Rác thải thực phẩm hiện là một trong những thách thức lớn nhất của thời đại, nằm ở giao điểm của an ninh lương thực, bền vững tài nguyên và biến đổi khí hậu. Tại các nền kinh tế phát triển, dòng rác thải lớn nhất phát sinh ở giai đoạn tiêu dùng cuối chuỗi thực phẩm (nhà hàng, hộ gia đình). Việc xử lý truyền thống bằng chôn lấp không chỉ lãng phí tài nguyên đất và nước mà còn phát thải khí nhà kính và nước rỉ rác độc hại [1,2]

Trong bối cảnh tài nguyên hóa thạch cạn kiệt và giá dầu biến động, nhiều nghiên cứu đã đề xuất một sự chuyển dịch mô hình từ "xử lý rác thải" sang "nâng cao giá trị rác thải" (valorization). Chiến lược này tích hợp hai hướng đi chủ đạo: (1) ReFeed - tái sử dụng làm thức ăn chăn nuôi để thay thế ngũ cốc, và (2) Công nghệ sinh học - sử dụng enzyme và vi sinh vật để chuyển hóa rác thải thành năng lượng sạch và hóa chất công nghiệp.

Hình. Chiết xuất và chuyển đổi chất thải thực phẩm thành vật liệu có giá trị gia tăng

• Chiến lược ReFeed: Biến Rác thải thành Protein cho Chăn nuôi [2]

  Nghiên cứu của Dou và cộng sự (2018) khẳng định rác thải thực phẩm không phải là rác bỏ đi mà là một kho dinh dưỡng chưa được khai thác.

• Phân tích tổng hợp từ nhiều thử nghiệm cho thấy rác thải thực phẩm giai đoạn tiêu dùng chứa hàm lượng dinh dưỡng rất cao: Protein thô trung bình 19,2% (gần gấp đôi ngô hạt), Lipid 21,5%, và Carbohydrate 38,6%. Về mặt lý thuyết, một tấn rác thải khô có thể thay thế lượng ngô tương đương trong khẩu phần ăn của lợn mà không làm giảm chất lượng thịt.
• Công nghệ xử lý an toàn: Để vượt qua rào cản về an toàn sinh học (như vi khuẩn và virus), các công nghệ xử lý hiện đại đã được phát triển.

  + Xử lý ướt: Gia nhiệt tiệt trùng (ví dụ: 100^oC trong 4 giờ) để tiêu diệt mầm bệnh, tạo ra thức ăn dạng lỏng phù hợp cho các trang trại lân cận.

  + Xử lý khô: Kết hợp tiệt trùng và sấy khô (ví dụ: công nghệ sấy tầng sôi hoặc sấy tang trống) để tạo ra thức ăn có độ ẩm thấp (80-95% chất khô), dễ vận chuyển đi xa và bảo quản lâu dài.

  + Ủ chua lên men: Sử dụng vi khuẩn lactic và nấm men để lên men rác thải, giúp ổn định dinh dưỡng và kéo dài thời gian bảo quản lên đến 30 ngày.

  Tại Hàn Quốc, chôn lấp rác thực phẩm bị cấm từ năm 2005 thay vào đó, 45% lượng rác được chuyển đổi thành thức ăn chăn nuôi thông qua các cơ sở xử lý tập trung được kiểm soát nghiêm ngặt, và không có dịch bệnh nào liên quan đến vấn đề này được ghi nhận kể từ khi áp dụng.

• Chiến lược Công nghệ Sinh học: Năng lượng và Hóa chất Sinh học [1]

Sufficiency và cộng sự (2022) mở rộng phạm vi xử lý sang các phương pháp công nghệ sinh học tiên tiến, đặc biệt phù hợp cho các loại rác thải không thích hợp làm thức ăn chăn nuôi.

