“Dĩ mộc trị độc”, chữa lành cho đất

Lê MY 10/7/2021 6:05 GMT+7

TTCT - Khi cày xới những cánh rừng và quấy nhiễu lòng đất để tìm quặng, ngành khai khoáng và luyện kim đã để lại phía sau những mảnh đất đầy sẹo và những vùng nước ô nhiễm. Giới khoa học đã phát hiện một giải pháp khử độc không ngờ tới: cây cối, thứ tưởng chẳng thể nào sống nổi trên đất nhiễm kim loại nặng.

 
 Ảnh: Antony van der Ent

Tìm kiếm mô hình khai thác bền vững hơn và liệu trình “thải độc” cho các mỏ kim loại là nhu cầu cấp thiết khi lối khai khoáng truyền thống vẫn còn độc hại và số lượng mỏ và trữ lượng khoáng sản là có hạn.

“Kim khắc mộc” và ngoại lệ

Hãy nhìn bức hình trên. Nhựa chảy ra từ thân cây này có màu xanh ngọc bích. Bạn nghĩ đó là gì? Chắc chắn, cái cây này chẳng liên quan gì đến người ngoài hành tinh hay đoàn làm phim khoa học viễn tưởng. Nó thuộc về một khu rừng ở Malaysia, nơi các nhà thực vật học đang nghiên cứu những hyperaccumulator, có thể hiểu là những loài cây “siêu (hyper-) tích lũy (accumulate)” kim loại.

Chất nhựa cây màu xanh kia hóa ra rất giàu niken, một kim loại hữu dụng, với tỉ lệ (khối lượng niken/khối lượng hỗn hợp) là hơn 16%, cao hơn nhiều so với chỗ quặng đang dùng trong các nhà máy luyện niken trên thế giới (dưới 10%). Loài cây này có tên khoa học là Phyllanthus balgooyi, có họ hàng với cây thuốc diệp hạ châu (cây chó đẻ răng cưa) ở nước ta.

Tất cả các loài thực vật đều cần một số nguyên tố vi lượng để phát triển, nhưng nếu đất chứa quá nhiều kim loại, đa số thực vật sẽ “ngộ độc” mà chết. Hyperaccumulator thì khác, chúng có thể dung nạp kim loại độc hại với nồng độ cao gấp hàng trăm, thậm chí hàng ngàn lần so với nồng độ thường thấy ở những loài sống trên đất thường, mà không hề xuất hiện các triệu chứng nhiễm độc.

Tại sao các loài cây này lại hấp thụ nhiều kim loại đến thế? Hiện vẫn chưa có câu trả lời chính thức. Giáo sư thuộc ĐH Melbourne (Úc), Alan Baker, người đã nghiên cứu mối quan hệ giữa thực vật và đất từ những năm 1970, tin rằng lý do có thể là chúng tiến hóa để tự vệ.

“Có một số giả thuyết đã được đưa ra, nhưng lý do hợp lý nhất là chúng (kim loại) cung cấp sự bảo vệ chống lại côn trùng ăn lá và động vật ăn lá - giáo sư Baker nói với Đài ABC News (Úc) - Điều đó đã được chứng minh bằng thực nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm và cũng có bằng chứng từ thực địa”.

Từ 500 năm trước, Georgius Agricola, học giả và nhà khoa học người Đức được mệnh danh là “cha đẻ của ngành khoáng vật học”, thường nấu chảy cây lá mỗi khi rảnh rỗi, vì biết rằng thông qua những chiếc lá, ta có thể đoán được những kim loại nào đang nằm trong lòng đất, ngay bên dưới cái cây.

Ngày nay, việc ứng dụng các loài thực vật “siêu tích lũy” có thể tiến xa hơn. Chúng có thể giúp loài người khai thác hoặc loại bỏ những nguyên tố kim loại trong đất mà không cần đến những can thiệp thô bạo vào thiên nhiên.

