Tài liệu Nông nghiệp 4.0 - Dự báo các công nghệ nông nghiệp trong tương lai

được kỳ vọng sẽ khiến cho sản xuất bền hơn. Chất lượng cây trồng sẽ được cải thiện, sản xuất sẽ tăng lên và sức đề kháng của cây trồng chống lại bệnh tật, côn trùng và thuốc diệt cỏ sẽ tăng lên. 3.9. Nông nghiệp thông minh - Còn đƣợc gọi là: nông nghiệp vệ tinh, quản lý cây trồng theo địa điểm Nông nghiệp thông minh là lĩnh vực nông nghiệp trong đó cây trồng, vật nuôi và đất được xử lý chính xác theo nhu cầu của chúng. Khác với nông nghiệp truyền thống, trong nông nghiệp thông minh, nông dân đánh giá nhu cầu của mỗi một cây hoặc con vật thay vì đánh giá theo cánh đồng hoặc theo đàn. Tính đến các điều kiện cụ thể của đất, số giờ có nắng và khí hậu sẽ tối ưu hóa năng suất. Nông nghiệp thông minh hiệu quả được dựa trên phân tích dữ liệu. Chăn nuôi cây trồng và vật nuôi một cách chính xác và hiệu quả nhất có thể cần một số yếu tố cốt lõi - chẳng hạn như phát hiện tự động - để xác định những biến đổi của đất, cây trồng và động vật. Có thể thực hiện được việc này bằng các cảm biến. GPS được sử dụng để lập bản đồ sự biến đổi và cho nó một tham chiếu địa lý (georeference). Nông nghiệp thông minh cũng đòi hỏi hệ thống hỗ trợ quyết định, các quy tắc và mô hình ra quyết định, có khả năng chuyển hóa những biến đổi đo được thành hành động. Những hành động này được thiết kế phù hợp một cách chính xác với đất, cây trồng hoặc vật nuôi. Việc sử dụng thông minh các yếu tố cốt lõi này (phát hiện, các quy tắc ra quyết định, thực hiện, đánh giá) đòi hỏi công nghệ phải mang tính thích nghi. Công nghệ này chủ yếu phụ thuộc vào các công nghệ khác. Nông nghiệp thông minh hiện tại và trong tương lai gần Nông nghiệp thông minh cho phép sản xuất tùy chỉnh các sản phẩm cụ thể cho khách hàng cụ thể. Sản xuất tùy chỉnh khiến cho sản phẩm cũng như các phương pháp sản xuất ngày càng trở nên đa dạng. Những đổi mới sáng tạo gần đây trong lĩnh vực nông nghiệp thông minh bao gồm khả năng trao đổi dữ liệu tăng hơn bao giờ hết giữa máy móc, hệ thống quản lý và các nhà cung cấp dịch vụ, sự phát triển của các hệ thống phun, máy đốt cỏ dại và các loại cuốc chuyên dụng cho các hàng cây trồng. Ngành công nghiệp nhà kính đã sử dụng robot, ví dụ như trong cấy mô thực vật, và GNSS (Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu), cho phép định vị trong một ô hoặc cắt với độ chính xác vài cm. Nông nghiệp thông minh trong tương lai xa Sự phát triển của công nghệ cảm biến, CNTT và robot sẽ mở rộng biên giới của những đổi mới sáng tạo trong lĩnh vực nông nghiệp thông minh hơn nữa. Trong tương lai, người nông dân sẽ có thể xác định nhu cầu của một cây trồng ở bất kỳ vị trí cụ thể nào và ở thời điểm thích hợp ngày càng chính xác và từ khoảng cách xa. Tự động hóa hơn nữa các hoạt động nông nghiệp, như như cày và thu hoạch, cũng sẽ thúc đẩy phát triển nông nghiệp thông minh hơn nữa. Theo các chuyên gia việc mở rộng nông nghiệp thông minh sẽ làm tăng sản lượng trên mỗi vụ và có thêm nhiều hệ thống sản xuất hiệu quả hơn. 33 3.10. Năng lƣợng tái tạo - Còn đƣợc gọi là: năng lƣợng bền, năng lƣợng bền vững, chuyển đổi năng lƣợng Tầm quan trọng của năng lượng tái tạo như năng lượng gió và mặt trời chủ yếu nằm ở việc sản xuất năng lượng điện. Sự chuyển đổi sang dạng năng lượng này đòi hỏi điện khí hóa rất nhiều hoạt động hiện đang dựa trên nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như sưởi ấm và các hoạt động nhanh. Nhiên liệu sinh học có thể là một phần của giải pháp nếu thế giới hết nhiên liệu hóa thạch. Năng lượng tái tạo hiện nay và trong tương lai gần Có nhiều lý do lý giải tại sao ngành nông nghiệp nên giữ vai trò trong việc sản xuất năng lượng tái tạo. Nông nghiệp sản xuất ra sinh khối và do đó giữ vai trò trong chu trình CO₂. Ngoài ra, lĩnh vực nông nghiệp rất quan tâm tới các hoạt động bổ trợ, hình ảnh và tính bền vững của nó. Động lực mang tính kinh tế nằm ở việc tạo ra việc làm và tiết kiệm chi phí năng lượng ở trang trại, mặc dù yếu tố tiết kiệm chi phí năng lượng còn phụ thuộc vào loại hình trang trại. Tuy nhiên, giá thành năng lượng tái tạo thường cao hơn nhiều so với chi phí năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch. Hầu hết các phương án cho rằng nông nghiệp có thể giữ vai trò đi đầu và do đó dựa trên sinh khối. Điều này rất có ý nghĩa. Ngành nông