qua khó khăn nhờ nỗ lực chung của tất cả các bên. Nắm bắt cơ hội để phát triển mạnh mẽ không chỉ giải quyết được cuộc khủng hoảng môi trường do vật liệu truyền thống gây ra mà còn tạo ra các ngành công nghiệp xanh mới nổi, đạt được tình hình tăng trưởng kinh tế và bảo vệ môi trường đôi bên cùng có lợi, mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực vật liệu, và tạo ra một ngôi nhà sinh thái tốt hơn cho các thế hệ tương lai.