Việt Nam là một trong những quốc gia sản xuất và xuất khẩu cà phê lớn nhất trên thế giới với quy mô 472,61 triệu USD vào năm 2023, ước tính đạt 511,03 triệu USD vào năm 2024 và dự kiến sẽ đạt 763,46 triệu USD vào năm 2029, dự báo tăng trưởng kép hàng năm CAGR với tốc độ 8,13% trong giai đoạn 2024-2029.

Những năm gần đây, diện tích trồng và người lao động tham gia vào ngành này gia tăng đáng kể. Sản lượng cà phê của Việt Nam cũng đang tăng từng năm, đóng góp một phần đáng kể vào kim ngạch xuất khẩu của quốc gia, tạo công ăn việc làm, giúp cho hàng triệu người lao động ở cả khu vực nông thôn và thành thị có thu nhập, cải thiện đời sống và giảm bớt nghèo đói. Để phát triển ngành cà phê Việt Nam theo hướng xây dựng chuỗi giá trị cà phê bền vững thì ngành công nghiệp chế biến cà phê đang là một trong những mục tiêu phát triển trọng điểm ở nước ta.

Sự cần thiết phải quản lý và sử dụng có hiệu quả chất thải từ quá trình chế biến cà phê

Quá trình chế biến cà phê ở nhiều cấp độ khác nhau như sơ chế, rang xay và pha tạo ra một lượng chất thải lớn. Lượng chất thải này nếu không được xử lý đúng cách sẽ làm nảy sinh những vấn đề sau:

Thứ nhất, chất thải cà phê là một sự lãng phí lớn.

Cấu tạo một quả cà phê gồm có 7 thành phần, gồm: vỏ trái, thịt trái, lớp nhớt, vỏ trấu, vỏ lụa, vỏ nhân và nhân chính hay còn gọi là hạt cà phê, trong đó hạt cà phê chiếm 55,4% trọng lượng quả khô. Vì mỗi quả cà phê đều có nhiều lớp như vậy nên cần được sơ chế để tạo ra cà phê nhân. Hiện nay, có 3 phương pháp chế biến cà phê để lấy cà phê nhân là phương pháp chế biến tự nhiên (hay còn gọi là chế biến khô), phương pháp chế biến chế biến ướt và phương pháp chế biến mật ong. Ở Việt Nam hiện có đến 80% lượng cà phê trên thị trường được sản xuất theo phương pháp chế biến khô.

Quá trình chế biến cà phê tạo ra 2 dòng chất thải gọi chung là chất thải cà phê. Quá trình chế biến quả cà phê để lấy cà phê nhân tạo ra dòng chất thải thứ nhất gọi là thịt quả, phần này chiếm khoảng 45%-50% quả cà phê. Việc pha chế cà phê tạo ra dòng thải thứ hai gọi là bã cà phê. Từ khi quả cà phê được thu hái từ nông trại cho đến khi nấu xong bình cà phê thì có 99,8 sinh khối bị thải bỏ và chỉ có 0,2% được người uống cà phê hấp thụ. Phần lớn lượng chất thải này bị đổ bỏ gây lãng phí rất lớn.

Thứ hai, chất thải cà phê gây ô nhiễm môi trường, tác động đến biến đổi khí hậu.

- Bột trấu cà phê là một trong những chất thải chính trong phương pháp chế biến ướt chiếm gần 40% trọng lượng ướt của quả cà phê. Bột trấu cà phê rất giàu carbohydrate, protein, axit amin, polyphenol và một số khoáng chất. Vỏ cà phê được cấu tạo bởi lớp vỏ bên ngoài của quả cà phê, cùi và giấy da, chủ yếu là kết quả của quá trình chế biến cà phê khô. Vỏ cà phê rất giàu chất hữu cơ (cellulose, hemicelluloses, pectin và lignin) và các chất dinh dưỡng hóa học như nitơ (N) và kali (K). Bã cà phê và vỏ cà phê có chứa một lượng caffeine và tannin khiến nó trở nên độc hại, không nên đổ xuống đất vì các vấn đề về độc tính sinh thái. Bã cà phê trước khi tái chế mà chắt lọc, rửa sạch thông thường thì lại vô tình thải ra thêm các tạp chất dễ gây ô nhiễm nguồn nước. Nếu xử lý bã cà phê không đúng cách cũng sẽ thải ra môi trường một lượng khí nồng nặc, khó chịu. Tất cả lượng chất thải rắn này nếu chất thành đống sẽ thải ra một lượng khí nhà kính lớn gây ô nhiễm môi trường.

