Xu hướng toàn cầu thay thế hóa chất độc hại bằng vật liệu sinh học

1. Mở đầu

Nguy cơ các loại hóa chất độc hại như kim loại nặng, hóa chất công nghiệp, chất ăn mòn, chất hữu cơ có trong thực phẩm, nước uống, không khí, đồ gia dụng, các sản phẩm tiêu dùng … xâm nhập vào môi trường sống hàng ngày của chúng ta là rất lớn. Tiếp xúc với các hóa chất độc hại gây ra nhiều hệ quả nghiêm trọng cho sức khỏe con người như ngộ độc, ăn mòn, cháy nổ, ung thư hoặc biến đổi gen. Theo Tổ chức Y tế Thế giới mỗi năm có khoảng 4,9 triệu ca tử vong trên toàn cầu và 1/3 các bệnh lý mới xuất hiện trong 30 năm qua có liên quan trực tiếp đến hóa chất độc hại.

Hóa chất độc hại còn tác động nặng nề đến môi trường và hệ sinh thái. Nước thải công nghiệp chứa hóa chất chưa qua xử lý được xả thẳng ra môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng đến nguồn nước và hệ sinh thái nước ngọt. Nhiều diện tích đất nông nghiệp trên toàn cầu đã bị suy thoái trong những năm qua do sử dụng phân bón có nguồn gốc từ hóa chất. Hàng năm, có hàng triệu tấn rác thải nhựa chứa hóa chất độc hại được thải ra đại dương gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chuỗi thức ăn và các loài sinh vật biển.

Trước tình hình ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng, xu hướng nghiên cứu thay thế hóa chất độc hại bằng các chất thân thiện với môi trường đã trở thành vấn đề cấp bách. Sử dụng các loại vật liệu có nguồn gốc sinh học đã và đang tăng mạnh trên toàn cầu do đặc tính thân thiện với môi trường, phù hợp với định hướng phát triển bền vững và bảo vệ sức khỏe con người.

2. Động lực của xu hướng thay thế hóa chất độc hại

Theo Tổ chức Y tế Thế giới, tiếp xúc với hóa chất độc hại có thể gây ra các bệnh lý thuộc nhóm không lây nhiễm và các bệnh lý thuộc nhóm chấn thương do ngộ độc không chủ ý hoặc do tự hại. Các hóa chất độc hại như kim loại nặng, thuốc trừ sâu, dung môi, sơn, chất tẩy rửa, dầu hỏa, carbon monoxide có thể dẫn đến ngộ độc không chủ ý tại nhà và tại nơi làm việc. Các trường hợp ngộ độc không chủ ý được ước tính gây ra 193.000 ca tử vong hàng năm với phần lớn là do phơi nhiễm hóa chất. Có rất nhiều hóa chất được nhận diện, thống kê, phân loại là chất gây ra bệnh ung thư ở con người. Các chất gây ung thư do nghề nghiệp ước tính gây ra từ 2% đến 8% của tất cả các loại bệnh ung thư.

Thống kê từ Tổ chức Lao động Quốc tế (ILO), mỗi năm có hơn 2 triệu lao động trên toàn cầu bị ảnh hưởng bởi các vụ tai nạn và bệnh nghề nghiệp do tiếp xúc với hóa chất độc hại. Những vụ nổ hóa chất, những vụ rò rỉ hoặc tràn đổ hóa chất không chỉ gây thiệt hại về tài sản, gây thương vong cho con người mà còn gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đe dọa sự sống của hàng triệu loài sinh vật và làm suy giảm chất lượng đất, không khí và nguồn nước.  

Những nguy hại do hóa chất độc hại gây ra khiến những lo ngại cho sự bền vững của môi trường và đảm bảo an toàn, sức khỏe con người ngày càng tăng; thúc đẩy việc hạn chế sử dụng các hóa chất độc hại, tăng nhu cầu về vật liệu thân thiện như vật liệu sinh học.

Các công ước và hiệp định Quốc tế về bảo vệ môi trường, bảo tồn đa dạng sinh học và phát triển bền vững tạo môi trường pháp lý cho việc sử dụng vật liệu sinh học thay thế. Các khuôn khổ này khuyến khích việc giảm sử dụng hóa chất độc hại và phát triển các giải pháp thay thế thân thiện với môi trường.

