Plastic thường được tái chế thành plastic khác: Nhóm SIU muốn biến carbon trong chai PET thành nguyên liệu thực phẩm

Tái chế plastic thường cố giữ carbon của chai, hộp hay màng nhựa ở lại trong một vật liệu polymer mới. Nhóm nghiên cứu tại Southern Illinois University Carbondale đang thử một đích đến khác hẳn: phá cấu trúc plastic, đưa carbon của nó vào metabolism của vi sinh vật, rồi để tế bào xây lại carbon đó thành protein, vitamin hoặc các phân tử dùng trong thực phẩm.

Dự án có tên µBites. Bản cập nhật mới nhất được Sandhya Jayasekara và nhóm của Lahiru Jayakody trình bày tại ACS Fall 2026 ngày 24/8. Trong đó, các nhà nghiên cứu sử dụng nhiều chủng nấm men để xử lý những feedstock có nguồn gốc từ PET và phế phẩm thực vật; một chủng Rhodosporidium toruloides còn được thích nghi để dùng ethylene glycol — một thành phần có thể thu được khi PET bị phá vỡ — làm nguồn carbon để tạo beta-carotene, tiền chất của vitamin A.

Điểm cần làm rõ ngay từ đầu là không có mảnh chai plastic nào được nghiền nhỏ rồi trộn trực tiếp vào bánh. Giữa rác PET và sản phẩm cuối là một chuỗi xử lý hóa học–sinh học: polymer bị deconstruct thành các phân tử nhỏ mà vi sinh vật có thể hấp thụ; nấm men chuyển chúng thành biomass hoặc phân tử mới; các thành phần đó mới được thu nhận và phối trộn thành prototype thực phẩm.

Từ chai PET đến “thức ăn” cho nấm men

PET — polyethylene terephthalate — được dùng rộng rãi trong chai nước và nước giải khát. Về mặt hóa học, nó chứa một lượng lớn carbon nhưng carbon đó đang bị khóa trong một polymer rất bền. Nấm men thông thường không thể đặt lên một chai PET rồi tự tiêu hóa nó.

µBites giải quyết bước đầu bằng oxidative hydrothermal dissolution (OHD), công nghệ do Ken Anderson tại SIU phát triển. Plastic và biomass được nghiền, sau đó xử lý bằng nước và oxy ở nhiệt độ cùng áp suất cao. Mục tiêu là chuyển vật liệu rắn khó tiếp cận thành hỗn hợp các hợp chất carbon hòa tan mà vi sinh vật có thể sử dụng.

Cách tiếp cận này khác với enzymatic recycling thuần túy, nơi enzyme được dùng để cắt polymer trực tiếp thành monomer tương đối xác định. OHD là một bước tiền xử lý nhiệt–hóa học mạnh hơn. Chính điều đó giúp mở feedstock khó phân hủy, nhưng cũng có nghĩa hiệu quả năng lượng, composition của dòng sản phẩm và chi phí làm sạch phải được tính vào toàn bộ quy trình nếu công nghệ muốn scale.

Sau OHD, feedstock đi vào tầng sinh học. Nấm men sử dụng carbon có sẵn để tăng sinh và tổng hợp các phân tử mới. Đây là bước làm cho cụm từ “plastic thành thức ăn” vừa có cơ sở vừa dễ gây hiểu nhầm: thứ trở thành nguyên liệu thực phẩm không phải polymer PET nguyên vẹn, mà là carbon của PET sau khi đã được deconstruct và tái xây dựng bằng metabolism của tế bào.

Thay vì polymer → polymer, carbon có thể đi sang một chuỗi giá trị khác

Mechanical recycling cố giữ vật liệu ở cấp polymer: PET được phân loại, nghiền, rửa, nung chảy hoặc xử lý lại để tạo resin mới. Chemical recycling đi xuống thấp hơn, phá PET về monomer rồi tổng hợp polymer trở lại.

µBites đi thêm một tầng. Khi carbon đã ở dạng vi sinh vật có thể ăn, không còn yêu cầu nó phải quay về PET. Về nguyên tắc, metabolism có thể dẫn carbon tới amino acid, lipid, sắc tố hoặc những phân tử mùi vị có giá trị cao hơn.