- Bên cạnh chất thải rắn, quá trình chế biến cà phê còn tạo ra một lượng chất thải lỏng và khí đáng kể. Với quy trình chế biến ướt, để thu hồi 1 kg hạt cà phê sạch cần khoảng 15 lít nước. Nước thải từ quá trình nghiền, lên men và rửa hạt cà phê có chứa các chất hữu cơ như pectin, protein và đường với hàm lượng cao nên nếu xả thẳng ra sông, suối sẽ gây ô nhiễm, rất có hại cho các vùng nước xung quanh và đời sống thủy sinh. Đã có nhiều nghiên cứu lý hóa và sinh học cho thấy, việc xả chất thải cà phê chưa qua xử lý vào dòng nước chảy khiến chất lượng nước sông suy giảm đáng kể.

Bên cạnh đó, quá trình rang cà phê tạo ra khí thải nhà kính, chẳng hạn như carbon dioxide và carbon monoxide. Với các máy rang cà phê cũ thì các loại khí này thường được thải vào khí quyển. Cùng với lượng khí thải carbon và các loại khí độc hại khác thải ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu trong máy rang, quá trình rang cà phê cũng tạo ra khói và các hạt có hại khác. Những khí thải này gây nguy hiểm cho những người vận hành hoặc làm việc gần lò rang và gây ô nhiễm khí nhà kính.

Ngoài ra, quá trình chế biến cà phê còn có chất thải từ bao bì chứ đựng, chai lọ, ống hút, cốc dùng một lần… Lượng chất thải này cũng cần phải được xử lý đúng cách để tránh lãng phí, ô nhiễm nếu xả thải thẳng vào môi trường.

Tiềm năng sử dụng chất thải từ quá trình chế biến cà phê

Theo thống kê của Hiệp hội Cà phê - Cacao Việt Nam (VICOFA), sản lượng cà phê năm 2022 đạt 1,84 triệu tấn, năm 2023 là 1,7 triệu tấn, thì lượng chất thải từ hoạt động chế biến cà phê là một con số khổng lồ. Để tận dụng lượng chất thải này, một số cơ sở chế biến đã sản xuất phân vi sinh để bón và cải tạo vườn cà phê, giảm bớt phân hóa học vừa ô nhiễm vừa đắt tiền và dùng thịt quả cà phê lên men như một chất phụ gia bổ sung vào nguồn thức ăn cho vật nuôi. Sau đó, ngày càng có nhiều hoạt động sử dụng chất thải cà phê để sản xuất những sản phẩm có giá trị. Ví dụ: dùng vỏ cà phê làm chất đốt cho lò sấy; dùng bã cà phê làm viên nén sinh khối để đốt cho lò hơi, cát thải từ quá trình đốt này được dùng làm gạch không nung; bùn thải cà phê được chế biến thành phân vi sinh; nước thải được lọc và tái sử dụng cho lò hơi… Gần đây, vỏ cà phê đã được thu gom làm trà Cascara, vỏ trấu cà phê làm túi bóng, tăm chỉ, bộ dĩa, thìa… sử dụng một lần. Mới đây nhất, đã có nghiên cứu chiết xuất bã cà phê thành dầu, đường sinh học… Tuy nhiên, những hoạt động trên chưa được triển khai rộng rãi, chưa sử dụng hết lượng chất thải quá lớn này. Có những hoạt động mới chỉ ở góc độ nghiên cứu, chưa đưa vào thực tiễn sản xuất ví dụ việc chiết xuất bã cà phê thành dầu, đường sinh học.

Trên quy mô toàn cầu, với áp lực ngày càng lớn về việc giảm ô nhiễm phát sinh từ các hoạt động sản xuất, chế biến, trong đó có chế biến cà phê, các công ty không còn coi chất thải là chất thải mà chất thải được dùng làm nguyên liệu thô để sản xuất ra những sản phẩm có giá trị gia tăng khác. Điều này khiến việc giải quyết những thách thức về quản lý chất thải cà phê lại càng trở nên cần thiết. Chính vì vậy, đã có nhiều nghiên cứu, nhiều mô hình được thực hiện và đi đến kết luận rằng chất thải cà phê có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau để phát huy giá trị. Đây chính là nền móng cho phát triển KTTH trong lĩnh vực chế biến cà phê làm cơ sở cho phát triển bền vững ngành cà phê trên toàn cầu. Có thể kể đến một số ví dụ sau:

