Trong những năm qua, công nghệ sinh học ở Việt Nam đã có những tiến bộ nhanh và hiện đang từng bước tiến lên quy mô công nghiệp. Nhận thức về vai trò, vị trí và tầm quan trọng của ngành công nghiệp sinh học, công tác xây dựng cơ sở vật chất và đào tạo nguồn nhân lực cho nền công nghệ sinh học đã được các cấp, ngành, tổ chức khoa học và công nghệ, các doanh nghiệp quan tâm đầu tư.
Với mục tiêu “Tập trung phát triển, phấn đấu đưa nước ta trở thành quốc gia có nền công nghệ sinh học phát triển trên thế giới, trung tâm sản xuất và dịch vụ thông minh về công nghệ sinh học, thuộc nhóm dẫn đầu khu vực châu Á. Xây dựng ngành công nghiệp sinh học thành ngành kinh tế - kỹ thuật quan trọng, đóng góp tích cực vào GDP cả nước”, ngày 30/01/2023, Bộ Chính trị đã ký Nghị quyết số 36-NQ/TW về phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học phục vụ phát triển bền vững đất nước trong tình hình mới.
Theo đó, đến năm 2030, nền công nghệ sinh học nước ta đạt trình độ tiên tiến thế giới trên một số lĩnh vực quan trọng, là 1 trong 10 quốc gia hàng đầu châu Á về sản xuất và dịch vụ thông minh công nghệ sinh học; được ứng dụng rộng rãi trong các ngành, lĩnh vực, góp phần phát triển kinh tế - xã hội nhanh, bền vững. Xây dựng nền công nghệ sinh học có nguồn nhân lực chất lượng cao, cơ sở vật chất, tài chính đủ mạnh, đáp ứng yêu cầu nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học. Công nghiệp sinh học trở thành ngành kinh tế - kỹ thuật quan trọng; doanh nghiệp công nghiệp sinh học tăng 50% về quy mô đầu tư và tăng trưởng, thay thế ít nhất 50% sản phẩm công nghệ sinh học nhập khẩu; đóng góp 7% vào GDP; bảo đảm nhu cầu thiết yếu của xã hội.
Đến năm 2045, Việt Nam là quốc gia có nền công nghệ sinh học phát triển trên thế giới, trung tâm sản xuất và dịch vụ thông minh; khởi nghiệp, đổi mới sáng tạo về công nghệ sinh học thuộc nhóm dẫn đầu khu vực châu Á. Công nghiệp sinh học đóng góp 10-15% vào GDP.
Một trong các giải pháp cụ thể trong Nghị quyết số 36-NQ/TW đó là “Tập trung phát triển, ứng dụng hiệu quả công nghệ sinh học trong sản xuất và đời sống”. Với mỗi lĩnh vực đời sống khác nhau, công nghệ sinh học giải quyết các bài toán khác nhau, đem lại các hiệu quả kinh tế, ảnh hưởng đến đời sống xã hội ở các mức độ khác nhau. Ở một mức độ nào đó, công nghệ sinh học đã và đang hiện hữu rất gần trong đời sống đó là giải quyết các vấn đề về môi trường.
Vai trò của công nghiệp sinh học trong lĩnh vực bảo vệ môi trường
Các doanh nghiệp công nghệ sinh học sản xuất sản phẩm trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, bao gồm: Các chế phẩm xử lý chất thải trong sản xuất, chế biến nông, lâm, thủy sản; sản phẩm xử lý chất thải y tế; sản phẩm xử lý chất thải trong công nghiệp và sinh hoạt; thiết bị, dây chuyền thiết bị phục vụ sản xuất các sản phẩm sinh học trong lĩnh vực bảo vệ môi trường. Để xây dựng giải pháp phát triển công nghiệp sinh học thành ngành công nghiệp trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, cần thiết phải đánh giá vai trò công nghệ sinh học hiện nay trong bảo vệ môi trường, cụ thể:
Vai trò công nghệ sinh học trong xử lý nước thải: Do có khả năng phân huỷ hiệu quả nước thải có chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao và các chất khó phân huỷ, độc hại mà không gây ô nhiễm thứ cấp cho môi trường, do vậy công nghệ sinh học (xử lý kị khí, hiếu khí, thiếu khí, sử dụng thực vật thủy sinh) thường được kết hợp với các phương pháp hóa, lý để xử lý nước thải của các nhà máy, cơ sở sản xuất (nước thải ngành chế biến thủy sản, nông sản, thực phẩm, rượu bia, dệt nhuộm…).
