Các nhà khoa học Trung Quốc đã trở thành những người đầu tiên trên thế giới phát triển thành công phương pháp điều chế tinh bột từ carbon dioxide (CO2).
Đột phá công nghệ chuyển CO2 thành tinh bột, biến không khí thành nguồn thực phẩm
Trong những năm gần đây, thế giới phải đối mặt với những vấn đề môi trường ngày càng nghiêm trọng, trong đó lượng khí thải carbon dioxide là một trong những thách thức nghiêm trọng nhất. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã đạt được bước đột phá đáng kinh ngạc, chuyển đổi thành công carbon dioxide thành tinh bột, mang lại hy vọng mới cho việc giải quyết tình trạng thiếu lương thực toàn cầu. Công nghệ này được kỳ vọng sẽ biến không khí trở thành nguồn thực phẩm và đóng góp quan trọng cho sự phát triển bền vững của nhân loại.
Nghiên cứu này do Viện Công nghệ Sinh học Công nghiệp Thiên Tân thuộc Viện Khoa học Trung Quốc thực hiện. Các nhà khoa học khẳng định phương pháp mới sẽ hỗ trợ quá trình chuyển đổi từ nông nghiệp truyền thống sang sản xuất công nghiệp. Ảnh: SCMP
Carbon dioxide được coi là một trong những nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu. Các giải pháp truyền thống tập trung vào việc giảm lượng khí thải carbon dioxide từ công nghiệp và giao thông vận tải nhằm giảm nồng độ khí nhà kính. Tuy nhiên, phương pháp này về cơ bản không thể giải quyết được vấn đề. Công nghệ chuyển đổi CO2 thành tinh bột có thể sử dụng carbon dioxide làm nguồn năng lượng tái tạo và còn mang đến những khả năng mới trong việc giải quyết vấn đề thiếu lương thực.
Công nghệ này dựa trên nguyên lý quang hợp, mô phỏng việc thực vật sử dụng carbon dioxide và năng lượng Mặt Trời để quang hợp, khử carbon dioxide thành tinh bột. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng carbon dioxide có thể được chuyển hóa thành tinh bột ăn được bằng cách sử dụng các chất xúc tác đặc biệt và hệ thống chuyển đổi năng lượng ánh sáng hiệu quả.
Tinh bột là thành phần chính của ngũ cốc cũng như một nguyên liệu công nghiệp quan trọng. Trong tự nhiên, tinh bột được tạo thành từ quá trình quang hợp của các loại cây trồng như ngô và lúa. Quá trình này bao gồm 60 phản ứng chuyển hóa và điều hòa sinh-lý học phức tạp với hiệu suất chuyển hóa năng lượng chỉ khoảng 2% trên lý thuyết. Ảnh: Zhihu
Tiềm năng ứng dụng của công nghệ biến CO2 thành tinh bột là rất lớn: một mặt có thể ứng dụng trực tiếp vào lĩnh vực nông nghiệp để giải quyết vấn đề thiếu hụt lương thực toàn cầu. Hiện nay, dân số toàn cầu đang tăng nhanh và nhu cầu về lương thực ngày càng tăng, trong khi sản xuất nông nghiệp bị hạn chế bởi nhiều yếu tố. Việc triển khai công nghệ biến CO2 thành tinh bột sẽ mang lại một phương pháp sản xuất nông nghiệp mới, không dựa vào nguồn tài nguyên hạn chế của đất nông nghiệp truyền thống mà bằng cách chuyển đổi CO2 thành tinh bột để đạt được nguồn cung cấp không khí bền vững từ thực phẩm.
Công nghệ này cũng có thể được sử dụng ở các khu vực thành thị để cung cấp cho người dân thành phố nguồn thực phẩm bền vững và thân thiện với môi trường hơn. Các thành phố hiện đại phải đối mặt với những thách thức về chuỗi cung ứng thực phẩm. Công nghệ biến CO2 thành tinh bột sẽ thay đổi tình trạng này, người dân thành thị có thể sử dụng công nghệ này để tự tổng hợp lương thực trong thành phố, từ đó giảm sự phụ thuộc vào nguồn cung cấp lương thực bên ngoài.
