Bước đột phá trong ứng dụng công nghệ nano vào nông nghiệp

Nano là công nghệ ưu việt trong các ứng dụng công nghiệp hiện đại? Tuy nhiên, việc ứng dụng nano vào nông nghiệp mới chỉ manh nha hình thành trên thế giới.

Đứng trước những câu hỏi lớn từ thực tế, TS. Nguyễn Thế Hùng, Viện Vật lý (Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam) đã bắt tay vào nghiên cứu ứng dụng nano trong cây trồng, bước đầu cho thấy những kết quả bất ngờ.

Ý tưởng từ việc ăn uống

Chúng tôi tìm gặp TS Nguyễn Thế Hùng tại Phòng Thí nghiệm Vật lý (Hợp tác giữa Viện Vật Lý, Viện Hàn lâm KHCN VN và Viện Nghiên cứu Phát triển cây trồng, ĐH Nông nghiệp Hà Nội) tại thị trấn Trâu Quỳ (Gia Lâm, Hà Nội) khi ông đang miệt mài thử nghiệm công nghệ nano trên cây cói có nguồn gốc tại huyện Nga Sơn (Thanh Hóa).

Theo TS Hùng, hiện cây cói chỉ có chiều cao khoảng 1,5 – 1,8 m, chính vì vậy nên chiều ngang chiếu cói cũng tương tự. Tuy nhiên, khi ứng dụng phân nano bón, kết quả khá bất ngờ khi cây cói phát triển rất nhanh, đạt chiều cao từ 2 – 2,2 m, mang lại hiểu quả to lớn cho người làm chiếu.

Tâm sự về ý tưởng bắt tay vào nghiên cứu công nghệ nano với sinh vật sống mà cụ thể ở đây là trên cây trồng, TS Hùng chia sẻ, công nghệ nano giờ đã trở thành mũi nhọn trong nghiên cứu khoa học của ngành vật lý khi rất nhiều ứng dụng đã được đưa vào thực tiễn như công nghệ nano các bon, nano bạc, nano canxi… mang lại cuộc cách mạng trong nhiều ngành công nghiệp.

Năm 2010, khi về công tái tại Phòng Thí nghiệm vật lý, TS Hùng bắt đầu đặt ra dấu hỏi, liệu công nghệ nano có ứng dụng được gì trong nông nghiệp hay không?

TS Nguyễn Thế Hùng kiểm tra các loại rau màu được bón bằng phân nano

Từng xuất bản cuốn sách Văn hóa cổ Việt Nam mà trong đó TS Hùng đã có rất nhiều nghiên cứu về việc ăn uống của con người, ông tiếp tục đặt ra câu hỏi, con người khi ăn thịt các loại động vật khác sẽ giúp cơ thể khỏe mạnh, to lớn, vậy cây này ăn cây khác sẽ như thế nào?

“Đã từ lâu trong tôi luôn đau đáu một câu hỏi, tại sao các loại cây, cỏ dại chẳng cần ai chăm sóc chúng vẫn sinh trưởng và phát triển rất tốt, tạo thành một quần thể lớn, kể cả trong điều kiện vô cùng bất lợi và khắc nghiệt như cây cỏ gianh, chó đẻ, cỏ may, trinh nữ, xấu hổ… trái hẳn với những cây lương thực như lúa, ngô, khoai, sắn (vốn là loại cây tiểu thư công tử, cần chăm sóc vô cùng kỹ lưỡng).

Liệu có phải bộ rễ của những cây dại có thể phân hủy đá sỏi để hấp thụ những mảng nguyên tử nhỏ, các trung vi lượng có kích thước nano? Từ hai câu hỏi lớn đó đã thôi thúc tôi tiến hành nghiên cứu việc ứng dụng phân bón nano cho cây trồng”, TS Hùng chia sẻ.

Tuy nhiên, đó mởi chỉ là một giả thuyết, để chứng minh TS Hùng đã tiến hành hàng trăm thí nghiệm phân rã rễ cây dại. Phòng Thí nghiệm vật lý đã chế tạo những máy móc đặc biệt để phân rã rễ cây thành ba thành phần chính: Các khoáng vi lượng, các bon và nước. Các nghiên cứu cho thấy các khoáng vi lượng mà cây hấp thụ có kích thước nano. Chúng dao động trong khoảng 10 – 500 mm.

Các khoáng vi lượng thu được từ rễ cây, được sử dụng làm phân bón cho những loại cây trồng khác cho các kết quả bất ngờ: Cây lớn nhanh và mạnh, không cần bón bất cứ loại phân hóa học nào khác.

