Viễn cảnh nhà máy thực vật trong tương lai (kỳ 2)

STNN - Hiện tại, tổng số nhà máy thực vật ở Trung Quốc đã vượt quá con số 220. Trung Quốc trở thành quốc gia đứng thứ hai về nhà máy thực vật, sau Nhật Bản.

• Viễn cảnh nhà máy thực vật trong tương lai (kỳ 1)
• Khủng hoảng lương thực – “vũ khí” bá quyền của Mỹ

"Tùy chỉnh ánh sáng" cho thực vật

Nhà nghiên cứu Dương Kì Trưởng công tác tại Viện Nông nghiệp Đô thị thuộc Học viện Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc, cũng là nhà khoa học hàng đầu về nhà máy thực vật thông minh chia sẻ:

Cây trồng trong môi trường trong nhà thiếu ánh sáng tự nhiên, vì vậy hệ thống chiếu sáng đã trở thành thiết bị cốt lõi đảm bảo sự phát triển của cây trồng. Các loại cây khác nhau thì yêu cầu về ánh sáng cũng khác nhau, và các giai đoạn phát triển khác nhau của cây cũng cần các nguồn ánh sáng khác nhau. Lấy xà lách làm ví dụ, cần nhiều ánh sáng xanh hơn trong giai đoạn cây con để làm cho cây con cứng cáp, và cần nhiều ánh sáng đỏ hơn trong giai đoạn sau để tăng tốc độ phát triển của cây. Các nhà khoa học phải tự tìm ra “công thức ánh sáng” tùy theo đặc điểm riêng của từng loài thực vật. "Công thức ánh sáng" phù hợp không chỉ có thể cải thiện đáng kể năng suất và chất lượng của cây trồng mà còn kiểm soát cây trồng, làm cho rau giàu dinh dưỡng và ngon hơn, ra hoa nhiều màu hơn, trái ngọt và bổ dưỡng hơn, từ đó nâng cao lợi ích kinh tế.

Ngay từ những năm 1950, các nhà máy thực vật đã xuất hiện tại một số nước phát triển ở Âu Mỹ. Nguồn sáng lúc bấy giờ chủ yếu dùng đèn cao áp natri. Tuy nhiên, do tiêu thụ nhiều năng lượng và chi phí vận hành của đèn cao áp natri cao, nên các nước này đã dừng lại sau một thời gian thăm dò. Đến cuối những năm 1990, Nhật Bản bắt đầu khám phá việc sử dụng đèn huỳnh quang làm nguồn sáng cho các nhà máy, nhưng nhược điểm là tiêu tốn nhiều năng lượng. Ngoài ra, hiệu suất phát sáng của đèn huỳnh quang và đèn cao áp natri tương đối thấp. Hiệu suất ánh sáng của đèn cao áp natri chỉ đạt 30% tức là 70% ánh sáng không hiệu quả. Hiệu suất phát sáng của đèn huỳnh quang khoảng 55%. Nếu sử dụng đèn cao áp natri hay đèn huỳnh quang để sản xuất rau thì 1kg rau ăn lá tiêu thụ 31-42kWh điện, đây là mức tiêu hao năng lượng rất lớn.

Sự phát triển của các nhà máy thực vật ở Trung Quốc bắt đầu tương đối muộn, và nó đã được khai phá từ khoảng năm 2002. Rất may mắn, chúng ta đã vượt qua kỷ nguyên của đèn cao áp natri và đèn huỳnh quang và trực tiếp bước vào kỷ nguyên của đèn LED. Đèn LED có nhiều ưu điểm: Thứ nhất, chúng phát ra ánh sáng đơn sắc và hiệu quả hơn, trong khi đèn cao áp natri, đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang đều là nguồn sáng đa phổ; Thứ hai, nó có thể được kết hợp thành quang phổ mà cây trồng cần; Thứ ba, nó tiết kiệm năng lượng hơn.

Bạn phải biết rằng 52% chi phí của một nhà máy sản xuất đến từ việc tiêu thụ điện, trong khi 60% điện năng tiêu thụ đến từ các nguồn sáng và 35% từ máy điều hòa không khí. Vì vậy, để giải quyết điểm nghẽn kỹ thuật then chốt của các nhà máy thực vật, trước hết phải giải quyết vấn đề tiêu thụ năng lượng của các nguồn sáng, tức là phải tìm được nguồn sáng hiệu quả.

Tuy nhiên, vẫn còn một chặng đường dài trước khi đèn LED có thể được sử dụng trong các nhà máy thực vật. Đầu tiên, chúng ta cần xác định xem mình cần kết hợp loại quang phổ nào để tiến hành kết hợp, loại quang phổ nào cần cho loại rau nào và tỷ lệ của quang phổ là bao nhiêu.

Nhiều năm trước, một nhà sinh lý học thực vật đã vẽ một đường cong gọi là đường cong hấp thụ của quang phổ thực vật. Từ đường cong có thể thấy rằng các đỉnh hấp thụ chính của thực vật nằm trong vùng ánh sáng xanh 400-500 nanomet và vùng ánh sáng đỏ 600-700 nanomet, và hai cực đại tối ưu lần lượt là 450 nanomet và 660 nanomet. Với cơ sở này, các nhà khoa học đã tiến hành phát triển nguồn ánh sáng dẫn đầu; sau vô số thí nghiệm, cuối cùng đã thiết lập được một hệ thống lý thuyết, đó là khái niệm "công thức ánh sáng".