Ma Yanhe, Giám đốc Sinh học Công nghiệp Thiên Tân, cho biết nhóm nghiên cứu đã lập ra phương pháp tổng hợp tinh bột nhân tạo bao gồm 11 phản ứng cốt lõi, được tổng hợp hoàn toàn từ CO2 trong phòng thí nghiệm. Cấu tạo của tinh bột tổng hợp này được chứng minh là tương tự với tinh bột tự nhiên. Ảnh: Zhihu
Công nghệ biến CO2 thành tinh bột cũng có tiềm năng quản lý môi trường và giảm lượng khí thải carbon. Hiện nay, lượng khí thải carbon dioxide đã trở thành một vấn đề môi trường toàn cầu và không thể bỏ qua tác động của nó đối với sự nóng lên của khí hậu toàn cầu và các hệ sinh thái. Bằng cách chuyển đổi carbon dioxide thành tinh bột, nó không chỉ có thể làm giảm nồng độ khí nhà kính một cách hiệu quả, làm chậm biến đổi khí hậu mà còn đạt được khả năng tái sử dụng tài nguyên.
Mặc dù công nghệ biến CO2 thành tinh bột có tiềm năng rất lớn nhưng nó vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm và vẫn còn một khoảng cách xa so với ứng dụng thực tế. Các nhà khoa học cần nghiên cứu sâu hơn về việc tối ưu hóa chất xúc tác và hệ thống chuyển đổi năng lượng ánh sáng để nâng cao hiệu quả và tính ổn định của quá trình chuyển hóa carbon dioxide thành tinh bột. Đồng thời, chính phủ và các tổ chức nghiên cứu khoa học cần tăng cường hỗ trợ, đầu tư vào lĩnh vực này và thúc đẩy quá trình thương mại hóa công nghệ.
Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng bằng cách sử dụng các vi sinh vật quang hợp cụ thể, carbon dioxide có thể được chuyển đổi thành protein và các chất dinh dưỡng khác. Phương pháp này có thể sản xuất lương thực mà không cần đất và nước, giải quyết cơ bản những hạn chế về đất đai và tài nguyên mà nền nông nghiệp truyền thống phải đối mặt. Viện Công nghệ Sinh học Công nghiệp Thiên Tân đã tập trung vào khai thác chuyển đổi sinh học và tham gia vào nhiều dự án tổng hợp tinh bột từ năm 2015. Ảnh: Xinhua
Ý nghĩa tương lai và các lĩnh vực ứng dụng khả thi của việc biến không khí thành thực phẩm
Biến không khí thành thực phẩm có ý nghĩa rất lớn cho tương lai, trước hết là giải quyết vấn đề an ninh lương thực toàn cầu. Khi dân số toàn cầu tiếp tục tăng, nhu cầu về thực phẩm cũng tăng theo. Đồng thời, các vấn đề như thoái hóa đất, biến đổi khí hậu, thiếu nước đã khiến nền nông nghiệp truyền thống ngày càng khó khăn. Và nếu có thể đạt được sản xuất quy mô lớn thông qua công nghệ chuyển không khí thành thực phẩm, nó sẽ có thể cung cấp nguồn cung cấp thực phẩm ổn định và đầy đủ hơn cho thế giới.
Biến không khí thành thực phẩm cũng có thể làm giảm áp lực lên môi trường sinh thái. Sản xuất nông nghiệp truyền thống đòi hỏi diện tích đất lớn và lượng lớn tài nguyên nước, việc sử dụng quá mức các nguồn tài nguyên này thường dẫn đến suy thoái đất và cạn kiệt nguồn nước. Quá trình chuyển đổi không khí thành thực phẩm không cần đến tài nguyên đất và nước, theo nghĩa này, nó có thể bảo vệ hệ sinh thái tự nhiên tốt hơn và giảm thiểu sự phát triển đất đai cũng như tiêu thụ tài nguyên nước.
Chuyển đổi không khí sang thực phẩm cũng có thể được sử dụng trong một số tình huống đặc biệt, chẳng hạn như nông nghiệp đô thị trong môi trường khắc nghiệt. Khi dân số đô thị tiếp tục tăng, nông nghiệp đô thị đã trở thành một nguồn bổ sung quan trọng. Ở các thành phố, đất đai thường bị hạn chế và hạn chế do ô nhiễm và suy thoái đất. Nếu công nghệ chuyển đổi không khí thành thực phẩm có thể được áp dụng vào nông nghiệp đô thị, các hoạt động nông nghiệp có thể được đưa vào các trung tâm đô thị và có thể đạt được nguồn cung cấp thực phẩm đa dạng hơn.
Để hiện thực hóa việc ứng dụng không khí vào thực phẩm, vẫn còn một số thách thức về kỹ thuật và kinh tế. Đầu tiên, các nhà khoa học cần khám phá thêm các cách tối ưu hóa công nghệ này để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Thứ hai, đổi mới phù hợp và tài trợ cho R&D cũng là yếu tố then chốt. Chỉ khi có sự đầu tư và hỗ trợ đầy đủ thì công nghệ này mới có thể được phát triển và ứng dụng hơn nữa.
