Phát minh này tạo ra cơ hội mở rộng bản đồ đất có thể trồng trọt trên toàn cầu đến những nơi trước đây không thể trồng trọt và giảm việc sử dụng nước trong nông nghiệp trong thời điểm hạn hán ngày càng gia tăng trên toàn cầu.
Khả năng “tưới nước” vượt trội
Hệ thống tưới nước của nhóm sử dụng gel siêu hút ẩm để lấy nước từ không khí. Khi đất được làm nóng đến một nhiệt độ nhất định, các gel sẽ giải phóng nước, giúp cây có thể sống được. Khi đất phân phối nước, một phần nước sẽ quay lại không khí, làm tăng độ ẩm và dễ dàng tiếp tục chu kỳ.
PGS khoa học vật liệu Guihua Yu tại Khoa Kỹ sư máy Walker cho biết: “Việc tạo điều kiện cho nông nghiệp tồn tại tự do ở những nơi khó xây dựng hệ thống thủy lợi và điện năng là rất quan trọng để giải phóng canh tác cây trồng khỏi chuỗi cung cấp nước phức tạp, khi các nguồn tài nguyên ngày càng trở nên khan hiếm”.
Mỗi gram đất có thể chiết xuất khoảng 3 - 4g nước. Tùy thuộc vào loại cây trồng, khoảng 0,1 - 1 kg đất có thể cung cấp đủ nước để tưới cho khoảng một mét vuông đất nông nghiệp. Các gel trong đất hút nước từ không khí trong thời gian mát mẻ, ẩm ướt hơn vào ban đêm. Ánh nắng mặt trời vào ban ngày sẽ kích hoạt các gel chứa nước để giải phóng nước vào đất.
Nhóm đã thử nghiệm trên mái của tòa nhà Trung tâm Giảng dạy Kỹ thuật của Trường Cockrell tại ĐH Texas để kiểm tra đất. Họ phát hiện rằng, đất hydrogel có khả năng giữ nước tốt hơn đất cát ở những vùng khô hạn và cần ít nước hơn rất nhiều để phát triển cây trồng. Trong một thử nghiệm kéo dài 4 tuần, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng đất hydrogel giữ lại khoảng 40% lượng nước ban đầu. Ngược lại, đất cát chỉ có 20% nước còn lại chỉ sau 1 tuần.
Trong một thử nghiệm khác, nhóm nghiên cứu đã trồng củ cải trên cả 2 loại đất. Tất cả các củ cải trong đất hydrogel đều sống sót trong khoảng thời gian 14 ngày mà không cần tưới quá một vòng ban đầu để đảm bảo cây có thể bám được. Củ cải trên đất cát được tưới nhiều lần trong 3 ngày đầu tiên của thí nghiệm nhưng không có cây nào sống quá 2 ngày sau thời gian tưới ban đầu.
Nhà nghiên cứu Fei Zhao trong nhóm của ông Yu nói rằng: “Hầu hết, đất đủ tốt để hỗ trợ sự phát triển của thực vật. Chính nước mới là hạn chế chính của việc trồng trọt, đó là lý do tại sao chúng tôi muốn phát triển một loại đất có thể thu hoạch nước từ không khí xung quanh”.
Giảm áp lực cho môi trường
Các nhà nghiên cứu hình dung ra một số ứng dụng khác của công nghệ này. Nó có thể được sử dụng để làm mát các tấm pin mặt trời và trung tâm dữ liệu, đồng thời có khả năng mở rộng khả năng tiếp cận nước uống thông qua các hệ thống cá nhân cho các hộ gia đình hoặc hệ thống lớn hơn cho các nhóm người như công nhân, binh sĩ.
Khả năng trồng thêm lương thực trên những vùng đất có chất lượng kém hoặc khắc nghiệt trước đây sẽ ngày càng trở nên quan trọng khi dân số thế giới tiếp tục tăng và tạo ra áp lực đáng kể về đất canh tác tốt.
Ngoài ra, còn có các áp lực về môi trường. Những thay đổi lớn trong việc sử dụng đất và tiêu thụ thực phẩm được cho là cần thiết để nước Anh đạt được mục tiêu năm 2050. Nhiều nông dân Anh đang chuyển các hoạt động canh tác của họ sang mục tiêu trung hòa về khí hậu vào năm 2035, trong đó nhiều người cho biết tính bền vững là ưu tiên hàng đầu của họ.
Ảnh hưởng kép của dịch Covid-19 và quá trình nước Anh rời khỏi Liên minh châu Âu (Brexit) đều đóng vai trò là chất xúc tác cho những cách suy nghĩ mới.
Những thay đổi này tuân theo Dự luật Nông nghiệp của chính phủ Anh được công bố vào đầu năm 2020, sẽ thưởng cho người nông dân vì đã bảo vệ động vật hoang dã và giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu, đây được xem là những gương tốt vì lợi ích cộng đồng. Dự luật mới này rất cần thiết vì Anh sắp rời khỏi hệ thống trợ cấp hiện tại của Liên minh châu Âu.
Kỹ thuật gene cũng trở nên cần thiết và đóng vai trò quan trọng trong việc bảo đảm tương lai của an ninh lương thực toàn cầu. Nhiều quốc gia trên thế giới đang phải đối mặt với gánh nặng kép về nạn đói, thiếu dinh dưỡng cùng với thừa cân và béo phì. Hiện cứ 3 người trên thế giới thì có 1 người bị một số dạng suy dinh dưỡng.
Trong khi đó, các nhà nghiên cứu tại ĐH Exeter tính toán rằng, sự nóng lên toàn cầu ở mức 2 độ C sẽ dẫn đến khoảng 230 tỷ tấn carbon được thải ra khỏi đất hiện có trên thế giới. Đất toàn cầu chứa nhiều carbon hơn khí quyển từ 2 - 3 lần và nhiệt độ cao hơn làm tăng tốc độ phân hủy (được gọi là “vòng quay carbon trong đất”).