Các Công ước Basel, Rotterdam, Stockholm, Minamata tạo ra các quy định về việc quản lý và hợp tác quốc tế nhằm giảm thiểu rủi ro từ các hóa chất độc hại trên phạm vi toàn cầu. Mặc dù các hiệp định này không quy định trực tiếp về việc sử dụng vật liệu sinh học, song các quy định này tạo ra một áp lực pháp lý và thương mại để các doanh nghiệp và chính phủ các nước tìm kiếm các giải pháp thay thế an toàn hơn, bao gồm cả vật liệu sinh học.

3. Vật liệu sinh học – giải pháp thay thế hóa chất độc hại

Vật liệu sinh học được hiểu là các vật liệu có nguồn gốc một phần hoặc toàn bộ từ sinh học (không bao gồm các vật liệu hóa thạch). Vật liệu sinh học có nguồn gốc đa dạng và có khả năng tái tạo. Nhiều loại có thể phân hủy tự nhiên thành các chất vô hại như CO₂, nước và chất hữu cơ khi hết vòng đời.

Vật liệu sinh học gồm 2 loại: Vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh học bao gồm các vật liệu có cấu trúc như mô mềm và mô cứng; Vật liệu sinh học tổng hợp: có thể được tạo ra từ sự kết hợp của các thành phần sinh học với các vật liệu khác để tăng cường hiệu suất và đặc tính của vật liệu.

Vật liệu sinh học được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: y tế (dùng làm các thiết bị y tế), xây dựng và nội thất (sản xuất đồ gỗ, vật liệu xây dựng), bao bì  (thay thế nhựa truyền thống trong sản xuất bao bì thực phẩm và mỹ phẩm), nông nghiệp (làm màng phủ nông nghiệp hoặc khay gieo hạt có thể phân hủy trong đất), dệt may (tạo ra sợi vải cho quần áo)…

Tuy nhiên, giới hạn về hiệu suất, chi phí sản xuất cao, thách thức trong việc mở rộng quy mô, vấn đề về nguồn cung nguyên liệu và hạn chế về tính tương thích sinh học chính là các hạn chế và thách thức của vật liệu sinh học. Một số vật liệu sinh học có thể không bền bằng vật liệu truyền thống, việc sản xuất đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và không gian lớn, trong khi việc đảm bảo nguồn cung nguyên liệu ổn định là một thách thức lớn. Ngoài ra, các ứng dụng y sinh đối mặt với nguy cơ phản ứng miễn dịch và cần kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt.

4. Kinh nghiệm quốc tế và xu hướng đầu tư nghiên cứu

Các nước phát triển như Đức, Nhật Bản, Canada và Mỹ có kinh nghiệm phong phú trong việc sử dụng vật liệu sinh học, tập trung vào các lĩnh vực như xây dựng (vật liệu cách nhiệt, vật liệu kết cấu), đóng gói (bao bì phân hủy sinh học) và nông nghiệp (phân bón, màng phủ sinh học). Đức dẫn đầu trong việc sử dụng vật liệu xây dựng sinh học, đặc biệt là gỗ, rơm, len, nấm để làm vật liệu cách nhiệt và kết cấu. Nhật Bản phát triển các vật liệu xây dựng từ sợi thực phẩm và phụ phẩm nông nghiệp. Canada khuyến khích sử dụng gỗ trong các công trình nhà cao tầng. Mỹ phát triển các loại nhựa sinh học có thể phân hủy ở nhiệt độ phòng, hay nhựa sinh học chế tạo từ tảo, có thể phân hủy sinh học tại các bãi chôn lấp chỉ trong 200 ngày… Nhiều quốc gia khác cũng đã ban hành luật cấm hoặc hạn chế sử dụng nhựa dùng một lần, thúc đẩy việc sử dụng vật liệu đóng gói thân thiện với môi trường; sử dụng rộng rãi các loại phân bón hữu cơ và màng phủ sinh học từ bột ngô, mía để cải thiện chất lượng đất và bảo vệ cây trồng. Vật liệu sinh học cũng được các quốc gia nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực y tế nổi bật như vật liệu gốm sinh học cho cấy ghép nha khoa, phẫu thuật chỉnh hình; vật liệu polymer sinh học được sử dụng đa dạng trong phẫu thuật, cấy ghép…

Kinh nghiệm của các nước về sử dụng vật liệu sinh học gồm việc áp dụng các chính sách khuyến khích, đầu tư nghiên cứu phát triển, thiết lập tiêu chuẩn và chứng nhận, cùng với việc nâng cao nhận thức của người tiêu dùng.