 Tính đến tháng 9-2017, có 721 loài thực vật được xác định trong cơ sở dữ liệu toàn cầu về hyperaccumulator, theo tạp chí thực vật học New Phytologist. Một số loài còn có khả năng “ăn” nhiều hơn một loại nguyên tố. Các quốc gia có số lượng hyperaccumulator được công bố nhiều nhất là Cuba, New Caledonia, Thổ Nhĩ Kỳ và Brazil. Với những nghiên cứu tiên phong ở Sabah của Malaysia, Đông Nam Á cũng hứa hẹn trở thành trung tâm đa dạng các loài hyperaccumulator của thế giới.

“Nông trại kim loại”

Agromining (có tài liệu gọi là phytomining) là ý tưởng kết hợp nông nghiệp (agro-) và khai khoáng (mining), hay khai khoáng thông qua thực vật (phyto-). Theo đó, các loài hyperaccumulator được trồng, sau đó thu hoạch và xử lý để thu hồi kim loại. Thân, cành, lá có thể được phơi khô và đốt lấy tro, tạo thành “quặng sinh học”.

ABC News dẫn lời nhà thực vật học Antony van der Ent: “Đó là loại quặng cực kỳ cao cấp, sau đó có thể được xử lý bằng các kỹ thuật luyện kim thủy lực đúng chuẩn”. Tại ĐH Queensland (Úc), vị này hiện đang thí nghiệm trên chi thực vật Macadamia, gồm 4 loài cây bản địa của Úc (chính là loài cây cho ta những hạt mắc ca béo bổ). Trừ hạt ra, lá và nhựa của chúng rất giàu mangan.

Quay lại với niken, đây là kim loại đứng trước nhiều cơ hội nhất. Trong 721 loài hyperaccumulator đã được xác định, có đến 523 loài chỉ “ăn” niken. Thường được biết đến dưới dạng những đồng xu trắng bạc bóng loáng, niken còn là một thành phần quan trọng để sản xuất thép không gỉ, pin cho xe điện và năng lượng tái tạo... Việc khai thác và chế biến niken làm phá hủy đất đai và tạo ra nhiều chất thải độc hại. Liều lượng niken cao gây nguy hiểm cho đa số thực vật lẫn con người.

Để thuyết phục thế giới rằng agromining không chỉ là khoa học vui, các nhà nghiên cứu từ ĐH Lorraine (Pháp) đã gầy dựng “nông trại kim loại” đầu tiên trên thế giới, thuê đất của một làng quê, nơi được xác định là có hàm lượng niken cao, trên phần đảo Borneo thuộc Malaysia.

Cứ sau 6 đến 12 tháng, nông dân sẽ đến thu hoạch (khoảng 0,3m của mỗi nhánh cây), sau đó đốt thành tro hoặc “ép” cho kim loại chảy ra ngoài. Trong 5 năm qua, mô hình trình diễn này báo cáo đạt sản lượng liên tục từ 200 đến 300kg niken trên mỗi hecta mỗi năm, có thể đạt giá trị vài ngàn đôla Mỹ trên thị trường thế giới (giá niken được dự báo ở mức trung bình 13.800 USD/tấn vào năm 2021, theo trang Statista).

 
 Mô hình trình diễn "nông trại kim loại" ở Sabah (Malaysia). Ảnh: Antony van der Ent

Tuy kết quả từ Malaysia đầy hứa hẹn, việc thương mại hóa vẫn còn ở khá xa, theo Antony van der Ent, ông cũng là một thành viên của dự án này. Nhóm này hiện đang tìm kiếm vài đối tác trong ngành. Họ hy vọng trong vòng 10 năm, các “nông trại kim loại” sẽ được nhân rộng như việc canh tác dừa hay cà phê, để giải quyết phần nào nhu cầu vô độ của con người đối với các kim loại cơ bản cũng như quý hiếm.

Thải độc cho đất

Agromining còn có thể được ứng dụng để loại bỏ các kim loại không mong muốn, nhờ đó khôi phục đất bị ô nhiễm. Các công ty khai khoáng có thể trồng những loài cây đặc biệt này tại các khu mỏ cũ kỹ, bỏ hoang, vốn độc hại đối với nguồn nước và môi trường xung quanh. Và thậm chí, họ có thể đồng thời kiếm thêm một ít tiền.