Đột phá công nghệ chuyển CO2 thành tinh bột, biến không khí thành nguồn thực phẩm
Trong những năm gần đây, thế giới phải đối mặt với những vấn đề môi trường ngày càng nghiêm trọng, trong đó lượng khí thải carbon dioxide là một trong những thách thức nghiêm trọng nhất. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã đạt được bước đột phá đáng kinh ngạc, chuyển đổi thành công carbon dioxide thành tinh bột, mang lại hy vọng mới cho việc giải quyết tình trạng thiếu lương thực toàn cầu. Công nghệ này được kỳ vọng sẽ biến không khí trở thành nguồn thực phẩm và đóng góp quan trọng cho sự phát triển bền vững của nhân loại.
Nghiên cứu này do Viện Công nghệ Sinh học Công nghiệp Thiên Tân thuộc Viện Khoa học Trung Quốc thực hiện. Các nhà khoa học khẳng định phương pháp mới sẽ hỗ trợ quá trình chuyển đổi từ nông nghiệp truyền thống sang sản xuất công nghiệp. Ảnh: SCMP
Carbon dioxide được coi là một trong những nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu. Các giải pháp truyền thống tập trung vào việc giảm lượng khí thải carbon dioxide từ công nghiệp và giao thông vận tải nhằm giảm nồng độ khí nhà kính. Tuy nhiên, phương pháp này về cơ bản không thể giải quyết được vấn đề. Công nghệ chuyển đổi CO2 thành tinh bột có thể sử dụng carbon dioxide làm nguồn năng lượng tái tạo và còn mang đến những khả năng mới trong việc giải quyết vấn đề thiếu lương thực.
Công nghệ này dựa trên nguyên lý quang hợp, mô phỏng việc thực vật sử dụng carbon dioxide và năng lượng Mặt Trời để quang hợp, khử carbon dioxide thành tinh bột. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng carbon dioxide có thể được chuyển hóa thành tinh bột ăn được bằng cách sử dụng các chất xúc tác đặc biệt và hệ thống chuyển đổi năng lượng ánh sáng hiệu quả.
Tinh bột là thành phần chính của ngũ cốc cũng như một nguyên liệu công nghiệp quan trọng. Trong tự nhiên, tinh bột được tạo thành từ quá trình quang hợp của các loại cây trồng như ngô và lúa. Quá trình này bao gồm 60 phản ứng chuyển hóa và điều hòa sinh-lý học phức tạp với hiệu suất chuyển hóa năng lượng chỉ khoảng 2% trên lý thuyết. Ảnh: Zhihu
Tiềm năng ứng dụng của công nghệ biến CO2 thành tinh bột là rất lớn: một mặt có thể ứng dụng trực tiếp vào lĩnh vực nông nghiệp để giải quyết vấn đề thiếu hụt lương thực toàn cầu. Hiện nay, dân số toàn cầu đang tăng nhanh và nhu cầu về lương thực ngày càng tăng, trong khi sản xuất nông nghiệp bị hạn chế bởi nhiều yếu tố. Việc triển khai công nghệ biến CO2 thành tinh bột sẽ mang lại một phương pháp sản xuất nông nghiệp mới, không dựa vào nguồn tài nguyên hạn chế của đất nông nghiệp truyền thống mà bằng cách chuyển đổi CO2 thành tinh bột để đạt được nguồn cung cấp không khí bền vững từ thực phẩm.
Công nghệ này cũng có thể được sử dụng ở các khu vực thành thị để cung cấp cho người dân thành phố nguồn thực phẩm bền vững và thân thiện với môi trường hơn. Các thành phố hiện đại phải đối mặt với những thách thức về chuỗi cung ứng thực phẩm. Công nghệ biến CO2 thành tinh bột sẽ thay đổi tình trạng này, người dân thành thị có thể sử dụng công nghệ này để tự tổng hợp lương thực trong thành phố, từ đó giảm sự phụ thuộc vào nguồn cung cấp lương thực bên ngoài.