công nghệ sinh học trong xử lý chất thải rắn: Xử lý chất thải rắn, chất thải nguy hại bằng công nghệ sinh học thường được áp dụng bằng phương pháp hiếu khí, kị khí hoặc kết hợp cả hai, thông qua biện pháp ủ để xử lý giảm thiểu CTR và chôn lấp để phân hủy chất thải.
Công nghệ sinh học trong xử lý khí thải: Đóng góp của công nghệ sinh học trong xử lý khí thải ở Việt Nam chưa nhiều, hiện các sản phẩm tập trung vào việc ức chế các vi sinh vật gây mùi và các sản phẩm sinh học có khả năng hấp thụ, hấp phụ khí thải, một số sản phẩm hương liệu có khả năng khử và che mùi.
Công nghệ sinh học trong lĩnh vực cải tạo, phục hồi các hệ sinh thái, các vùng đất bị ô nhiễm: công nghệ sinh học đã từng bước áp dụng và thu được hiệu quả trong việc cải tạo, phục hồi các hệ sinh thái, các vùng đất bị ô nhiễm. Biện pháp này mới chỉ được áp dụng ở một số hệ sinh thái đất ngập nước, rừng ngập mặn bằng cách sử dụng kỹ thuật tạo giống cây cỏ biển, các cây trồng vùng đất ngập mặn phù hợp bằng công nghệ gen; đánh giá sự biến động các loài sinh vật sống trong các vùng biển nhằm tạo các chủng giống vi sinh vật tham gia vào quá trình phân huỷ các chất ô nhiễm tạo cân bằng sinh thái cho các hệ sinh vật biển.
Đối với việc cải tạo môi trường đất, đã tuyển chọn được các chủng vi sinh vật, thực vật có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm, phát triển các chế phẩm phân bón hữu cơ đa năng để kiểm soát và bảo vệ cân bằng hệ sinh thái. Các chế phẩm sinh học được áp dụng có hiệu quả trong xử lý tồn dư thuốc trừ sâu tại các kho bãi, chất độc hóa học dioxin sau chiến tranh, xử lý cặn dầu thải tại các kho chứa dầu, sự cố tràn dầu ven biển.
Công nghệ sinh học trong lĩnh vực quan trắc môi trường: Ở Việt Nam hiện nay các nhà khoa học bước đầu đã và đang nghiên cứu một số nhóm sinh vật chỉ thị cho ô nhiễm môi trường nước như: Artemia salina, giáp xác râu ngành Daphnia spp, trùng bánh xe Brachionus spp, nhiều loài trong họ muỗi lắc Chironomidae; nhóm động vật đáy cỡ lớn Macrobenthos, một số loài cá; một số vi tảo, vi khuẩn qua đó có thể đánh giá được chất lượng nước.
Công nghệ sinh học trong lĩnh vực sản xuất các chế phẩm, sản phẩm thân thiện môi trường: Các sản phẩm sinh học như chế phẩm vi sinh vật, các chế phẩm enzyme, các chất có hoạt tính sinh học làm sạch và xử lý ô nhiễm môi trường bảo vệ tính cân bằng của các hệ sinh thái. Áp dụng các chế phẩm Bacillus thurigiensis (Bt) diệt sâu xanh, sâu khoang, diệt muỗi. Chế phẩm vi sinh vật đối kháng phòng chống bệnh đạo ôn, khô vằn, thối cổ rễ cho cây rau, cây công nghiệp đã được sản xuất nhằm thay thế thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc hóa học. Nhiều loại vi sinh vật được sử dụng để tạo phân bón vi sinh: azotobacterin, nitragin, photphorin góp phần tăng năng suất cây trồng.