Đây là khái niệm thường được gọi là bio-upcycling: không chỉ khép vòng vật liệu cũ mà chuyển carbon thải sang một sản phẩm khác. Trong biotechnology, ý tưởng tương tự đã được dùng để biến carbon từ lignocellulose, khí thải hoặc glycerol thành protein và hóa chất. Điểm gây chú ý của µBites là feedstock mở rộng tới carbon có nguồn gốc từ plastic và sản phẩm đích là thành phần dành cho thực phẩm.

Bản cập nhật 2026: beta-carotene từ ethylene glycol, vanillin từ biomass

Ở ACS Fall 2026, nhóm trình bày một consortium gồm các nấm men được xem là phù hợp cho ứng dụng thực phẩm, trong đó có Saccharomyces boulardii, Saccharomyces cerevisiae và Rhodosporidium toruloides.

Một nhánh của hệ thống được thiết kế để làm sản phẩm hấp dẫn hơn thay vì chỉ tạo biomass giàu protein. Nhóm engineering S. cerevisiae để tạo vanillin từ ferulic acid có nguồn gốc từ biomass thực vật. Với R. toruloides, họ dùng adaptive laboratory evolution để cải thiện khả năng sử dụng ethylene glycol làm carbon source và tạo beta-carotene.

Chi tiết này quan trọng vì ethylene glycol là một trong những building block gắn trực tiếp với PET. Nó cho thấy ít nhất một phần carbon từ dòng plastic-derived substrate có thể được đưa tới một phân tử dinh dưỡng mới thay vì chỉ quay trở lại polymer.

Tuy nhiên, không nên diễn giải rằng toàn bộ chiếc bánh được “làm từ chai PET”. ACS cho biết prototype µBites hiện vẫn được phối trộn thêm fiber, starch và sweetener trước khi được ép qua máy in thực phẩm 3D. Nhóm muốn trong tương lai tạo thêm các thành phần này bằng microbial production, nhưng đó chưa phải trạng thái hiện tại của hệ thống.

3D printing là bước tạo hình, không phải bước biến nhựa thành đồ ăn

Hình ảnh chiếc bánh in 3D dễ trở thành phần nổi bật nhất của dự án, nhưng về mặt công nghệ nó lại là bước ít quan trọng nhất trong chuyển hóa carbon.

Phần quyết định xảy ra trước đó: deconstruction của waste, fermentation, thu biomass hoặc phân tử mục tiêu và kiểm soát chất lượng. Máy in 3D chỉ giúp biến hỗn hợp đã có thể dùng làm thực phẩm thành hình dạng dễ ăn và có thể tùy biến.

Điều này cũng giải thích vì sao dự án bắt đầu từ NASA Deep Space Food Challenge. Trong một nhiệm vụ dài ngày, hệ thống thực phẩm không chỉ được đánh giá bằng mùi vị; nó còn phải tiết kiệm khối lượng vận chuyển, nước, không gian và giảm waste. NASA chọn µBites là một trong các đội thắng Phase 1 năm 2021, mỗi đội Mỹ nhận 25.000 USD. µBites không phải là công nghệ đã được NASA chứng nhận để bay lên không gian, nhưng cuộc thi tạo ra use case ban đầu cho một hệ thống cố biến waste carbon thành nutrition tại chỗ.

“Safe to eat” vẫn khác rất xa một thực phẩm được phép bán

Đây là phần cần thận trọng nhất.

SIU từng báo cáo năm 2024 rằng một prototype µBites đã qua kiểm tra safety và nutritional parameters trước một sensory study 30 người. Prototype đó đạt điểm “overall liking” trung bình 6,5/9 trên hedonic scale, còn aroma đạt 7,33/9.

Tuy nhiên, thông cáo ACS cho phiên bản được trình bày năm 2026 lại nói nhóm đang chờ institutional approval để tiến hành taste test và hiện mới có đánh giá aroma. Hai nguồn của chính dự án vì vậy không mô tả hoàn toàn cùng một trạng thái thử nghiệm — nhiều khả năng chúng nói về các formulation hoặc protocol khác nhau. Cách đọc an toàn nhất là: một số prototype trước đã có sensory testing, nhưng formulation mới năm 2026 không nên được coi là thực phẩm đã hoàn tất kiểm chứng hoặc được regulator phê duyệt.

