Công nghệ chấm lượng tử carbon giúp tăng cường năng suất cây trồng

Tăng cường khả năng quang hợp

Liệu có thể bổ sung thứ gì đó vào cây trồng để chúng hấp thụ nhiều carbon và ánh sáng Mặt trời hơn, giúp tăng năng suất, giảm phát thải, đảm bảo thu nhập ổn định cũng như an ninh lương thực, đồng thời cắt giảm việc sử dụng phân bón?

Đó là tiền đề của công ty khởi nghiệp Qarbotech ở Malaysia. Họ đã phát triển công nghệ tăng cường quang hợp bằng vật liệu chấm lượng tử carbon tiên tiến. Chấm lượng tử carbon là một loại vật liệu nano carbon mới có kích thước dưới 10 nm. Với khả năng hòa tan trong nước và phát quang mạnh, dẫn điện tốt, độc tính thấp, thân thiện với môi trường, chấm lượng tử carbon đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ chẩn đoán ung thư cho đến chế tạo màn hình LED, cũng như màng phát quang cho các cây trồng trong nhà kính.

“Chỉ cần phun sản phẩm của chúng tôi lên lá cây, giờ đây cây trồng có thể thu được nhiều ánh sáng hơn để tăng tốc độ quang hợp”, Chor Chee Hoe, Tổng Giám đốc điều hành Qarbotech chia sẻ. “Với tốc độ quang hợp cao hơn, khả năng miễn dịch của cây trồng sẽ tăng lên và chúng có thể phát triển nhanh hơn, giúp nâng cao năng suất cao”.

Ra đời vào năm 2018, Qarbotech do Chor Chee Hoe, Giám đốc chiến lược Suraya Abdul Rashid và Giám đốc điều hành Amirul Merican cùng sáng lập. Mục tiêu của họ là phát triển một phương pháp thúc đẩy nông nghiệp bền vững, cô lập carbon dioxide (CO2) khỏi khí quyển và nâng cao hiệu quả canh tác cho người nông dân.

Sản phẩm chủ lực của Qarbotech là chế phẩm QarboGrow, được ra mắt vào năm 2022, sử dụng chấm lượng tử carbon hữu cơ, tương thích sinh học để tăng khả năng hấp thụ ánh sáng và tăng năng suất cây trồng lên tới 60%. Điều này giúp tối ưu hóa việc sử dụng phân bón, giảm phụ thuộc vào phân bón tổng hợp gây hại cho đất và gây ô nhiễm hành tinh. Hiện nay, phân bón gốc nitơ thải ra 700 triệu tấn CO2 mỗi năm, riêng châu Á thải ra 400 triệu tấn. Đáng chú ý, sau khi tiếp xúc với đất, chúng giải phóng khí nitơ oxit có khả năng làm nóng hành tinh mạnh hơn carbon gấp 300 lần.

“Tốc độ quang hợp tương tự như tốc độ trao đổi chất của con người. Chúng ta có thể tập thể dục và duy trì chế độ ăn uống và lối sống lành mạnh để tăng tốc độ trao đổi chất”, Chor giải thích. “Với tốc độ trao đổi chất nhanh hơn, chúng ta sẽ khỏe mạnh hơn và có thể hấp thụ hiệu quả chất dinh dưỡng từ những gì chúng ta tiêu thụ”.

“Công nghệ này do TS. Suraya Abdul Rashid, Giám đốc nghiên cứu của Qarbotech phát triển. Trước đây, TS. Rashid từng sử dụng các chấm lượng tử carbon trong các thí nghiệm quang xúc tác tại Đại học Putra Malaysia bởi chúng có khả năng loại bỏ carbon dioxide rất tốt. Sau đó, bà đã nghĩ đến việc áp dụng vào nông nghiệp, vì bản chất của quang hợp là loại bỏ carbon dioxide và tạo ra oxy”, Chor Chee Hoe, người từng hợp tác nghiên cứu với TS. Rashid vào năm 2020 và gia nhập Qarbotech với tư cách là người đồng sáng lập vào năm 2021, cho biết. “TS. Rashid cũng phát triển công nghệ tổng hợp chấm lượng tử carbon từ than sinh học từ chất thải nông nghiệp”.

