Ứng dụng enzyme nâng cao hiệu quả sản xuất ngành giấy

Kinh tế tuần hoàn

28/09/2021

Những ứng dụng gần đây của công nghệ sinh học cho thấy tiềm năng lớn trong việc cải thiện công nghiệp sản xuất giấy theo hướng bền vững.

Giảm tiêu hao năng lượng trong bóc tách vỏ gỗ

Trong sản xuất giấy, việc kiểm soát và nâng cao chất lượng gỗ nguyên liệu rất quan trọng bởi nó ảnh hưởng trực tiếp đến các công đoạn sau và chất lượng giấy thành phẩm. Thêm vào đó, nếu việc tiền xử lý gỗ nguyên liệu không tốt sẽ làm tăng đáng kể tiêu hao năng lượng và nhanh hao mòn máy. Trong khi đó, đặc điểm cây gỗ vùng nhiệt đới thường không đồng đều về kích thước và đường cong, gây khó khăn cho việc bóc vỏ cả bằng phương pháp thủ công và công nghiệp.

Theo TS. Dương Xuân Diêu, chuyên viên Vụ Khoa học và Công nghệ, Bộ Công Thương hiện trên thế giới việc ứng dụng công nghệ sinh học mang lại hiệu quả cao trong sản xuất. Bằng việc ứng dụng enzyme pectinase trong sản xuất giấy, nhiều nhà sản xuất có thể giảm tiêu thụ năng lượng tới 80% trong giai đoạn tiền xử lý gỗ.

Ứng dụng công nghệ sinh học bóc vỏ cây nguyên liệu triệt để hơn, nhanh hơn đồng thời giảm sử dụng năng lượng tới 80%.

Để giải quyết những vấn đề trên, các nhà sản xuất ứng dụng các giải pháp đồng bộ như chọn tạo giống cây nguyên liệu. Đặc biệt, một số doanh nghiệp sử dụng chế phẩm vi sinh vật và enzyme trong bóc vỏ gỗ đã cải thiện đáng kể năng suất và hiệu quả sử dụng năng lượng trong khâu này.

Phương pháp này dựa trên nguyên lý hoạt động của enzyme. Các nhà khoa học sẽ tìm và chọn các loại vi sinh vật và enzyme có khả năng phân hủy các hợp chất trong các lớp vỏ gỗ chứa pectin, hemicellulose, cellulose hay protein. Từng loại chế phẩm vi sinh vật hoặc enzyme sẽ có tác động khác nhau với từng loại gỗ nguyên liệu.

Khi ngâm gỗ trục vào dung dịch enzyme và enzyme đã khuếch tán, chúng sẽ làm suy yếu liên kết giữa gỗ và vỏ cây và/hoặc phân hủy các polyme của tầng phát sinh. Từ đó tăng hiệu quả của việc bóc tách vỏ gỗ. Theo những ứng dụng thực nghiệm đã sử dụng enzyme trước đây cho kết quả bóc vỏ triệt để hơn, nhanh hơn đồng thời giảm sử dụng năng lượng tới 80%.

Tăng hiệu quả nghiền, giảm 10,8% điện năng tiêu thụ

Một nghiên cứu khác cũng chỉ ra tác dụng vượt trội của phương pháp vi sinh vật và enzyme đối với sản xuất giấy. Đầu năm 2021, Viện Công nghiệp giấy và Xenluylô đã công bố kết quả 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”.

Thường, công đoạn nghiền bột giấy chiếm tỷ trọng tiêu thụ năng lượng cao, từ 15-18% tổng tiêu thụ năng lượng cả quá trình sản xuất. Thêm vào đó hiệu quả của quá trình nghiền cũng ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng giấy và hiệu quả tổng thể của dây chuyền nói chung. Xử lý tốt bột giấy ở công đoạn này có thể tiết giảm đáng kể năng lượng sử dụng, giúp giảm phát thải và đảm bảo các yếu tố về môi trường.

Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm enzyme trợ nghiền hỗ trợ sản xuất giấy tissue của Viện Công nghiệp giấy và Xenluylô. Nguồn ảnh: Viện Công nghiệp giấy và Xenluylô.

