Hệ thống lò phản ứng sinh học sản xuất vi tảo chịu nhiệt

Những hòn đảo xa xôi như Bonaire thường khó đảm bảo khả năng tự cung/cấp đối với rất nhiều mặt hàng thiết yếu, từ thực phẩm cho đến nhiên liệu, và thường phải nhập khẩu từ bên ngoài. Hoạt động vận tải, chủ yếu bằng tàu biển (chạy diesel), sẽ góp phần làm gia tăng lượng khí thải nhà kính. Tình hình sẽ trở nên tốt đẹp hơn nhiều nếu một số sản phẩm như vậy được sản xuất ngay trên đảo theo quy trình bền vững.

Một cơ sở nuôi vi tảo tại Đại học Wageningen. Ảnh: Intreegue Photography

Nhóm nghiên cứu của Wageningen đã nghĩ đến vi tảo – loại sinh vật có kích thước thậm chí còn nhỏ hơn tế bào hồng cầu, với khả năng sinh sản cực nhanh trong điều kiện phù hợp cùng rất nhiều ứng dụng tiềm năng. Chẳng hạn, nếu 1ha cọ có thể cho sản lượng dầu khoảng 6.000 lít mỗi năm thì một trại vi tảo cùng quy mô có thể đáp ứng tới 35.000 lít. Ngoài ra, vi tảo còn là nguồn cung cấp protein và chất béo vô cùng dồi dào. Giáo sư René Wijffels – chuyên ngành kỹ thuật sinh học tại Wageningen – đặc biệt tin tưởng vào khả năng biến vi tảo thành nhiên liệu sinh học (bio-fuel) để cấp cho máy bay đến và đi từ đảo. Mặc dù quy trình này hiện còn quá đắt đỏ nhưng một vài ứng dụng khác hoàn toàn có thể trở thành hiện thực trong tương lai gần, VD: dùng vi tảo để sản xuất thức ăn cho cá nuôi hoặc thực phẩm thay thế thịt.

Vài năm trước, GS. Wijffels và đồng nghiệp đã thực hiện nhiều cuộc khảo sát để lắp đặt một cơ sở bioreactor thử nghiệm tại Bonaire, dưới sự ủng hộ của chính quyền địa phương, sau đó mở rộng thành một “hệ thống sản xuất khép kín” sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có trên đảo. Mặc dù vậy, việc phát triển một giải pháp hoàn chỉnh hiện vẫn gặp không ít thách thức, trong đó rào cản lớn nhất là vi tảo không ưa nhiệt độ quá cao. Nếu nhiệt độ bên trong bioreactor tăng lên quá mức – khả năng dễ xảy ra ở vùng nhiệt đới – thì tảo sẽ chết. Tất nhiên chúng ta có thể làm mát bioreactor nhưng sẽ rất tốn điện và nước – điều không phù hợp với tầm nhìn lý tưởng về những hệ thống tuần hoàn bền vững.

Vi tảo được kỳ vọng sẽ giúp những hòn đảo xa xôi tự đáp ứng được nhu cầu về nhiên liệu. Ảnh: WUR

Hai nghiên cứu sinh tiến sĩ Robin Barten và Rocca Chin-on đã tìm ra giải pháp cho vấn đề này. Trong phòng lab tại Wageningen, Barten đã phát hiện ra loài vi tảo Picochlorum sp. (xuất hiện nhiều trong tự nhiên ở Bonaire) có khả năng kháng nhiệt, mặn tốt, sinh sôi rất nhanh và đặc biệt giàu dinh dưỡng khi chứa hàm lượng protein lên tới 50%. Bằng những thí nghiệm tiến hóa được thực hiện liên tục trong suốt một năm, Barten đã tạo ra loại Picochlorum sp., mới thậm chí còn ưu việt hơn – chịu được nhiệt độ lên tới 47.5^oC (cao hơn 2.5^oC so với thế hệ đầu) và phát triển nhanh nhất ở nhiệt độ khoảng 40^oC. Còn Chin-on thì thiết kế một nguyên mẫu bioreactor với hình dạng gần giống chữ V và giải quyết khâu làm mát (khi nhiệt độ tăng cao) bằng cách nhấn chìm toàn bộ thiết bị trong nước ở nhiệt độ 30^oC. Hệ thống vận hành tốt và cũng phù hợp với các loại tảo có khả năng chịu nhiệt không bằng Picochlorum sp.

Hai nhà nghiên cứu Barten và Chin-on bên cạnh thiết bị bioreactor sản xuất vi tảo tại Bonaire. Ảnh: WUR

Bất chấp những tiến bộ gần đây trong nghiên cứu về phương pháp và quy trình sản xuất vi tảo, việc nhân rộng quy mô của hệ thống bioreactor trên đảo Bonaire thực sự không hề đơn giản, với trở ngại lớn nhất, theo GS. Wijffels, vẫn là vấn đề tài chính. Kinh tế Bonaire chủ yếu phụ thuộc vào du lịch và có rất ít doanh nghiệp lớn đủ tiềm lực để biến cơ sở thử nghiệm của Wageningen thành một mô hình kinh doanh sinh lời. Vì thế GS. Wijffels đã đề xuất kêu gọi nhà đầu tư từ khắp nơi trên thế giới. Ông hy vọng giới chức, doanh nghiệp và các tổ chức tài trợ khoa học sẽ quan tâm tới dự án này. “Đó là cách tốt nhất để đảm bảo nguồn tài chính và cũng vì lợi ích của Bonaire, giúp hòn đảo đạt được khả năng tự cung/cấp tốt hơn, đa dạng hóa nền kinh tế và trở thành hình mẫu tham khảo cho những nơi khác” ông nói.