• Phân hủy kỵ khí (Biogas): Đây là quá trình vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy để tạo ra khí sinh học (chủ yếu là metan và CO₂). Khí sinh học là nguồn năng lượng tái tạo dùng để phát điện, sưởi ấm, hoặc làm nhiên liệu động cơ, trong khi chất thải sau tiêu hóa (digestate) trở thành phân bón sinh học giàu dinh dưỡng. Việc đồng phân hủy (co-digestion) rác thực phẩm với các chất thải hữu cơ khác giúp tăng hiệu suất sinh khí.
• Vai trò của Enzyme và Cố định Enzyme: Enzyme là chất xúc tác sinh học quan trọng để chuyển hóa carbohydrate, lipid và protein trong rác thải thành các sản phẩm giá trị. Tuy nhiên, enzyme tự do thường kém bền. Nghiên cứu nhấn mạnh công nghệ "cố định enzyme" (immobilization) trên các vật liệu hỗ trợ (như silica xốp, hydrogel, polymer sinh học). Kỹ thuật này giúp enzyme chịu được điều kiện khắc nghiệt (pH, nhiệt độ), dễ dàng thu hồi và tái sử dụng, từ đó giảm chi phí sản xuất công nghiệp.
• Thông qua quá trình lên men và xúc tác enzyme, rác thải giàu tinh bột và đường (như vỏ trái cây, phế phẩm chế biến) có thể được chuyển hóa thành ethanol, hydro sinh học, nhựa sinh học và các axit hữu cơ (như axit succinic, axit lactic). Đây là nền tảng của các nhà máy lọc sinh học (biorefinery) trong tương lai.

  Việc tích hợp hai chiến lược này mang lại lợi ích vượt trội so với các phương pháp truyền thống:

• Giảm dấu chân Carbon: Xử lý rác thải thành thức ăn chăn nuôi (xử lý khô) chỉ phát thải khoảng 200 kg CO₂-eq/tấn, thấp hơn nhiều so với 1010 kg CO₂-eq/tấn của chôn lấp [1].
• Tiết kiệm tài nguyên: Lợi ích lớn nhất của ReFeed là hiệu ứng "tiết kiệm". Khi rác thải thay thế ngô/đậu nành, chúng ta tiết kiệm được đất, nước tưới và phân bón cần thiết để trồng các loại cây này. Ví dụ, tái sử dụng rác thực phẩm cho lợn ở Châu Âu có thể giảm nhu cầu đất canh tác tới 1,8 triệu ha [2].
• Việc chuyển đổi rác thải giúp giảm chi phí xử lý (ví dụ: phí chôn lấp) và tạo ra doanh thu từ sản phẩm mới (thức ăn, điện năng). Đồng thời, ngành công nghiệp xử lý rác thải tạo ra việc làm mới trong vận chuyển, vận hành nhà máy và bảo trì thiết bị [1.2].

• ðTổng hợp lại, rác thải thực phẩm cần được nhìn nhận như một nguồn tài nguyên thô bền vững thay vì gánh nặng môi trường. Sự kết hợp linh hoạt giữa việc tái chế làm thức ăn chăn nuôi (đối với rác thải an toàn, giàu dinh dưỡng) và xử lý công nghệ sinh học (đối với rác thải hỗn hợp để thu hồi năng lượng) là hướng đi tối ưu. Để hiện thực hóa điều này, cần có sự thay đổi trong chính sách quản lý, đầu tư vào công nghệ enzyme tiên tiến và thiết lập các quy trình kiểm soát an toàn nghiêm ngặt.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Sufficiency, E., Qamar, S. A., Ferreira, L. F. R., Franco, M., Iqbal, H. M., & Bilal, M. (2022). Emerging biotechnological strategies for food waste management: A green leap towards achieving high-value products and environmental abatement. Energy Nexus, 6, 100077.

2. Dou, Z., Toth, J. D., & Westendorf, M. L. (2018). Food waste for livestock feeding: Feasibility, safety, and sustainability implications. Global food security, 17, 154-161.