- Chất thải cà phê dùng làm để trồng nấm: Sáng kiến này tạo ra một cơ hội rất lớn khi biến chất thải cà phê thành một loại thực phẩm bổ dưỡng giàu protein với giá thấp. Chất thải cà phê (bã cà phê) rất giàu chất xơ và cafein là một cơ chất lý tưởng cho việc canh tác nấm, nhất là nấm sò và nấm đông cô. Loại nấm thuốc được đánh giá cao như nấm Linh Chi cũng phát triển tốt trên bã cà phê.

Với lượng bã cà phê khổng lồ trên toàn cầu, việc trồng nấm với quy mô thương mại sẽ tạo công ăn việc làm, tạo sinh kế vững chắc cho một số lượng lớn người dân ở nông thôn cũng như đô thị. Thêm vào đó, thân nấm còn lại sau thu hoạch còn được dùng làm thức ăn lý tưởng cho chăn nuôi gia súc. Sản lượng lớn nấm trồng làm thực phẩm cho con người và thức ăn cho chăn nuôi gia súc để lấy thịt và sữa sẽ góp phần đảm bảo an ninh lương thực. Như vậy, phương pháp trồng nấm từ rác thải cà phê mang lại nhiều lợi ích kinh tế, xã hội và môi trường quan trọng.

- Chất thải cà phê dùng làm nguyên liệu cho sản xuất các sản phẩm y dược: Giáo sư Elvira Gonzalez de Mejia từ Đại học Khoa học Nông nghiệp, Tiêu dùng và Môi trường thuộc Đại học Illinois (Mỹ) cho biết, nhóm nghiên cứu của ông đã tìm thấy hai hợp chất tuyệt vời là axit protocatechuic và axit gallic, có tính năng giảm viêm, giảm sự đề kháng insulin trong vỏ trấu và vỏ lụa của hạt cà phê. Khả năng giảm viêm, cải thiện khả năng xử lý glucose và độ nhạy insulin này có thể là tiền đề cho các phương thuốc trị hàng loạt bệnh, như tiểu đường type 2 hay một số bệnh tim mạch. Vì là thứ hoàn toàn tự nhiên, có nguồn gốc từ thực phẩm nên sẽ không gây độc hại, thêm vào đó chúng còn là những chất chống oxy hóa mạnh mẽ.

- Chất thải cà phê có những đặc tính có thể được sử dụng ở góc độ thực phẩm: vỏ thịt quả cà phê được dùng làm trà Cascara, một loại đồ uống giải nhiệt có mùi vị khá hấp dẫn. Bên cạnh đó, các hợp chất có hoạt tính sinh học (đặc tính chống oxy hóa) vốn có trong vỏ cà phê có tiềm năng mang lại lợi ích cho sức khỏe nên có thể dùng để sản xuất thực phẩm dinh dưỡng và thực phẩm chức năng. Nồng độ caffeine và tannin cao trong vỏ cà phê, có hại cho môi trường nhưng lại có thể được chiết xuất để sử dụng trong sản xuất nước tăng lực hoặc thanh năng lượng. Sử dụng bã cà phê có thể được tái sử dụng để tạo hương vị riêng biệt cho nhiều món ăn (mứt cà phê, sôcôla, và gia vị) đang thu hút sự chú ý của những người sành sỏi tìm kiếm những trải nghiệm hương vị mới lạ. Sự đổi mới này mở ra phân khúc thị trường mới cho các công ty cà phê, mở rộng tầm ảnh hưởng của họ ra ngoài đồ uống.

- Chất thải cà phê dùng làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng, vật liệu công trình bền vững. Vỏ cà phê kết hợp với nhựa tái chế tạo ra một loại vật liệu xây dựng mới như gạch, ngói và tấm. Loại vật liệu này có đặc điểm nhẹ nhưng rất chắc chắn, bền, có khả năng cách nhiệt, chống cháy, chống côn trùng, có giá cả phải chăng và quá trình xây dựng công trình (bằng cách lắp ghép) rất ngắn. Những vật liệu này giúp giảm tiêu thụ năng lượng để sưởi ấm và làm mát trong các tòa nhà. Ngoài ra, sử dụng vỏ cà phê để sản xuất nhựa đường polyme có chất lượng cao, làm gia tăng độ bền và tính linh hoạt của mặt đường nhựa. Nguyên liệu mới này thúc đẩy giá trị kinh tế thông qua việc giảm bảo trì và tăng tuổi thọ cơ sở hạ tầng.