Ở Châu Âu, xu hướng sử dụng vật liệu sinh học đang tập trung vào việc thay thế nhựa truyền thống bằng các vật liệu phân hủy sinh học và có khả năng tái tạo. Các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của các nước thúc đẩy việc phát triển các sản phẩm đáp ứng các tiêu chí về thành phần hóa học, khả năng phân hủy sinh học, khả năng phân hủy thành hạt nhỏ và không chứa chất độc hại. Các nước Châu Âu cũng đã và đang ban hành các chính sách và tiêu chuẩn để thúc đẩy việc sử dụng vật liệu sinh học, điển hình là quy định về sản phẩm nhựa dùng một lần và các biện pháp xử lý rác thải nhựa. Các nhà sản xuất đang nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi các vật liệu có thể phân hủy sinh học, như PLA (Polylactic Acid), PHA (Polyhydroxyalkanoates) và các vật liệu từ tinh bột, Cellulose, Chitin. Ngoài những vật liệu phổ biến, các nước này còn đầu tư vào nghiên cứu và phát triển các loại vật liệu sinh học mới, có tính năng vượt trội như khả năng chịu nhiệt và chống ẩm tốt. Các sản phẩm vật liệu sinh học được chứng nhận sẽ được dán nhãn, giúp người tiêu dùng dễ dàng nhận biết và lựa chọn sản phẩm thân thiện với môi trường.

5. Hướng đi cho Việt Nam trong nghiên cứu và ứng dụng vật liệu sinh học

Việt Nam luôn coi trọng và đặt ưu tiên cao cho tăng trưởng xanh và phát triển bền vững. Chiến lược công nghiệp hóa hướng tới năm 2030 tầm nhìn đến năm 2045 tại Việt Nam nhấn mạnh việc ứng dụng công nghệ sinh học và nguyên liệu sinh học trong các ngành công nghiệp, phù hợp với xu hướng chung của thế giới. Luật số 69/2025/QH15 của Quốc Hội – Luật Hóa chất là bước cụ thể hóa quan trọng, kịp thời thể chế hóa đầy đủ, toàn diện các chủ trương, chính sách của Đảng và Nhà nước về phát triển bền vững ngành công nghiệp hóa chất, đồng thời góp phần bảo đảm quốc phòng, an ninh, an toàn xã hội, bảo vệ con người, cơ sở vật chất, tài sản và môi trường, hướng tới phát triển xanh.

Với lợi thế phát triển vật liệu sinh học nhờ nguồn nguyên liệu dồi dào từ nông nghiệp, đặc biệt là các phế phụ phẩm như rơm, rạ, trấu, bã mía… cho phép nước ta phát triển nghiên cứu các vật liệu sinh học, gắn liền với nông nghiệp và công nghiệp, tạo ra các sản phẩm mới và nâng cao giá trị sử dụng các nguồn tài nguyên sẵn có. Các nghiên cứu và ứng dụng đa dạng vật liệu sinh học vào các ngành từ y tế, xây dựng, bao bì đến sản xuất phân bón, thuốc trừ sâu…

Trong y tế, tập trung sử dụng vật liệu sinh học cho các bộ phận cấy ghép như khớp nhân tạo, chi giả, thay thế xương trong phẫu thuật hàm mặt; hoặc vật liệu dùng trong phẫu thuật tim mạch, làm răng giả, cấy ghép trong thẩm mỹ. Phát triển các vật liệu sinh học để hỗ trợ tái tạo mô bị tổn thương, như ghép da nhân tạo.

Lĩnh vực nghiên cứu nhựa sinh học ở nước ta có rất nhiều hướng tiềm năng, bao gồm việc sử dụng phụ gia sinh học từ phụ phẩm nông nghiệp như Lignin, sợi lignocellulosis để tăng cường tính năng cơ học và kháng khuẩn cho nhựa sinh học. Các vật liệu sinh học từ đất sét cũng đang được nghiên cứu để ứng dụng trong sản xuất bao bì y tế và chăm sóc cá nhân. Bao bì thân thiện với môi trường từ nguồn vật liệu sinh học có khả năng phân hủy sinh học cũng được nghiên cứu phát triển.