Công nghệ sinh học trong lĩnh vực lưu giữ, bảo tồn và sử dụng hợp lý tài nguyên đa dạng sinh học và nguồn gen quý hiếm: Công nghệ tế bào gốc là một trong những lĩnh vực công nghệ sinh học sôi động nhất hiện nay. Tuy ra đời muộn (1998) nhưng lĩnh vực này lại phát triển nhanh, với các kỹ thuật hiện đại, phức tạp; sớm trở thành một ngành công nghiệp có nhiều ứng dụng thiết thực trong các lĩnh vực như y học tái tạo, sinh dược phẩm, thẩm mỹ, thực phẩm, chăn nuôi và bảo tồn.
Việc ứng dụng công nghệ tế bào gốc vào nông nghiệp không những nâng cao chất lượng và năng suất cây trồng vật nuôi đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho con người mà còn sản xuất dược phẩm phục vụ cho y tế, bảo tồn nguồn gen động vật quý hiếm, tạo mô hình thử nghiệm thuốc và liệu pháp tế bào gốc trước khi ứng dụng trên người và phát triển vắc xin phòng bệnh… Do đó, việc ứng dụng công nghệ tế bào gốc để bảo tồn hiệu quả và hợp lý các nguồn tài nguyên di truyền động vật là rất cần thiết.
Hiện trạng áp dụng công nghệ sinh học trong lĩnh vực bảo vệ môi trường
Hiện nay, việc áp dụng công nghệ trong lĩnh vực bảo vệ môi trường còn nhiều hạn chế. Theo Báo cáo điều tra khảo sát 12 tỉnh, thành phố về áp dụng công nghệ sinh học trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, các chế phẩm sinh học áp dụng phổ biến trong xử lý rác thải sinh hoạt, phế phụ nông nghiệp, chất thải chăn nuôi, đệm lót sinh học, nước thải nuôi trồng thuỷ sản… quy mô nhỏ, tự phát, các sản phẩm sinh học chưa đáp ứng được yêu cầu về bảo vệ môi trường của địa phương.
Công tác đầu tư, nghiên cứu, phát triển ứng dụng công nghệ sinh học trong bảo vệ môi trường chưa được chú trọng, vì vậy các sản phẩm sinh học cũng chưa được chính quyền quản lý và kiểm soát. Theo đó, tính trên 1.000 chế phẩm hiện đang lưu hành trên cả nước thì chỉ có khoảng trên 50 chế phẩm được Bộ Tài nguyên và Môi trường cấp phép cho lưu hành dẫn đến chất lượng chế phẩm, hiệu quả xử lý không cao, nhiều chế phẩm gây ra các ô nhiễm thứ cấp, độc hại đối với môi trường.
Đối với lĩnh vực xử lý chất thải rắn sinh hoạt, hiện tại rác thải sinh hoạt của các thành phố, thị xã, các vùng nông thôn đang tồn tại nhiều bất cập. Theo số liệu điều tra của Bộ Tài nguyên và Môi trường, trên cả nước hiện có hơn 1.322 cơ sở xử lý chất thải rắn sinh hoạt, gồm lò đốt chất thải rắn sinh hoạt, dây chuyền chế biến phân compost, bãi chôn lấp, trong đó có nhiều bãi chôn lấp không hợp vệ sinh. Một số cơ sở áp dụng phương pháp đốt chất thải rắn sinh hoạt có thu hồi năng lượng để phát điện hoặc có kết hợp nhiều phương pháp xử lý. Việc ứng dụng các công nghệ sinh học trong xử lý xử lý chất thải rắn sinh hoạt còn gặp nhiều khó khăn do quá trình phân loại rác thải đầu nguồn thực hiện chưa đồng bộ, dẫn đến tình trạng sử dụng công nghệ sinh học không hiệu quả, tốn kém cho ngân sách nhà nước và địa phương.