Theo nội dung nghiên cứu, các nhà khoa học đã tổng hợp chế phẩm enzyme trợ nghiền gồm hỗn hợp enzyme cellulase và xylanase từ vi khuẩn/xạ khuẩn chịu nhiệt/ưa nhiệt. Trên cơ sở đó, áp dụng thử nghiệm công nghệ trên đây chuyền sản xuất giấy tissue quy mô trên 3.000 tấn/năm.

Kết quả thử nghiệm thực tế cho thấy ứng dụng chế phẩm enzyme của nghiên cứu đã giảm 10,8% điện năng tiêu thụ trong công đoạn nghiền. Đồng thời tăng 5,09% vận tốc máy xeo, tăng 30SR độ nghiền bột giấy; và đặc biệt là giảm thời gian thoát nước của bột giấy gần 24%, từ đó tăng hiệu suất máy và nâng cao hiệu quả dây chuyền nói chung.

Ứng dụng khác trong sản xuất giấy tái chế

Tái chế giấy là một trong những biện pháp quan trọng để giảm áp lực nguyên liệu đầu vào và bảo vệ môi trường. Thực tế, giấy báo và bao bì nói chung sử dụng hơn 50% lượng sợi tái chế. Nếu xử lý tốt thì giấy in và giấy viết cũng có thể sử dụng hàm lượng tái chế cao hơn nhiều so với lượng 8% sợi tái chế hiện tại.

Tuy nhiên, vấn đề của tái chế giấy là công đoạn xử lý mực in còn sót lại hiện đang sử dụng một lượng lớn hóa chất như NaOH, Na₂SiO₃, Na₂CO₃, H₂O₂, hóa chất gốc clo, các tác nhân tạo chelat và các chất hoạt động bề mặt. Nước thải từ các quá trình này không có lợi cho môi trường với giá trị COD cao, chi phí xử lý lớn.

Hiện nay các nhà sản xuất đang chuyển hướng dần sang thay thế clo và hợp chất chứa clo bằng tác nhân enzyme trong công đoạn này. Theo TS. Dương Xuân Diêu, hiện nhiều enzym cellulase thương mại đã được sản xuất và sử dụng cùng với các hóa chất để cải thiện hiệu quả quá trình khử mực cho giấy loại. Từ đó tăng cường hiệu quả loại bỏ mực lên 24,6% và cải thiện một số tính chất vật lý của bột giấy.

Mặc dù còn khó khăn khi áp dụng công nghệ mới, nhưng áp lực bảo vệ môi trường theo các quy định pháp luật của Việt Nam mà các doanh nghiệp bắt buộc phải tuên thủ ngày càng lớn. Điều đó đòi hỏi doanh nghiệp phải lựa chọn ứng dụng công nghệ sinh học vào quá trình sản xuất giấy, từ tiền xử lý nguyên vật liệu cho đến các công đoạn sản xuất và nâng cao hiệu quả tái chế. Công nghệ enzyme được đánh giá cao trong việc cải thiện quy trình sản xuất thân thiện môi trường, giảm phát thải. Đây là hướng đi mà các nhà sản xuất đang triển khai áp dụng, TS. Dương Xuân Diêu nhận định.

Số liệu thống kê cho thấy, trong những năm gần đây, ngành Giấy Việt Nam có tốc độ phát triển trung bình khoảng 10-12%/năm, đóng góp khoảng 1,5% giá trị GDP, kim ngạch xuất khẩu đạt trên 1 tỷ USD. Mặc dù đã có sự tăng trưởng đáng khích lệ, ngành giấy vẫn còn nhiều thách thức trong việc tiến tới một nền sản xuất bền vững. Trong đó, thách thức lớn nằm ở công nghệ sử dụng lạc hậu, dẫn tới chi phí sản xuất cao và phát thải CO2 lớn. Các chuyên gia nhận định đây là những vấn đề các doanh nghiệp sản xuất giấy cần quan tâm cải thiện.

Sông Hương

Tags: