Công nghệ trồng cây trong bóng tối
Điện nông có tiềm năng giải quyết nhiều vấn đề kém hiệu quả của nông nghiệp truyền thống như đòi hỏi lượng nước, phân bón và đất lớn để trồng hoa màu.
Các kỹ sư sinh học đề xuất một phương pháp sản xuất thực phẩm mới táo bạo có thể thay đổi đáng kể ngành nông nghiệp, giúp trồng trọt trở nên hiệu quả, bền vững và dễ điều chỉnh hơn đối với những môi trường như vũ trụ. Với tên gọi "điện nông", hệ thống này sẽ thay thế quang hợp truyền thống (quá trình chỉ biến đổi khoảng 1% năng lượng ánh sáng hấp thụ được thành năng lượng hóa học ở cây trồng) bằng phản ứng biến đổi hiệu quả carbon dioxide (CO2) thành phân tử hữu cơ mà cây trồng có thể sử dụng như thức ăn, Interesting Engineering hôm 23/10 đưa tin.
Nguyên mẫu điện nông của nhóm nghiên cứu. (Ảnh: Feng Jiao).
"Do điện nông không phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và cung cấp hiệu quả lớn hơn trồng trọt truyền thống, nó có thể đóng vai trò như một phương pháp hữu ích để sản xuất thực phẩm bổ sung khi cần", tác giả nghiên cứu Feng Jiao chia sẻ. "Trong tình hình biến đổi khí hậu toàn cầu đang ảnh hưởng tới nông nghiệp, những công nghệ sản xuất thực phẩm tiên tiến đang trở nên ngày càng quan trọng để ổn định thị trường thực phẩm và hỗ trợ dân số tăng lên".
Quang hợp, quá trình cho phép sự sống tồn tại trên Trái đất thông qua biến đổi ánh sáng Mặt trời thành năng lượng hóa học ở thực vật, cực kỳ kém hiệu quả. Theo các nhà nghiên cứu, chỉ có một phần nhỏ ánh sáng Mặt trời mà cây hấp thụ (khoảng 1%) được biến đổi thành năng lượng có thể sử dụng. Trong khi nhu cầu thực phẩm gia tăng, đất trồng trọt hạn chế và khủng hoảng khí hậu đang đến gần, nâng cao độ hiệu quả này là vấn đề thiết yếu.
Ở điện nông, các tấm pin quang điện sẽ được sử dụng để cung cấp năng lượng cho phản ứng hóa học giữa CO2 và nước, tạo ra acetate, một phân tử liên quan tới axit acetic (thành phần chính trong dấm). Cây trồng sẽ được biến đổi gene để sử dụng acetate như một nguồn năng lượng cơ bản thay vì phụ thuộc vào quang hợp. Nếu hệ thống này được ứng dụng ở quy mô lớn, nó có thể giảm 94% diện tích đất cần thiết cho nông nghiệp, theo ước tính của nhóm nghiên cứu.
Robert Jinkerson, kỹ sư sinh vật học ở Đại học California, Riverside, đồng tác giả nghiên cứu, đánh giá công nghệ này là một bước tiến lớn. "Nếu không cần trồng cây với ánh sáng Mặt trời nữa, chúng ta có thể tách khỏi môi trường và trồng thực phẩm ở môi trường kiểm soát trong nhà", ông nói.
Công nghệ trên có thể chuyển hướng canh tác sang những trang trại thẳng đứng nhiều tầng trong nhà, nơi năng lượng Mặt trời được khai thác bên ngoài tòa nhà để thúc đẩy cây trồng phát triển bên trong. Theo Jiao, phiên bản điện nông hiện nay đạt hiệu suất biến đổi năng lượng khoảng 4%, cao gấp 4 lần quang hợp. Do đó, lượng khí thải CO2 gắn liền với sản xuất thực phẩm trở nên nhỏ hơn nhiều.
Phương pháp có tiềm năng giải quyết một số vấn đề tồn đọng của nông nghiệp truyền thống như đòi hỏi lượng nước, phân bón và đất đai lớn để trồng hoa màu. Điện nông sẽ sản xuất thực phẩm trong môi trường kiểm soát, cho phép quản lý tài nguyên chính xác hơn và giảm tác động môi trường của trồng trọt. Ngoài ra, phương pháp có thể giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu thông qua tách rời sản xuất thực phẩm với các mô hình thời tiết và thay đổi theo mùa.
Để đạt mục tiêu, nhóm nghiên cứu phát triển cây trồng biến đổi gene để "ăn" acetate. Thực vật tự nhiên có quy trình trao đổi chất giúp chúng phân hủy thức ăn lưu trữ ở hạt trong thời gian nảy mầm. Quy trình này bị ngưng lại ngay khi thực vật bắt đầu sử dụng quang hợp. Nhóm kỹ sư sinh học hướng tới tái kích hoạt quy trình ở cây đã lớn để chúng có thể sử dụng acetate như một nguồn năng lượng. Dù nghiên cứu ban đầu tập trung vào cà chua và rau diếp, nhóm nghiên cứu lên kế hoạch mở rộng sang hoa màu giàu calo như cây sắn, khoai lang và ngũ cốc. Dù nghiên cứu vẫn ở giai đoạn đầu, các tổ chức khác như nấm, nấm men và tảo trong tự nhiên đã sử dụng acetate làm nguồn năng lượng. Điều này có nghĩa công nghệ có thể ứng dụng thương mại cho những tổ chức này sớm hơn nhiều.
Tận dụng vật lý của Newton, các kỹ sư tạo ra được những tháp pin khổng lồ lưu trữ điện mặt trời
Cuộc cách mạng năng lượng sạch vẫn đau đáu một câu hỏi. Khi gió lên, sóng vỗ và nắng chiếu lung linh muôn hoa vàng, lượng điện sản sinh từ cách hệ thống sạch dồi dào vô cùng.
Khám phá siêu vật liệu Aerogel của tương lai
Con người luôn đi tìm kiếm và chế tạo ra những vật liệu mới với những tính năng ưu việt trong đó có 'khí đóng băng' Aerogel. Theo những tin khoa học mới gần đây, Aerogel có thể sẽ là loại siêu vật liệu tiềm năng của tương lai.
WaterLight - Đèn xách tay có thể sạc bằng nước muối hoặc nước tiểu
E-Dina là một công ty start-up của Colombia, chuyên về mảng năng lượng tái tạo, đã phát triển một loại đèn không dây mới với tên gọi WaterLight.
Kỹ sư người Ukraine cho ra mắt xe đạp bánh vuông
Kỹ sư người Ukraine Sergii Gordieiev tháo thay thế bánh xe hình tròn ở xe đạp thông thường bằng bánh xe khung vuông với phần lớn bộ phận tái chế.
Skarper DiskDrive: Món phụ kiện giúp xe đạp chuyển động nhưng lại gắn vào phanh?
Điểm đặc biệt của sản phẩm này là không gắn vào bộ chuyển động của xe mà lại gắn vào phanh đĩa, di chuyển phanh để truyền động từ bánh sau.
"Pin máu" lần đầu tiên được công bố trên thế giới
Các nhà khoa học tại Đại học Cordoba đã phát triển ra cách kết hợp huyết sắc tố - thành phần chính của tế bào hồng cầu - vào pin, tạo ra một loại pin có thể hoạt động trong khoảng từ 20 đến 30 ngày.