Phần nghiên cứu mới nhất cũng được trình bày dưới dạng conference presentation tại ACS Fall 2026. Abstract mô tả các chủng nấm men và kết quả tạo vanillin/beta-carotene, nhưng chưa phải một full experimental paper peer-reviewed với toàn bộ mass balance, impurity profile, toxicology và process economics.

Với feedstock bắt nguồn từ post-consumer plastic, safety còn phức tạp hơn chuyện polymer PET có độc hay không. Rác thật có thể mang additive, dye, chất bẩn, sản phẩm phân hủy và contaminant từ lịch sử sử dụng. Một quy trình food-grade sẽ phải chứng minh rằng chúng không đi theo dòng carbon vào sản phẩm cuối hoặc đã được loại xuống mức an toàn. Việc một prototype vượt một bộ safety test không tự động giải quyết mọi nguồn feedstock khác.

Carbon circularity chỉ có ý nghĩa nếu năng lượng và carbon balance cũng hợp lý

Có một nghịch lý dễ bị che bởi headline “rác thành thức ăn”: deconstruct một polymer bền cần năng lượng. OHD sử dụng nhiệt và áp suất cao; fermentation cần reactor, mixing, aeration hoặc kiểm soát nhiệt; protein và các sản phẩm nhỏ sau đó phải được tách khỏi broth và làm sạch.

Vì vậy một quy trình thương mại sẽ cần techno-economic analysis và life-cycle assessment trả lời ít nhất ba câu hỏi: bao nhiêu carbon PET thực sự đi vào sản phẩm hữu ích; bao nhiêu bị mất thành CO₂ hoặc byproduct; và lượng năng lượng dùng để phá plastic rồi nuôi vi sinh vật có thấp hơn giá trị môi trường của sản phẩm tạo ra hay không.

Nếu conversion chỉ hợp lý với PET rất sạch và cần lượng lớn năng lượng, mechanical hoặc chemical recycling có thể vẫn tốt hơn cho phần lớn chai đã thu gom. Ngược lại, trong những môi trường nơi waste disposal và food resupply đều đắt — tàu biển, trạm nghiên cứu xa xôi hoặc nhiệm vụ không gian — economics có thể rất khác.

Ý tưởng lớn không phải là “ăn plastic”, mà là coi waste carbon như feedstock

µBites thú vị nhất khi bỏ chiếc bánh ra khỏi câu chuyện. Chiếc bánh chỉ là demonstration hữu hình của một ý tưởng rộng hơn: carbon trong waste không nhất thiết phải quay trở lại đúng loại vật liệu mà nó xuất phát.

Một chai PET chứa carbon đã được khai thác, tinh chế và đưa vào nền kinh tế. Nếu deconstruction đủ sạch và metabolism đủ linh hoạt, carbon đó có thể trở thành feedstock cho một ngành hoàn toàn khác. Với µBites, đích đến là microbial protein và food additives; các hệ bio-upcycling khác có thể nhắm tới thuốc, hóa chất hoặc polymer mới.

Bước tiếp theo của dự án không còn là chứng minh có thể in một chiếc cookie. Nhóm cần công bố mass balance rõ hơn cho carbon có nguồn gốc từ PET, chứng minh safety trên feedstock thực tế đa dạng, xác định chi phí OHD và downstream purification, rồi đi qua quy trình regulatory dành cho novel food ingredient nếu muốn tiến tới người tiêu dùng.

Nếu những bước đó thành công, ý nghĩa của công nghệ sẽ không phải là “plastic cuối cùng đã ăn được”. Nó sẽ là một dạng tái chế sâu hơn: giữ carbon khỏi landfill hoặc lò đốt bằng cách tháo nó khỏi polymer cũ và cho sinh học xây lại thành một sản phẩm khác hoàn toàn.

Nguồn: American Chemical Society — This cookie started its life as a plastic bottle; ACS Fall 2026 — Engineered yeast consortia for converting plastic and biomass-derived compounds into valuable food additives; Trends in Biotechnology — Next-generation 3D-printed nutritious food derived from waste plastic and biomass; Southern Illinois University Carbondale — µBites project; NASA — Deep Space Food Challenge Phase 1.