Về nguyên lý, các chấm lượng tử carbon thâm nhập vào lá và tương tác với lục lạp - các “nhà máy thực phẩm” tí hon trong thực vật có khả năng biến ánh sáng mặt trời thành năng lượng, giúp tối ưu hóa quá trình hấp thụ photon (ánh sáng) và truyền electron. Điều này giúp cải thiện sức khỏe cây trồng, rút ngắn chu kỳ sinh trưởng của cây trồng, nâng cao chất lượng và khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng, giúp tăng năng suất và giảm lượng phân bón cần dùng.

Với tính sáng tạo và hiệu quả cao, giải pháp của Qarbotech đã được cấp bằng sáng chế cho quy trình tổng hợp vật liệu (chấm lượng tử carbon) từ than sinh học hoặc từ chất thải nông nghiệp. Hiện nay, họ đang mở rộng phạm vi bảo hộ sang các lĩnh vực ứng dụng, nhằm áp dụng giải pháp này vào các loại cây trồng cụ thể.

Cách sử dụng chế phẩm chứa chấm lượng carbon của Qarbotech cũng rất đơn giản. “Nông dân có thể trộn chế phẩm QarboGrow với nước và phun lên lá cây”, Chor giải thích. “Chế phẩm này có tính trơ (không phản ứng hóa học với các chất khác), do vậy, có thể phối hợp với nhiều loại chế phẩm khác dành cho cây trồng mà không bị phản ứng”.

Qarbotech không phải là nơi duy nhất đang tìm kiếm các giải pháp tăng khả năng quang hợp của thực vật. Tuy nhiên, so với các công ty khởi nghiệp đang nghiên cứu phát triển các giống cây trồng có khả năng quang hợp tốt hơn, giải pháp của Qarbotech đơn giản, ít tốn kém thời gian và chi phí hơn. Khác với các phương pháp lai tạo thực vật phải được thiết kế riêng cho từng loại cây trồng, giải pháp của Qarbotech “có thể áp dụng cho tất cả các loại cây trồng, thậm chí là vi tảo, dù hiện tại chúng tôi không khuyến nghị sử dụng cho thủy canh”, Chor nói.

Ngoài việc không có đối thủ cạnh tranh trực tiếp nào, Qarbotech còn sở hữu lợi thế quan trọng so với các công ty sản xuất chấm lượng tử khác. Trong khi phần lớn công ty sản xuất chấm lượng tử hiện nay sử dụng quy trình tổng hợp hóa học, sản phẩm của Qarbotech có khả năng tương thích sinh học (khả năng tiếp xúc với các mô sống hoặc hệ thống sống mà không gây ra tác dụng phụ) 100%.

Thị trường tiềm năng

Giải pháp của Qarbotech thuộc lĩnh vực công nghệ nano - một lĩnh vực được dự đoán ​​sẽ phát triển mạnh mẽ trong thập kỷ tới. Theo Fortune Business Insights, thị trường chấm lượng tử carbon sẽ đạt 25 tỷ USD vào năm 2032.

Khi sử dụng QarboGrow, người trồng lúa “có thể thu được 5 USD trên 1 USD bỏ ra mua chế phẩm”, Chor tuyên bố. Qarbotech đã thử nghiệm sản phẩm của mình trong các trang trại ở nhiều khu vực trên khắp Malaysia và Indonesia. Họ đã tiến hành thí điểm với PT Iceh Agro Indonesia trên cánh đồng lúa có diện tích 400 ha. Kết quả cho thấy việc áp dụng QarboGrow giúp tăng năng suất lên tới 1 tấn/ha, cải thiện đáng kể thu nhập cho người nông dân.