- Dùng chất thải cà phê để sản xuất năng lượng tái tạo, chủ yếu ở dạng nhiên liệu sinh học như khí sinh học và diesel sinh học, đáp ứng nhu cầu tìm kiếm giải pháp năng lượng bền vững, thân thiện với môi trường. Điều này phù hợp với nguyên tắc bền vững bằng cách chuyển đổi năng lượng dư thừa từ sản xuất cà phê thành năng lượng tài nguyên sạch và tái tạo. Những nhiên liệu sinh học này có thể được sử dụng để sản xuất điện, sưởi ấm, làm nhiên liệu cho xe cộ...

- Chất thải cà phê có thể được sử dụng làm than sinh học thông qua quá trình nhiệt phân với khả năng cháy tốt hơn các loại nguyên liệu khác. Vỏ cà phê, bã cà phê được đóng bánh bằng công nghệ ít chất kết dính tạo ra loại than bánh có độ ẩm rất thấp sẽ tiết kiệm và thuận tiện hơn khi xử lý, vận chuyển và bảo quản. Than sinh học được biết là có đặc tính cô lập cacbon, thu giữ hiệu quả carbon dioxide từ khí quyển và cải thiện chất lượng đất. Khi than bánh được sản xuất với quy mô lớn sẽ làm giảm chặt phá rừng khai thác cây lấy gỗ làm chất đốt. Lợi ích kép này vừa bảo vệ môi trường vừa có thể thu lợi thông qua các chương trình bù đắp carbon.

- Chất thải cà phê dùng để sản xuất các sản phẩm mỹ phẩm và chăm sóc da như sữa tắm, kem dưỡng da, hoặc mặt nạ, tẩy tế bào chết... Các thành phần trong bã cà phê như caffein và axit chlorogenic là những chất có lợi cho làn da và tóc.

Lợi ích của việc phát triển kinh tế tuần hoàn trong chế biến cà phê

Như vậy có thể thấy, việc sử dụng chất thải của quá trình chế biến cà phê làm nguyên liệu đầu vào để sản xuất những sản phẩm có giá trị gia tăng như đã đề cập ở trên đã đáp ứng 3 nguyên tắc cơ bản (3R) của KTTH:

- Nguyên tắc giảm thiểu (Reduce): Giảm thiểu lãng phí trong quá trình chế biến cà phê bằng cách sử dụng các phương pháp và công nghệ tiên tiến nhằm giảm bớt lượng cà phê không cần thiết hoặc không sử dụng. Đồng thời, giảm thiểu chất thải xả thẳng vào môi trường.

- Nguyên tắc tái sử dụng (Re-use): Tái sử dụng chất thải phát sinh từ quá trình chế biến cà phê để sản xuất ra những sản phẩm có giá trị gia tăng, hoặc sử dụng cho những mục đích có lợi ích khác.

- Nguyên tắc tái chế (Recycle): Thúc đẩy việc tái chế các vật liệu và sản phẩm từ quá trình chế biến cà phê để giảm bớt lãng phí và tối ưu hóa sử dụng tài nguyên, tối ưu hóa việc sử dụng nguồn nguyên liệu thô ban đầu.

Trong bối cảnh người tiêu dùng ngày càng quan tâm đến sự bền vững về môi trường thì vấn đề bền vững về môi trường của mặt hàng cà phê có xu hướng nhận được nhiều sự quan tâm hơn những mặt hàng khác. Ngoài ra, sản xuất cà phê quy mô lớn sẽ luôn phải đối mặt với các vấn đề về môi trường khác như nạn phá rừng và quản lý trang trại kém. Tình trạng biến đổi khí hậu tăng nhanh cũng khiến diện tích trồng cà phê đang có xu hướng giảm nghiêm trọng. Chính sự khan hiếm nguyên liệu thô đã thúc đẩy việc coi chất thải phát sinh từ quá trình chế biến cà phê là một nguồn tài nguyên cần quản lý sử dụng để gia tăng giá trị.