Nghiên cứu về vật liệu xây dựng bền vững: có thể dùng phế phụ phẩm trong sản xuất lương thực để sản xuất các loại vật liệu xây dựng nguồn gốc sinh học, như thu gom các loại rơm, rạ, bã mía… để sản xuất các loại bê tông cốt sợi; tận dụng tro từ quá trình đốt trấu đưa vào sản xuất bê tông. Ngoài ra, có thể sử dụng vật liệu gỗ ép cho phần cột, dầm; gỗ ván ép nhiều lớp và gỗ Glulam (gỗ dán nhiều lớp) cho nhà sàn; có thể dùng tre làm giàn giáo…

Nghiên cứu sản xuất phân bón sinh học từ các vật liệu có nguồn gốc từ phế phẩm của ngành nông nghiệp, than bùn, rác thực vật… Sản xuất các chất tẩy rửa/làm sạch sử dụng các thành phần như vỏ trái cây, thực vật và Enzyme có khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường. Sản xuất thuốc trừ sâu có nguồn gốc từ vật liệu sinh học bao gồm các chế phẩm từ vi sinh vật (như vi khuẩn, nấm, virus), thực vật (như tỏi, ớt) và các chất tự nhiên khác (như Chitosan từ vỏ tôm, dầu khoáng). Các loại thuốc này có cơ chế diệt trừ sâu bệnh dựa trên tính đặc hiệu, ít độc hại với con người và môi trường.

Từ những phân tích trên đây có thể thấy được xu hướng toàn cầu hiện nay trong việc hạn chế sử dụng các hóa chất độc hại. Các khu vực và các quốc gia trên thế giới, bao gồm Việt Nam đã và đang nghiên cứu ứng dụng vật liệu sinh học để tạo ra các sản phẩm mới thân thiện với môi trường và đảm bảo an toàn, sức khỏe cho con người. Đây là một xu thế tất yếu trong sự phát triển kinh tế xanh hiện nay và tương lai.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1/ Cục hóa chất (2024), Nâng cao công tác an toàn hóa chất – Nền tảng cho sự phát triển bền vững ngành công nghiệp hiện đại, Bộ Công Thương Việt Nam, truy cập ngày 14/11/2025, từ https://moit.gov.vn/tin-tuc/phat-trien-cong-nghiep/nang-cao-cong-tac-an-toan-hoa-chat-nen-tang-cho-su-phat-trien-ben-vung-nganh-cong-nghiep-hien-dai.html

2/ Sở Y tế TP. Hồ Chí Minh (2018), Hóa chất và tác động lên sức khỏe con người: những điều đã biết và chưa biết, Cổng thông tin điện tử Ngành y tế TP. Hồ Chí Minh, truy cập ngày 14/11/2025, từ https://medinet.gov.vn/quan-ly-chat-luong-kham-chua-benh/hoa-chat-va-tac-dong-len-suc-khoe-con-nguoi-nhung-dieu-da-biet-va-chua-biet-so-c8-9373.aspx

3/ Thu Nguyễn (2024), Tầm quan trọng của các công ước quốc tế về quản lý hóa chất độc hại, Báo Sức khỏe & đời, ngày truy cập 15/11/2025, từ https://suckhoedoisong.vn/tam-quan-trong-cua-cac-cong-uoc-quoc-te-ve-quan-ly-hoa-chat-doc-hai-16924123111265657.htm

4/ Barrie Dams, Dan Maskell, Andrew Shea, Stephen Allen, Valeria Cascione & Pete Walker (2023,) Upscaling bio-based construction: challenges and opportunities, BuildingResearch & Information 2023, Vol 51, No.7, 764-782.

5/ Nguyễn Ngọc Uyên (2023), Xu hướng sử dụng vật liệu sinh học trong ngành xây dựng và đề xuất áp dụng tại Việt Nam, Hội nghị khoa học quốc tế Kỷ niệm 60 năm thành lập Viện KHCN Xây dựng, pp. 393- 402.

Viện KH An toàn và Vệ sinh lao động