Ngoài việc tùy chỉnh các "công thức ánh sáng" riêng cho các loại cây khác nhau, hướng chiếu xạ của nguồn sáng, ảnh hưởng của ánh sáng đỏ xa, tia cực tím... đối với sự phát triển của thực vật cũng cần được nghiên cứu cẩn thận. Có một câu nói rằng "thời vận tạo ra năng suất, nghịch cảnh tạo ra chất lượng", nghĩa là cây trồng sẽ phát triển nhanh hơn và cho năng suất cao hơn trong một môi trường tốt, trong khi nghịch cảnh có thể cải thiện chất lượng của cây trồng. Ví dụ, ánh sáng gần tia cực tím có một số thiệt hại nhất định đối với cây trồng, nhưng sau khi chiếu xạ cây trồng bằng một chút ánh sáng gần tia cực tím, chất lượng của cây trồng đã được cải thiện rất nhiều.

"Tương lai rất hứa hẹn"

Hiện tại, Trung Quốc có hơn 220 nhà máy thực vật và trở thành quốc gia đứng thứ hai về nhà máy thực vật sau Nhật Bản.

Trong khi các nhà máy thực vật có nhiều lợi thế và nhu cầu xã hội rộng rãi, nhưng một số thách thức vẫn còn. Trong số đó, hệ thống tiêu thụ nhiều năng lượng dẫn đến chi phí vận hành cao, là điểm nghẽn khiến sự phát triển của các nhà máy nhà máy bị phá vỡ. Lấy ví dụ nhà máy thực vật của chúng tôi ở Bắc Kinh: nhà máy thực vật thương mại hóa này có diện tích 2.400m², hiện tại các loại rau được sản xuất có sẵn trong một số nhà hàng và siêu thị nổi tiếng ở Bắc Kinh. Nhìn chung, giá một kg rau vào khoảng 24 nhân dân tệ.

Trong tương lai, việc giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng của các nguồn ánh sáng nhân tạo và hệ thống điều hòa không khí, thông minh hiện thực hóa việc quản lý và điều khiển trong các nhà máy thực vật. Xây dựng một hệ thống công nghệ sản xuất nhà máy thông minh, ít carbon và hiệu quả là chìa khóa cho phổ biến nhanh chóng và quảng bá các nhà máy thực vật. Hiện tại, bằng những nỗ lực không ngừng của chúng tôi, mức tiêu thụ năng lượng toàn diện đã giảm từ 31-42kWh/1kg rau xuống còn 8,25kWh. Hiện nay, mức quốc tế chung là tiêu thụ hơn 10kWh điện cho mỗi kg rau. Về mặt lý thuyết, chúng ta có thể tiếp tục giảm mức tiêu thụ năng lượng để đạt 4-5kWh điện cho mỗi kg rau, đó là mục tiêu của chúng ta trong tương lai.

Ngoài ra, chúng tôi đang thử nghiệm với tia laser, biến tia laser từ một đường thẳng thành một bề mặt và sau đó khuếch tán. Mức tiêu thụ năng lượng của tia laser chỉ bằng 1/3-1/5 so với đèn LED nên tia laser được coi là nguồn sáng có tiềm năng lớn trong tương lai.

Sự đột phá trong công nghệ nhà máy thực vật, cũng đã mang lại cơ hội cho nhiều ngành công nghiệp. Ví dụ, ngành công nghiệp nguồn sáng thực vật của Trung Quốc hiện chiếm 80 đến 90% tổng sản lượng của thế giới. Năm 2021, chúng tôi đã xuất khẩu khoảng 450 triệu đô la Mỹ đèn LED và quy mô thị trường sẽ còn lớn hơn trong tương lai.

Các nhà máy thực vật cũng sẽ đóng một vai trò trong sự phát triển đô thị. Hãy tưởng tượng trong tương lai, chúng ta sẽ xây dựng một nhà máy sản xuất cây thẳng đứng cao 30 tầng tại Bắc Kinh, tổng sản lượng rau hàng năm khoảng 10.800 tấn, có thể cung cấp rau cho 40.000 cư dân xung quanh trong một năm, điều này rất ấn tượng. Một mặt, liên kết vận chuyển rau được nén lại rất nhiều, không cần phải vận chuyển đường dài đến các trung tâm phân phối sản xuất rau như ở Thọ Quang (Sơn Đông), mà người dân có thể mua được rau sạch gần đó. Mặt khác, một số người cao tuổi ở thành phố mới nghỉ hưu còn khả năng lao động, có thể đến các nhà máy để tham gia lao động, không chỉ rèn luyện sức khỏe mà còn thu được những lợi ích nhất định.

Nói tóm lại, các nhà máy sản xuất thực vật đang thay đổi cuộc sống của chúng ta, chúng có thể đảm bảo an ninh lương thực của đất nước, làm phong phú thêm cuộc sống của cư dân thành thị và phát triển các ngành công nghiệp mới. Có thể nói, triển vọng tương lai của các xí nghiệp nhà máy là rất rộng mở.

Chử Cường (theo Thượng Quan)