Tảo có thể sẽ là một nguồn nhiên liệu trong tương lai giúp giảm lượng khí thải carbon, giảm thiểu biến đổi khí hậu, giảm bớt sự phụ thuộc vào dầu mỏ và chuyển đổi nền kinh tế sinh học...

Các nhà khoa học của Texas A&M AgriLife Research đã và đang ứng dụng trí thông minh nhân tạo AI để tạo ra kỷ lục thế giới mới về sản xuất tảo như một nguồn nhiên liệu sinh học đáng tin cậy, an toàn, có thể được thay thế cho nhiên liệu máy bay và phục vụ các nhu cầu vận chuyển khác.

Tái tạo năng lượng

Nhiên liệu sinh học từ  tảo được coi là một trong những giải pháp tiết kiệm năng lượng, có chi phí thấp hơn than đá hoặc khí đốt tự nhiên. Nó cũng cung cấp một cách thức thu và sử dụng carbon hiệu quả hơn. Trong năm 2013, một bài báo đăng trên tạp chí Công Nghệ Bioresource đưa ra kết quả nghiên cứu về việc sử dụng năng lượng từ tảo biển sẽ giúp cắt giảm 50-70% lượng khí thải CO₂. Nhiều nghiên cứu khác cũng chỉ ra được tiềm năng vô hạn của loại thực vật này, với khả năng thay thế điện hạt nhân hay giúp phát triển những chuyến bay “xanh”.

Joshua S.Yuan, người làm việc với tư cách là nhà khoa học của AgriLife Research, cho biết: “Việc thương mại hóa nhiên liệu sinh học tảo hiện bị cản trở bởi năng suất tương đối thấp và chi phí thu hoạch cao. Sự hạn chế nguồn năng lượng ánh sáng, bị che khuất lẫn nhau và canh tác kém đều là nguyên nhân dẫn đến năng suất thấp." 

Nuôi tảo kết hợp công nghệ AI

Trong một nghiên cứu gần đây của Joshua S.Yuan và cộng sự (2022) đã tiến hành cải tiến phương pháp nuôi có thể hạn chế được những khó khăn trên bằng cách cải tiến học máy (một tính năng của AI, cho phép các chuyên gia đào tạo cho AI để nó nhận biết các mẫu dữ liệu và dự đoán) để cung cấp thông tin hỗ trợ nuôi tảo theo mô hình bán liên tục (SAC - semi-continuous algal cultivation) nhằm duy trì sự phát triển của tế bào và giảm thiểu che khuất lẫn nhau.

Tảo có thể sẽ là nguồn nhiên liệu sinh học an toàn trong tương lai. Ảnh: bilimakademisi

Các thông tin được AI cung cấp như dự đoán sự phân bố ánh sáng - LDP và cường độ ánh sáng đo bằng thước xám (grayscale values- GSV). Phương pháp mà Yuan và nhóm nghiên cứu đã đạt được thành công nhất định khi thí nghiệm ngoài trời với năng suất sinh khối đạt 43,3 g/m² mỗi ngày, cao nhất từng được ghi nhận.

So với các phương pháp truyền thống như ly tâm, lọc, keo tụ hóa học hoặc keo tụ sinh học có thể chiếm tới 30% tổng chi phí và 50% tổng năng lượng sử dụng, điều làm cho việc thu hoạch thường xuyên trở nên không hiệu quả. Yuan cho biết nhóm nghiên cứu của ông sử dụng “Quá trình lắng dựa trên sự kết hợp gọi là ASB (aggregation-based sedimentation) ứng dụng Synechococcus elongatus UTEX2973, một vi khuẩn lam đơn bào (Cyanobacteria) có khả năng phát triển tự dưỡng nhanh chóng, để tạo ra limonene, làm tăng tính kỵ nước của bề mặt tế bào Cyanobacteria và cho phép tập hợp, lắng đọng tế bào hiệu quả và chi phí thu hoạch được giảm đáng kể.

Triển vọng 

Hiện nay, ý tưởng biến tảo thành nguồn năng lượng vẫn chỉ dừng ở mức nghiên cứu và khảo nghiệm, chưa có những ứng dụng rộng rãi. Một khi hoàn thiện và đưa vào ứng dụng thực tế, mô hình này hứa hẹn sẽ tạo ra nguồn nhiên liệu tái tạo giúp giảm lượng khí thải carbon, giảm thiểu biến đổi khí hậu, giảm bớt sự phụ thuộc vào dầu mỏ và chuyển đổi nền kinh tế sinh học.

Tuy nhiên, tảo là sinh vật phức tạp, có khả năng khai thác nhưng lại khó khai thác một cách hiệu quả. Vấn đề khiến tảo chưa được chấp nhận trên diện rộng một phần là do giá cả, theo ghi nhận năm 2016 báo cáo vào khoảng 2USD/lít. Cụ thể hơn trong mô hình nuôi tảo kết hợp AI thì giá bán sinh khối tối thiểu khoảng 281 USD/tấn. Mặc dù giá xăng dầu và các nhiên liệu khác thay đổi khá thường xuyên, nhưng xu hướng vẫn thấp hơn con số này.

Hy vọng những công nghệ tiên tiến trong tương lai sẽ giúp giảm giá thành tới mức hợp lý, để ngành công nghiệp nhiên liệu sinh học từ tảo phát triển .Nếu thành hiện thực, tảo sẽ trở thành nguồn năng lượng sạch và an toàn giúp giải quyết những vấn đề ô nhiễm hiện tại con người phải đối mặt.

Nguồn: Bin Long, Bart Fischer, Yining Zeng, Zoe Amerigian, Qiang Li, Henry Bryant, Man Li, Susie Y. Dai & Joshua S. Yuan. Machine learning-informed and synthetic biology-enabled semi-continuous algal cultivation to unleash renewable fuel productivity (2022). Nature New.