Tại hội nghị của Hiệp hội Hóa học Mỹ mới đây, các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Harvard thông báo họ vừa phát triển thành công hệ thống lá nhân tạo có khả năng sản xuất phân bón từ vi khuẩn, ánh nắng, nước và không khí. Sáng chế này hứa hẹn giúp giảm chi phí sản xuất nông nghiệp, tăng sản lượng lương thực ở các nước đang phát triển.

Nhóm sáng chế dẫn đầu bởi Tiến sĩ Daniel Nocera – nhà nghiên cứu hóa sinh nổi tiếng với phát minh lá nhân tạo đầu tiên vào năm 2011 – đã chứng minh được rằng hệ thống của họ kết hợp với một vi khuẩn đặc biệt có thể trưng thu nitơ trong không khí để làm phân bón.

Lá nhân tạo thực chất là một hệ thống trưng thu năng lượng Mặt trời, dùng kích hoạt một phản ứng hóa học để tách nước thành hyđrô và ôxy. Nói cách khác, cơ chế hoạt động của nó mô phỏng quá trình quang hợp của lá cây thật, phân tách các phân tử nước thành hyđrô và ôxy, khi tiếp xúc với ánh nắng. Nhưng để nhắm tới mục tiêu sản xuất phân bón (chứ không phải pin nhiên liệu hay dùng lọc nước như trước đây), nhóm nghiên cứu thêm vi khuẩn Xanthobacter vào hệ thống. Vi khuẩn này tiêu thụ lượng hyđrô thu được, và bằng cách lấy các-bon điôxít (CO2) từ không khí xung quanh, nó tạo ra một chất dẻo sinh học. Chất này được lưu giữ bên trong vi khuẩn như nhiên liệu, sau đó được dùng để sản xuất amoniac – một hợp chất nitơ-hyđrô vốn là thành phần cơ bản của phân bón.

Theo khẳng định của các nhà khoa học Harvard, hệ thống lá nhân tạo mới giúp cây trồng tăng trưởng tốt hơn và tạo ra nhiều nhiên liệu hơn so với quá trình quang hợp tự nhiên của lá thật. Kết luận trên được đưa ra sau khi họ tiến hành đánh giá lượng ammonia mà hệ thống lá nhân tạo sản xuất khi thực nghiệm trên cây trồng. Cụ thể, qua 5 vụ mùa trồng củ cải đỏ, họ nhận thấy những cây được tưới phân bón tạo ra bởi lá nhân tạo phát triển to gấp 1,5 lần so với nhóm củ cải đối chứng (được trồng theo cách tự nhiên). Đây là dấu hiệu cho thấy công nghệ này có thể giúp nông dân ở các nước đang phát triển cải thiện năng suất cây trồng bằng cách tự tạo ra phân bón. Tiến sĩ Nocera cho biết hệ thống có thể được lắp đặt trực tiếp trên diện tích đất đang trồng trọt.

Lá nhân tạo dùng ánh nắng, nước, không khí và vi khuẩn để sản xuất phân bón, giúp cây củ cải đỏ to gấp 1,5 lần củ cải bình thường.

Mục tiêu tiếp theo của nhóm nghiên cứu là tăng sản lượng phân bón tạo ra bởi lá nhân tạo. Họ hy vọng hệ thống này sẽ sớm được ứng dụng để cải thiện sản lượng lương thực tại các nước đang phát triển và ngăn chặn khủng hoảng lương thực toàn cầu, đồng thời mở ra một "cuộc cách mạng xanh" kế tiếp trong ngành nông nghiệp. Trước đó, cuộc "cách mạng xanh" đầu tiên vào những năm 1960 đã chứng kiến việc tăng cường sử dụng phân bón chứa ammonia trên các giống lúa và lúa mì mới, giúp tăng gấp đôi sản lượng nông nghiệp. Theo Liên Hiệp Quốc, tuy việc chuyển đổi phương thức sản xuất nông nghiệp này gây ra một số tác động nghiêm trọng tới môi trường, nhưng nó đã cứu hàng triệu người khỏi chết đói – đặc biệt tại châu Á.

Trong bối cảnh dân số toàn cầu tiếp tục gia tăng và dự báo tăng thêm hơn 2 tỉ người vào năm 2050 (chủ yếu ở những quốc gia nghèo nhất), các chuyên gia nhất trí rằng một trong những "chiến thuật" thích ứng hiệu quả là tăng năng suất cây trồng mà không cần tránh phát quang thêm đất để canh tác.

HUY MINH (Theo Daily Mail)