Để công nghệ sinh học thật sự có giá trị trong bảo vệ môi trường, đòi hỏi các Bộ, ban, ngành sớm vào cuộc ngay từ các công đoạn xây dựng lộ trình, thay đổi tư duy, đầu tư công nghệ, thiết bị cũng như đào tạo nguồn nhân lực đáp ứng yêu cầu đưa Việt Nam là quốc gia có nền công nghệ sinh học phát triển trên thế giới, trung tâm sản xuất và dịch vụ thông minh; khởi nghiệp, đổi mới sáng tạo về công nghệ sinh học thuộc nhóm dẫn đầu khu vực châu Á và đóng góp 10-15% vào GDP.
Bạn đã biết đến các đề tài, dự án về công nghệ sinh học tiên tiến trong nước và quốc tế này chưa?
Đề tài, dự án, nghiên cứu trong nước
Đề tài “Nghiên cứu công nghệ tạo chế phẩm enzyme trợ nghiền từ vi khuẩn - xạ khuẩn chịu nhiệt và ứng dụng trên dây chuyền sản xuất giấy tissue” do KS. Trần Hoài Nam làm chủ nhiệm. Việc sử dụng enzyme trợ nghiền đã giúp giảm tới 10,8% lượng điện năng tiêu thụ trong công đoạn nghiền, tăng 5,09% hiệu quả vận hành máy và 30SR độ nghiền bột giấy. Đồng thời, công nghệ này cũng giúp tăng tới 24% hiệu quả thoát nước của bột giấy, từ đó tăng hiệu suất máy và nâng cao hiệu quả dây chuyền nói chung.
Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng enzyme để tẩy mực trong xử lý giấy tái chế” do TS. Cao Văn Sơn làm chủ nhiệm đã nghiên cứu, ứng dụng thành công tổ hợp enzyme xylanase/cellulase/lipase để khử mực cho giấy báo loại và xylanase/cellulase/lipase/α-amylase để khử mực cho giấy loại văn phòng. Việc ứng dụng enzyme không chỉ giúp thay thế hóa chất trong giai đoạn xử lý nguyên liệu ban đầu mà còn nâng cao hiệu suất thu hồi bột giấy và chất lượng bột DIP, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Đề tài “Hoàn thiện công nghệ ứng dụng enzyme để nâng cao năng suất và chất lượng giấy bao bì công nghiệp” do ThS. Hy Tuấn Anh làm chủ nhiệm đã ứng dụng enzyme esterase và một số loại enzyme khác vào quá trình sản xuất giấy bao bì. Ngoài việc tăng năng suất chạy máy, nâng cao chất lượng sản phẩm, kết quả của đề tài còn góp phần giải quyết vấn đề môi trường đối với nhà máy sản xuất giấy bao bì công nghiệp.
Đề tài “Dùng men vi sinh ủ phân compost”. Thay vì sử dụng các loại phân bón được bán sẵn trên thị trường, hay phân chuồng chứa nhiều vi khuẩn, nguy cơ ô nhiễm, ngày nay các hộ tự ủ phân bón hữu cơ (phân compost) với nguyên liệu là các phế phẩm hữu cơ. Không chỉ mang tính tiết kiệm, đây còn được xem là giải pháp tích cực góp phần bảo vệ môi trường, giảm thiểu lượng rác thải ra môi trường.
Dùng men vi sinh ủ phân thúc đẩy nhanh quá trình ủ và hạn chế mùi hôi từ rác thải Đề tài “Sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ chất thải nhà máy sữa kết hợp với men enzyme bồ hòn (gọi tắt là phân bón hữu cơ vi sinh Plantex)”. Sau khi áp dụng vào thực tiễn, chúng tôi nhận thấy tỷ suất lợi nhuận của việc sử dụng phân hữu cơ vi sinh Plantex (4.12 đ/đ vốn) cao hơn nhiều so với phương pháp bón phân thông thường của người nông dân (1.86 đ/đ vốn). Từ đó, nâng cao hiệu quả kinh tế cho người nông dân, đồng thời bảo vệ và cải tạo được môi trường đất đang bị ô nhiễm nặng nề." Bên cạnh đó, việc sử dụng phân hữu cơ vi sinh Plantex trong trồng trọt sẽ tạo ra được nguồn sản phẩm hữu cơ sạch, an toàn vệ sinh thực phẩm hơn, có chất lượng tốt hơn, giúp bán được giá cao hơn, phù hợp với nhu cầu tiêu dùng của người dân trong xã hội hiện đại ngày nay.