Tuy nhiên, vẫn cần nhiều thử nghiệm hơn nữa để thuyết phục khách hàng. “Chúng tôi đã thử nghiệm trên nhiều loại cây trồng, trong đó nhiều nhất là lúa, với 450 ha, cho thấy sản lượng tăng 10-50%. Các loại cây trồng khác bao gồm rau lá, rau ăn quả, dưa và dứa, chỉ thử nghiệm trên khoảng 1-10 ha. Vì vậy chúng tôi sẽ cần nhiều dữ liệu hơn để thuyết phục những người mua lớn hơn [dùng thử sản phẩm]”.

Hiện nay, Qarbotech đang bán trực tiếp sản phẩm cho nông dân cũng như thông qua các nhà phân phối (bao gồm các nhà sản xuất hạt giống, nhà bán cung cấp vật tư nông nghiệp và nhà cung cấp giải pháp nông nghiệp kỹ thuật số). “Chúng tôi đang hợp tác với một số hiệp hội nông nghiệp địa phương để giới thiệu giải pháp này đến với nông dân”, Chor cho biết. “Ở Malaysia, chúng tôi quan tâm nhiều đến những người nông dân sản xuất nhỏ, vì đó là nơi chúng tôi bắt đầu thu thập dữ liệu và xây dựng mối quan hệ. Bây giờ chúng tôi đang chuyển sang các đồn điền và trang trại có quy mô vừa và lớn, và một số trong số họ đã bắt đầu dùng thử sản phẩm của chúng tôi”. Một đối tác như vậy là Farm Fresh - thương hiệu sữa hàng đầu của Malaysia. Ngoài ra, họ cũng đang hợp tác với một doanh nghiệp nhà nước ở miền nam Malaysia để thử nghiệm chế phẩm trong trồng rau.

Tuy chế phẩm này phải dùng nhiều lần chứ không phải “một lần là xong”, nhưng có thể tích hợp vào các chế độ phun thuốc hoặc chăm sóc hiện có. “Chẳng hạn với một chu kỳ trồng lúa, người nông dân chỉ cần phun bốn lần chế phẩm của chúng tôi là sẽ thấy hiệu quả”, Chor nói.

Để tránh những rủi ro liên quan đến xử lý vật liệu nano, có thể bị hít vào hoặc hấp thụ qua da ở dạng bột và dễ dàng đi vào phổi, máu hoặc tế bào, quy trình của Qarbotech đảm bảo rằng các vật liệu ở dạng lỏng. “Chúng tôi chế tạo vật liệu ở dạng dung dịch lỏng ngay từ bước đầu tiên để tránh mọi nguy hiểm cho người xử lý”, ông cho biết. Dù vật liệu này dễ vận chuyển và không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ, nhưng nó cần được lưu trữ và vận chuyển trong bao bì mờ đục, không tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời do nhạy cảm với ánh sáng.

QarboGrow được phân loại là chất kích thích sinh học, đã được chấp thuận tại Malaysia và đang trong quá trình phê duyệt tại Indonesia, có thể sẽ kéo dài đến cuối năm 2025. Quá trình mở rộng từ quy mô phòng thí nghiệm lên quy mô sản xuất cũng đang được tiến hành. “Đầu năm 2022, TS. Rashid đã sản xuất các chấm lượng tử carbon trong phòng thí nghiệm ở quy mô nhỏ, khoảng 200 lít mỗi tháng. Hiện nay, chúng tôi đã mở rộng quy mô sản xuất lên khoảng 20.000 lít mỗi tháng tại cơ sở mới [ở Puchong] và với việc mở rộng sản xuất [nhờ nguồn vốn đầu tư gần đây], chúng tôi có khả năng sản xuất 100.000 lít vào tháng ba năm sau”, Chor nói.

Với nguồn vốn mới - 1,5 triệu USD trong vòng hạt giống mở rộng do 500 Global, Better Bite Ventures, ID Capital, EQT Foundation, Epic Angels và các công ty khác tài trợ, Qarbotech đang mở rộng sản xuất và hướng đến các thị trường mới như Indonesia, Thái Lan và Việt Nam. Công ty khởi nghiệp này cũng đang lên kế hoạch gọi vốn khác vào năm tới để tiếp tục quá trình mở rộng thị trường, bao gồm cả Nam Phi.