Nông nghiệp điện: Cuộc cách mạng lương thực?

Phổ biến trong số đó là nông nghiệp điện.

Giải quyết khủng hoảng lương thực

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, xung đột và khủng hoảng kinh tế gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống lương thực, Liên Hợp Quốc ước tính khoảng 700 triệu người trên thế giới đang phải đối mặt với nạn đói.

Khi sản xuất nông nghiệp truyền thống bị đe dọa bởi hạn hán, lũ lụt và đất đai suy thoái, các nhà khoa học đã tìm kiếm một giải pháp thay thế bền vững. Nông nghiệp điện, một công nghệ tiên tiến sử dụng điện để nuôi trồng mà không cần đến đất hay ánh sáng Mặt trời, đang nổi lên như một hướng đi tiềm năng.

Tháng 11/2024, chuyên gia Feng Jiao và cộng sự từ Đại học Washington (Mỹ), đã công bố kết quả một nghiên cứu trên tạp chí khoa học Joule về quy trình nông nghiệp điện. Phương pháp này sử dụng điện phân để tách CO2 thành các hợp chất hữu cơ có thể thay thế quang hợp tự nhiên. Đây có thể là chìa khóa để xây dựng một hệ thống thực phẩm hiệu quả và ổn định hơn trong tương lai.

Về bản chất, nông nghiệp điện dựa trên nguyên lý điện phân, quá trình tách CO2 thành carbon monoxide (CO) và sau đó chuyển hóa thành axetat, một nguồn carbon hữu ích cho cây trồng. Phát minh này đánh dấu bước tiến quan trọng vì axetat có thể thay thế quang hợp trong quá trình tổng hợp năng lượng của thực vật.

Nghiên cứu chứng minh rằng cây trồng có thể hấp thụ axetat và chuyển hóa nó thành đường và axit amin, những hợp chất quan trọng cho sự phát triển của tế bào. Trong thí nghiệm, nấm, tảo và một số loại rau đã được trồng thành công bằng phương pháp này. Dự kiến, các nhà nghiên cứu hy vọng có thể mở rộng công nghệ này cho các loại cây trồng quan trọng như lúa mì, khoai lang, và các loại cây có giá trị dinh dưỡng cao.

Một hệ thống nông nghiệp điện điển hình có thể bao gồm 3 đến 7 tầng. Trong đó, tầng trên cùng sử dụng tấm pin mặt trời để tạo ra điện, các tầng trung gian thực hiện quá trình điện phân và sản xuất axetat, trong khi các tầng dưới cùng nuôi trồng thực phẩm. Điều này giúp tối ưu hóa không gian, đặc biệt là trong môi trường đô thị.

Biến đổi khí hậu đang đẩy nhiều khu vực vào tình trạng thiếu lương thực trầm trọng. Theo Tổ chức Nông Lương Liên Hợp Quốc (FAO), số người đối mặt với nạn đói đã tăng từ 581 triệu vào năm 2019 lên 733 triệu vào năm 2023. Đặc biệt, hạn hán kéo dài đã khiến sản lượng lúa mì ở Syria giảm 80% vào năm 2022 so với năm 2020. Ở Mỹ, những trận lũ lịch sử năm 2019 đã làm mất trắng gần 20 triệu mẫu cây trồng.

Nông nghiệp điện có thể giúp khắc phục những hạn chế này. Việc trồng cây trong môi trường khép kín, không phụ thuộc vào đất, nước hay khí hậu giúp duy trì nguồn cung ổn định. Công nghệ này cũng có thể được triển khai trong các khu vực đô thị, nơi có nhiều “sa mạc thực phẩm” hoặc những nơi dân cư có ít cơ hội tiếp cận thực phẩm tươi sống và dinh dưỡng.

Thách thức khi triển khai

Tuy nhiên, một số chuyên gia bày tỏ sự nghi ngờ về tính khả thi của công nghệ này ở quy mô lớn. Harold van Es - chuyên gia quản lý đất tại Đại học Cornell (Mỹ) cho rằng, chi phí vận hành và mức tiêu thụ điện của nông nghiệp điện có thể là rào cản lớn. Theo ước tính, để cung cấp thực phẩm cho toàn bộ dân số Mỹ bằng phương pháp này, cần đến 19.600 terawatt giờ mỗi năm - gấp 5 lần mức tiêu thụ điện hiện tại của nước này.

Như vậy, một trong những thách thức lớn nhất là nhu cầu tiêu thụ năng lượng khổng lồ. Dù năng lượng mặt trời có thể là một giải pháp, song việc mở rộng quy mô công nghệ này đòi hỏi phải có cơ sở hạ tầng điện tái tạo ổn định. Ở nhiều nơi trên thế giới, điện vẫn còn là một nguồn tài nguyên xa xỉ, đặc biệt tại các khu vực nghèo đói.

Ngoài ra, nếu điện được tạo ra từ nhiên liệu hóa thạch, lợi ích môi trường của nông nghiệp điện có thể bị suy giảm đáng kể. Chuyên gia cảnh báo rằng nếu triển khai công nghệ này mà không cân nhắc đến nguồn điện tái tạo, nó có thể gây tác động tiêu cực hơn là tích cực.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn lạc quan về tiềm năng của nông nghiệp điện. Công nghệ này có thể đặc biệt hữu ích trong môi trường đô thị, nơi không gian hạn chế nhưng nhu cầu lương thực cao. Một trong những ứng dụng tiềm năng là kết hợp với mô hình nông nghiệp thẳng đứng, giúp tối ưu hóa diện tích canh tác.

Hiện nay, thị trường nông nghiệp thẳng đứng toàn cầu đang phát triển nhanh chóng, với giá trị đạt 6,92 tỷ USD vào năm 2023 và dự kiến sẽ tăng trưởng 20,1% vào năm 2030. Chuyên gia Feng Jiao tin rằng trong hai năm tới, sẽ có những bước tiến đáng kể trong việc cải thiện hiệu suất năng lượng và giảm chi phí của công nghệ này.

Nếu áp dụng hiệu quả, nông nghiệp điện có thể trở thành một giải pháp bổ sung, giúp đa dạng hóa nguồn cung thực phẩm và bảo vệ hành tinh khỏi những tác động tiêu cực của canh tác truyền thống.

Dù không thể thay thế hoàn toàn nông nghiệp truyền thống, nhưng nông nghiệp điện có thể là một phần của giải pháp giúp thế giới đối mặt với thách thức an ninh lương thực trong tương lai.