Phát triển KTTH trong chế biến cà phê là một cơ hội mang lại lợi ích kinh tế, xã hội, bảo vệ môi trường và thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành cà phê. Cụ thể như sau:

- Sử dụng chất thải cà phê làm nguyên liệu sản xuất giúp doanh nghiệp tối ưu hóa nguồn tài nguyên, giảm chi phí thu mua nguyên liệu từ đó giảm chi phí đầu vào cho các hoạt động sản xuất khác cũng như giảm chi phí xử lý lượng chất thải lớn trong quá trình chế biến cà phê. Điều này giúp tăng cường hiệu suất của quy trình chế biến và gia tăng lợi nhuận từ việc các sản phẩm phụ. Giá trị kinh tế của chất thải cà phê bao gồm tổng thể các giao dịch và hoạt động kinh tế gắn liền với việc sử dụng và thương mại hóa các sản phẩm được sản xuất từ loại nguyên liệu này.

- Phát triển KTTH góp phần bảo vệ môi trường, ứng phó với biến đổi khí hậu trên toàn cầu. Chất thải cà phê được sử dụng lại, không phân hủy ở bãi rác do vậy giảm phát thải khí nhà kính, tạo ra nguồn nguyên liệu chất lượng cao, nguồn nguyên liệu xanh mang tính bền vững và ổn định lâu dài cho cộng đồng và xã hội. Đây cũng là cách để giảm khai thác, dụng hiệu quả tài nguyên thiên nhiên các nguồn tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là lượng nước rất lớn đang được sử dụng cho sản xuất cà phê trong bối cảnh lượng nước mặt và nước ngầm đang giảm nghiêm trọng.

- Về mặt xã hội, thông qua việc sử dụng chất thải làm nguyên liệu để tiếp tục sản xuất giúp tạo ra nhiều cơ hội việc làm mới, góp phần nâng cao ý thức cộng đồng... Phát triển KTTH giúp giảm chi phí xã hội trong quản lý, bảo vệ môi trường và ứng phó với biến đổi khí hậu, nâng cao sức khỏe người dân... Bên cạnh đó, việc tái chế, tái sử dụng chất thải cà phê là những sáng kiến có giá trị to lớn về thương mại hữu cơ và công bằng, từ đó thu hút người tiêu dùng quan tâm đến sản phẩm bền vững. Điều này không chỉ giúp các doanh nghiệp xây dựng hình ảnh thương hiệu bền vững, tạo ra lợi ích kinh doanh dài hạn mà còn đáp ứng yêu cầu thực hiện trách nhiệm xã hội.

Kết luận

Cà phê là một mặt hàng có vị trí quan trọng trên thị trường thế giới cũng như tại Việt Nam. Cùng với sự phát triển của ngành cà phê để đáp ứng nhu cầu thị trường, lượng chất thải từ quá tình chế biến cà phê cũng ngày càng gia tăng. Lượng chất thải này vừa gây tác động tiêu cực đến môi trường vừa gây lãng phí rất lớn nếu không được quản lý và sử dụng phù hợp. Điều này đặt ra yêu cầu cần phải có những giải pháp tổng thể và toàn diện để phát triển KTTH trong lĩnh vực chế biến cà phê. Những giải pháp này không chỉ tạo ra những cơ hội kinh doanh tốt mà còn là một cam kết đối với sự bền vững của ngành cà phê đối với môi trường sống chung của chúng ta.

Tài liệu tham khảo:

1. Nguyễn Đình Đáp, Nguyễn Xuân Khoát, 2023, Sổ tay truyền thông về kinh tế tuần hoàn trong bảo vệ môi trường, NXB Tài nguyên Môi trường và bản đồ Việt Nam.
2. Báo cáo thị trường cà phê năm 2023 – Vietnambiz;
3. Ken Webster, 2015, The Circular Economy: A Wealth of Flows;
4. Gunter Pauli (Phạm Hải Hồ dịch), 2014 - Nền Kinh tế xanh lam, công ty TNHH Sách Phương Nam;
5. Rajkumar Rathinavelu and Giorgio Graziosi, ICS-UNIDO, Science Park, Padriciano, Trieste, Italy; Department of Biology, University of Trieste, Italy, 2005 - Potential alternative use of coffee wastes and by-products, International Coffee Organization;
6. Meharu, K, 2019 - Briquette from Coffee Husk, Journal of Waste Management and Disposal;
7. Các trang web: https://vietnamcirculareconomy.vn/; https://www.ellenmacarthurfoundation.org/; https://isponre.gov.vn/; http://www.vicofa.org.vn/; https://worldcoffeeresearch.org/; https://icocoffee.org/.