Sản phẩm phân hữu cơ vi sinh Plantex Công nghệ “Ứng dụng than sinh học trong phát triển nông nghiệp bền vững”. Than sinh học được tạo ra từ các loại phế, phụ phẩm trong nông nghiệp. Tại Việt Nam, nguồn nguyên liệu này rất dồi dào, khoảng trên 120 triệu tấn/năm nhưng vẫn chưa được khai thác triệt để.
Than sinh học Việc ứng dụng than sinh học tại Việt Nam sẽ giúp hướng đến mục tiêu “Phát triển nền nông nghiệp xanh, thân thiện với môi trường, thích ứng với biến đổi khí hậu, giảm ô nhiễm môi trường nông thôn, phấn đấu giảm phát thải nhà kính” cùng với đó là thúc đẩy thương mại hóa công nghệ nhiệt phân tại Việt Nam, chuyển đổi chất thải nông nghiệp (vỏ trấu, vỏ cà phê) thành năng lượng sạch và than sinh học có giá trị cao
Đề tài “Ứng dụng giá thể mang vi sinh vật dạng chuyển động trong xử lý nước thải sinh hoạt mô hình pilot”. Đề tài xây dựng được quy trình công nghệ xử lý bậc 2 và 3 cho hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt sử dụng kỹ thuật màng vi sinh chuyển động ổn định về mật độ bùn hoạt tính, tiêu chuẩn xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT loại B. Các nhóm vi sinh vật phát triển tốt trong hệ thống MBBR cho thấy có sự tương đồng với vi sinh vật trên vật liệu mang, có khả năng xử lý chất hữu cơ dễ phân hủy, gây bệnh, hay có khả năng chuyển hóa kim loại nặng, thậm chí có loài còn được biết đến có khả năng thích nghi trong điều kiện khắc nghiệt.
Ứng dụng giá thể mang vi sinh vật dạng chuyển động trong xử lý nước thải sinh hoạt mô hình pilot Ứng dụng giá thể mang vi sinh vật dạng chuyển động trong xử lý nước thải sinh hoạt mô hình pilot
Dự án “Sản xuất nguyên liệu mỹ phẩm từ phế thải nông nghiệp” ứng dụng công nghệ enzyme, nhóm nghiên cứu ở Công ty TNHH Bio Nông Lâm đã tạo ra những nguyên liệu sản xuất mỹ phẩm an toàn từ vụn tổ yến, da cá, da ếch.
Thử nghiệm bổ sung dịch acid amin từ yến vụ vào kem dưỡng da Dự án hoàn thiện cũng tăng khả năng tái sử dụng các nguyên liệu của ngành nông nghiệp, qua đó giảm ô nhiễm môi trường.
Dự án “Hoàn thiện quy trình sản xuất chế phẩm sinh học xử lý môi trường ao nuôi thủy sản tại tỉnh Sóc Trăng”, của Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ thuộc Sở KH&CN tỉnh Sóc Trăng đã sản xuất thành công 2 chế phẩm sinh học là Sta.EM-Pro và Sta.EM-Detox có chất lượng cao, góp phần kiểm soát môi trường nuôi thủy sản theo hướng phát triển bền vững, đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng và bảo vệ môi trường sinh thái
Sản phẩm Sta.EM-Pro và Sta.EM-Detox Đề tài, dự án, nghiên cứu trên thế giới
Mỹ: Các nhà khoa học ở Texas đã tạo ra một loại protein mệnh danh là protein "Pac-Man", nó có khả năng loại bỏ hàng tỷ tấn chất thải bãi chôn lấp. Enzyme hoạt động bằng cách phá hủy PET (polyethylene terephthalate, thường được gọi là polyester), một loại nhựa phổ biến trong bao bì thực phẩm và đồ uống, hàng dệt và thậm chí cả sợi thảm. Đây sẽ là thành tựu to lớn cho ngành tái chế nhựa trên toàn thê giới trong tương lai.