Giáo sư Baker tin rằng agromining có thể cải thiện thu nhập cho người dân ở các nước đang phát triển, “nó mang lại rất nhiều tiềm năng cho những khu vực không thích hợp để làm nông nghiệp bình thường”. Một điểm thú vị là trong mô hình này, không có sự cạnh tranh đất màu mỡ giữa cây lương thực và cây công nghiệp.

 
 Loài Pycnandra acuminata ở New Caledonia chứa 25% niken. -Ảnh: Antony van der Ent

Agromining chỉ là một hoạt động tạm thời nhằm cải thiện chất lượng đất. Giả dụ sau 20 năm, bộ rễ của các loài hyperaccumulator sẽ phải chật vật để tìm đủ lượng niken cần thiết, nhưng tin vui là mảnh đất đó đã được “thải độc”, sẵn sàng nuôi dưỡng các loại cây lương thực, cây ăn trái. Như vậy, với agromining, chúng ta trả lại sự màu mỡ cho đất, thay vì lấy nó đi.

Bên cạnh đó, có một lo ngại khác là nông dân có thể phá rừng nhiệt đới để lấy đất cho những cây trồng sinh lợi cao này - giống như loài người đã từng phá rừng ở châu Phi hay Indonesia và Malaysia vì cây cọ dầu. Tuy nhiên, theo các nhà nghiên cứu, hệ quả đó khó xảy ra vì các khu vực có tiềm năng cho agromining thường không mấy hấp dẫn với các loài thực vật khác, bởi lượng kim loại cao trong đất.

Vấn đề cần được chú tâm hơn chính là công tác quản lý cây trồng sao cho cẩn thận và phù hợp. Một sự cố đáng tiếc từng được ghi nhận ở tây nam bang Oregon (Mỹ). Cây A. muraleA. corsicum (đều thuộc họ cải) có khả năng sống sót trên đất giàu magiê và kim loại nặng, đặc biệt hấp thụ tốt niken. Tuy nhiên, việc quản lý kém đã cho phép chúng sinh sôi bành trướng, đe dọa nhiều loài đặc hữu và quý hiếm của địa phương. Kết cục là chúng bị xếp vào hàng cỏ dại nguy hại ở Oregon, và việc sử dụng trong tương lai đã bị cấm.

Từ năm 2000 - 2017, trên khắp thế giới, có ít nhất 21.000 khu vực diễn ra hoạt động khai khoáng, chủ yếu là than và quặng kim loại - theo một nghiên cứu sử dụng ảnh chụp vệ tinh của Áo công bố vào năm ngoái.

Thật khó đảo ngược những tổn thương mà chúng ta đã tạo ra trong tự nhiên dưới danh nghĩa “khai thác”. Nhưng ngay lúc này, những loài cây “siêu tích lũy” cùng kỹ thuật agromining đang mở ra những cơ hội để ta chữa lành Trái đất.■

Trên trang tin của Viện Khoa học và công nghệ mỏ - luyện kim, ThS Đào Công Vũ cho biết “quặng niken hàm lượng cao đang ngày càng cạn kiệt” trong khi “nhu cầu sử dụng kim loại niken trên thế giới đang ngày càng gia tăng”. Ba nước có trữ lượng niken lớn nhất là: Indonesia, Úc và Brazil. Từ tháng 1-2020, Indonesia quyết định cấm xuất khẩu quặng niken, nhằm giữ lại nguồn quặng cho nhu cầu trong nước.

Khoáng sản niken của nước ta không nhiều và chủ yếu là loại quặng xâm tán hàm lượng thấp, tập trung chủ yếu ở các tỉnh Thanh Hóa, Sơn La và Cao Bằng. Trong đó, phần lớn tồn tại ở dạng khoáng vật đi kèm trong quặng crôm, hiện chưa có giải pháp thu hồi hiệu quả.

Bình luận
    Viết bình luận...