Ma Yanhe, Giám đốc Sinh học Công nghiệp Thiên Tân, cho biết nhóm nghiên cứu đã lập ra phương pháp tổng hợp tinh bột nhân tạo bao gồm 11 phản ứng cốt lõi, được tổng hợp hoàn toàn từ CO2 trong phòng thí nghiệm. Cấu tạo của tinh bột tổng hợp này được chứng minh là tương tự với tinh bột tự nhiên. Ảnh: Zhihu
Công nghệ biến CO2 thành tinh bột cũng có tiềm năng quản lý môi trường và giảm lượng khí thải carbon. Hiện nay, lượng khí thải carbon dioxide đã trở thành một vấn đề môi trường toàn cầu và không thể bỏ qua tác động của nó đối với sự nóng lên của khí hậu toàn cầu và các hệ sinh thái. Bằng cách chuyển đổi carbon dioxide thành tinh bột, nó không chỉ có thể làm giảm nồng độ khí nhà kính một cách hiệu quả, làm chậm biến đổi khí hậu mà còn đạt được khả năng tái sử dụng tài nguyên.
Mặc dù công nghệ biến CO2 thành tinh bột có tiềm năng rất lớn nhưng nó vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm và vẫn còn một khoảng cách xa so với ứng dụng thực tế. Các nhà khoa học cần nghiên cứu sâu hơn về việc tối ưu hóa chất xúc tác và hệ thống chuyển đổi năng lượng ánh sáng để nâng cao hiệu quả và tính ổn định của quá trình chuyển hóa carbon dioxide thành tinh bột. Đồng thời, chính phủ và các tổ chức nghiên cứu khoa học cần tăng cường hỗ trợ, đầu tư vào lĩnh vực này và thúc đẩy quá trình thương mại hóa công nghệ.
Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng bằng cách sử dụng các vi sinh vật quang hợp cụ thể, carbon dioxide có thể được chuyển đổi thành protein và các chất dinh dưỡng khác. Phương pháp này có thể sản xuất lương thực mà không cần đất và nước, giải quyết cơ bản những hạn chế về đất đai và tài nguyên mà nền nông nghiệp truyền thống phải đối mặt. Viện Công nghệ Sinh học Công nghiệp Thiên Tân đã tập trung vào khai thác chuyển đổi sinh học và tham gia vào nhiều dự án tổng hợp tinh bột từ năm 2015. Ảnh: Xinhua
Ý nghĩa tương lai và các lĩnh vực ứng dụng khả thi của việc biến không khí thành thực phẩm
Biến không khí thành thực phẩm có ý nghĩa rất lớn cho tương lai, trước hết là giải quyết vấn đề an ninh lương thực toàn cầu. Khi dân số toàn cầu tiếp tục tăng, nhu cầu về thực phẩm cũng tăng theo. Đồng thời, các vấn đề như thoái hóa đất, biến đổi khí hậu, thiếu nước đã khiến nền nông nghiệp truyền thống ngày càng khó khăn. Và nếu có thể đạt được sản xuất quy mô lớn thông qua công nghệ chuyển không khí thành thực phẩm, nó sẽ có thể cung cấp nguồn cung cấp thực phẩm ổn định và đầy đủ hơn cho thế giới.
Biến không khí thành thực phẩm cũng có thể làm giảm áp lực lên môi trường sinh thái. Sản xuất nông nghiệp truyền thống đòi hỏi diện tích đất lớn và lượng lớn tài nguyên nước, việc sử dụng quá mức các nguồn tài nguyên này thường dẫn đến suy thoái đất và cạn kiệt nguồn nước. Quá trình chuyển đổi không khí thành thực phẩm không cần đến tài nguyên đất và nước, theo nghĩa này, nó có thể bảo vệ hệ sinh thái tự nhiên tốt hơn và giảm thiểu sự phát triển đất đai cũng như tiêu thụ tài nguyên nước.
Chuyển đổi không khí sang thực phẩm cũng có thể được sử dụng trong một số tình huống đặc biệt, chẳng hạn như nông nghiệp đô thị trong môi trường khắc nghiệt. Khi dân số đô thị tiếp tục tăng, nông nghiệp đô thị đã trở thành một nguồn bổ sung quan trọng. Ở các thành phố, đất đai thường bị hạn chế và hạn chế do ô nhiễm và suy thoái đất. Nếu công nghệ chuyển đổi không khí thành thực phẩm có thể được áp dụng vào nông nghiệp đô thị, các hoạt động nông nghiệp có thể được đưa vào các trung tâm đô thị và có thể đạt được nguồn cung cấp thực phẩm đa dạng hơn.
Để hiện thực hóa việc ứng dụng không khí vào thực phẩm, vẫn còn một số thách thức về kỹ thuật và kinh tế. Đầu tiên, các nhà khoa học cần khám phá thêm các cách tối ưu hóa công nghệ này để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Thứ hai, đổi mới phù hợp và tài trợ cho R&D cũng là yếu tố then chốt. Chỉ khi có sự đầu tư và hỗ trợ đầy đủ thì công nghệ này mới có thể được phát triển và ứng dụng hơn nữa.