Protein "Pac-Man" Mỹ: Bên cạnh đó, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Colorado Boulder, Đại học North Carolina Wilmington và Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Mỹ tạo ra xi măng sinh học dựa trên vi tảo giúp giảm phát thải carbon. Đây là quá trình được dựa trên nuôi cấy một nhóm vi tảo có tên là Coccolithophores, tạo ra các hạt đá vôi một cách tự nhiên bằng cách hình thành mỏ CaCO3 thông qua quá trình quang hợp. Không giống như đá vôi tự nhiên phải mất hàng triệu năm để hình thành bên dưới mặt đất, phiên bản sinh học của Coccolithophores có thể được tạo ra trong thời gian thực. Hơn nữa, tảo Coccolithophores tạo ra canxi carbonate nhanh hơn so với các rạn san hô đã quan sát thử nghiệm Srubar nghĩ rằng đá vôi cũng có thể được nuôi cấy tự nhiên thay vì khai thác từ mỏ đá.
Tảo coccolithophores được bao phủ bởi lớp vỏ canxi cacbonat Nhật Bản: Các nhà khoa học đã khám phá tiềm năng của enzym để hỗ trợ tái chế nhựa trong hơn một thập kỷ, nhưng khoảng sáu năm trở lại đây đã chứng kiến một số tiến bộ đáng kể. Vào năm 2016, các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản đã phát hiện ra loại vi khuẩn sử dụng enzym để phân hủy nhựa PET trong vài tuần. Với khả năng nhanh chóng phân hủy chất thải nhựa sau tiêu dùng ở nhiệt độ thấp, các nhà nghiên cứu tin rằng họ đã đạt được một kỹ thuật di động, giá cả phải chăng và có thể áp dụng trên quy mô công nghiệp. Họ đã nộp bằng sáng chế cho công nghệ này và hy vọng sẽ thấy nó được đưa vào sử dụng tại các bãi rác và khu vực ô nhiễm.
Các nhà khoa học đã phát triển loại enzyme mới với khả năng phân hủy nhựa PET Singapore: Ứng dụng công nghệ sinh học tạo xi măng thân thiện với môi trường.
Được phát triển tại Đại học Công nghệ Nanyang của Singapore, chất thải sinh học được làm từ bùn cacbua công nghiệp, là sản phẩm phụ từ quá trình sản xuất khí axetylen và urê, có nguồn gốc từ nước tiểu của động vật có vú như bò hoặc lợn. Bùn được xử lý ban đầu bằng axit, tạo ra canxi hòa tan. Sau đó, urê được thêm vào canxi đó, tạo thành dung dịch xi măng. Các vi khuẩn đặc biệt sau đó được thêm vào dung dịch đó, nơi chúng phân hủy urê để tạo thành các ion cacbonat.
Ứng dụng công nghệ sinh học tạo xi măng thân thiện với môi trường Các ứng dụng có thể áp dụng cho quá trình sinh học bao gồm tăng cường nền đất tại các địa điểm xây dựng, giảm sự xói mòn của các bãi biển (bằng cách hình thành lớp vỏ cứng trên lớp cát) và xây dựng các hồ chứa nước ngọt. Vật liệu thậm chí đã được sử dụng để lấp đầy các vết nứt và xây dựng lại các phần của các di tích đá bị hư hỏng.
Mỹ: Enzyme xử lý nhựa thúc đẩy tái chế và loại bỏ hàng tỷ tấn chất thải từ bãi chôn lấp. Một biến thể enzyme mới có thể phá vỡ chất thải nhựa chỉ trong vài giờ đến vài ngày, mà thông thường phải mất hàng thế kỷ để phân hủy. Đây là sản phẩm của các kỹ sư hóa học và nhà khoa học tại trường Đại học Texas, Hoa Kỳ. Kết quả nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature, có thể giúp giải quyết một trong những vấn đề môi trường của thế giới.