Dẫn tôi đi thăm những loại cây trồng đang được bón bằng phân nano như mồng tơi, cây hẹ, cây bưởi, xạ đen, rau muống… thấy cây phát triển xanh tốt, đặc biệt rau muống có màu xanh rất đậm và cây cói đạt chiều cao trên 2 m. Như vậy, bước đầu TS Hùng có thể kết luận cây dại có triển vọng trở thành nguyên liệu để tiền chế nano cho cây trồng.

Cách mạng khoa học luôn ngay sau khủng hoảng

Theo TS Nguyễn Thế Hùng, những vật liệu nano trong công nghiệp điện tử, luyện kim, hóa chất, dược phẩm… là những vật liệu nano đơn thể thuần khiết như nano bạc, nano các bon, nano canxi…

Ngược lại, nano vi khoáng từ rễ cây là những loại nano đa tạp gồm vài chục nguyên tố; đặc biệt là các kim loại chuyển tiếp như coban, kẽm, niken, molipden, vanadi, lantan, silic, magie, bore… Chúng là những vi lượng vô cùng quan trọng cho sinh lý cây trồng.

Sau khi thu được những nano đa tạp vi khoáng từ bộ rễ cây dại, Phòng Thí nghiệm vật lý tiếp tục nghiên cứu thành phần thứ hai của sự phân rã xenlulo rễ cây và thu được vật liệu tổ hợp chứa hơn 80% các bon và gần 20% nhiên liệu rắn (solid fuel).

Solid fuel là nhiên liệu có nhiệt trị tương đương than đá Antraxit, cung cấp chủ yếu cho các nhà máy nhiệt điện. Những nghiên cứu sâu hơn cho thấy nano vi khoáng cũng có thể thu được từ thân rễ lá của tất cả các loại cây, từ rơm rạ cây lúa, thân bẹ cây ngô…

Khi đó, tỷ lệ nano vi khoáng thấp hơn nhưng tỷ lệ nhiên liệu rắn lại cao hơn nhiều. Như vậy, công nghệ nano tác động lên cây trồng cho chúng ta hai loại sản phẩm: Nano vi khoáng bón cho cây trồng và nhiên liệu rắn phục vụ làm chất đốt thay than đá.

Điều đặc biệt, nếu mở rộng quy mô của những thí nghiệm này lên quy mô quốc gia thì tổng sản phẩm thu được rất lớn, bởi tổng sinh khối hàng năm của các loại cây trồng là hàng trăm triệu tấn. Trong khi đó, than đá tại Quảng Ninh có hạn và bắt đầu cạn kiệt, hàng năm cũng chỉ khai thác được khảng vài chục triệu tấn.

Theo TS.Nguyễn Thế Hùng, quá khứ chứng minh sau mỗi cuộc khủng hoảng đều là tiền đề để tạo ra cuộc cách mạng về khoa học công nghệ như cuộc cách mạng về hàng không, nguyên tử, bán dẫn, nhiên liệu…

Và cuộc khủng hoảng kinh tế của ta hiện nay tác động rất lớn tới ngành nông nghiệp rất có thể sẽ là tiền đề hình thành nên cuộc cách mạng về công nghệ nano trong nông nghiệp.

Trồng trọt không chỉ là một ngành của nông nghiệp mà còn là một ngành công nghiệp quan trọng. Sản phẩm truyền thống của trồng trọt là củ, quả, hạt sẽ đảm bảo an ninh lương thực và sản phẩm phi truyền thống thân, rễ, lá, solid fuel ở dạng bột min sẽ là nguồn bổ sung quan trọng cho an ninh năng lượng.

Ngoài ra, nano vi khoáng còn là một nguồn thay thế lớn cho phân bón, bởi như những thí nghệm đã thực hiện trên một số loại cây đều cho thấy nếu dùng nano vi khoáng không cần bón phân, mở ra tương lai nền nông nghiệp sạch, thân thiện môi trường.

Tiến sĩ Nguyễn Thế Hùng.

Hiện tại, TS Hùng đang tiến hành khảo nghiệm ở diện hẹp phân bón nano trên phần lớn các loại cây trồng phổ biến ở nước ta như rau màu, lúa, cao su… để đánh giá kết quả, năng suất của cây trồng so với việc bón phân truyền thống.

Sau khi có kết quả khảo nghiệm, ông sẽ nghiên cứu trên quy mô lớn và diện rộng để có công thức, kết quả chính xác về công nghệ đầy tiềm năng này.