nghiệp là một trong số ít ngành sản xuất sinh khối. Ngoài ra, các trang trại cũng là nơi có thể sản xuất những nguồn năng lượng như gió và năng lượng mặt trời, năng lượng quang điện, và sản xuất nhiệt bền. Một trở ngại chính là năng lượng tái tạo được tạo ra bởi ví dụ: mặt trời, nước hoặc gió không liên tục, vì vậy sẽ cần phải tích trữ điện. Đó là lý do tại sao cả thế giới đang tìm kiếm công nghệ pin có khả năng cung cấp dung lượng lưu trữ cần thiết. Ngoài ra, điện lưới thông minh cũng có thể giúp mang lại sự chuyển đổi năng lượng. Điện lưới thông minh là công nghệ quản lý mạng lưới điện một cách thông minh thông qua việc cân bằng chính xác (và liên tục) cung với cầu. Điều này có nghĩa là các hộ gia đình cá thể sẽ không chỉ mua điện, mà còn có thể cung cấp điện dư thừa được sản xuất tại gia lên lưới điện. Năng lượng tái tạo trong tương lai xa Nếu tiêu chuẩn cho năng lượng trong tương lai đòi hỏi phải có các nguồn năng lượng bền vững thì có thể sẽ không còn khan hiếm năng lượng nữa mà trên thực tế có khi còn dư thừa. Ví dụ, ngày càng có nhiều thiết bị chạy bằng nhiên liệu chuyển đổi sang chạy bằng điện (ô tô điện). Tuy vậy, sự đột phá của các công nghệ cụ thể sẽ phụ thuộc vào lợi nhuận kinh tế. Ngành nông nghiệp có thể góp phần làm giảm chi phí năng lượng tái tạo bằng cách sử dụng tài nguyên của mình cho (việc sử dụng) năng lượng tái tạo. 3.11. Tinh chế sinh học và nhiên liệu sinh học Cơ quan Năng lượng Quốc tế định nghĩa tinh chế sinh học là “xử lý bền vững sinh khối trong một loạt các sản phẩm và năng lượng có thể tiêu thụ được". Sinh khối là khối lượng khô của (các bộ phận) sinh vật. Tinh luyện sinh học hướng tới xử lý sinh khối hiệu quả nhất có thể để sử dụng tối đa các thành phần và bỏ đi tối thiếu. Trong trường hợp lý tưởng, việc sử dụng hoàn toàn sinh khối không cần thêm đất nông nghiệp. Cũng có thể trao đổi các dòng sinh khối còn dư giữa các chuỗi 34 giá trị khác nhau để đạt được sử dụng tối ưu và tránh sự cạnh tranh giữa thức ăn, cỏ khô cho gia súc và nhiên liệu. Nhiên liệu sinh học là một thuật ngữ chung dành cho nhiên liệu làm từ sinh khối. Nói chung là không thể thay thế xăng hoặc diesel bằng nhiên liệu sinh học nếu không điều chỉnh động cơ. Thế hệ nhiên liệu sinh học đầu tiên làm giảm 50% lượng khí thải CO₂. Thế hệ thứ hai hứa hẹn sẽ làm giảm tới 90%. Thế hệ thứ hai này còn đạt hiệu quả chi phí hơn, có nghĩa là năng suất trên mỗi hec-ta sinh khối sẽ cao hơn nhiều. Những đổi mới sáng tạo khác - còn được gọi là thế hệ thứ ba để phân biệt với thế hệ thứ hai - bao gồm sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo. Ở thế hệ nhiên liệu sinh học thứ tư, các vi sinh vật sẽ tự sản xuất nhiên liệu hoặc hóa chất. Tinh chế sinh học và nhiên liệu sinh học hiện tại và trong tương lai gần Hầu hết các ứng dụng và nghiên cứu trong lĩnh vực này đều nhằm vào nhiên liệu sinh học. Nhiên liệu sinh học có thể góp phần giảm phát thải CO₂, muội và bụi siêu mịn trong giao thông. Nhiên liệu sinh học cũng góp phần giảm sự phụ thuộc vào các khu vực kém ổn định (về chính trị, kinh tế hoặc cả hai) vốn là những vùng cung cấp nhiều nguyên liệu thô cho nhiên liệu hóa thạch. Sử dụng nhiên liệu sinh học cũng có thể thúc đẩy nông nghiệp và công nghiệp chế biến và do đó tạo ra việc làm mới. Tiềm năng tiết kiệm chi phí trong mọi trường hợp đều rất phù hợp với ngành nông nghiệp. Nhiên liệu sinh học giống như nhiên liệu hóa thạch ở lợi thế là khối đặc, khiến nó rất phù hợp với vận tải siêu trọng (bằng xe tải, hàng không và đường biển) và vận tải đường dài. Tuy nhiên, có những tranh luận công khai về việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ sinh khối ăn được, bởi nó gây áp lực lên an ninh lương thực. Thế hệ công nghệ thứ ba và thứ tư được kỳ vọng sẽ giải quyết vấn đề này. Ngoài ra, nhựa sinh học cũng là một lĩnh vực đang nổi lên: nhựa làm từ sinh khối thay vì vật liệu hóa thạch. Đổi mới sáng tạo này mang đến cơ hội cho các ứng dụng thương mại, bao gồm màng bọc, sơn, thuốc và phụ gia (dùng cho thực phẩm) có thể phân hủy sinh học Các thử nghiệm cũng đang được tiến hành để sử dụng sinh khối sản xuất các khối xây dựng trong lĩnh vực xây dựng. Tinh chế sinh học và nhiên liệu sinh học trong tương lai xa Nhu cầu về sinh khối tăng lên có thể làm tăng năng suất của phân, gỗ và diện tích tự nhiên. Hà Lan đang phấn đấu để trở thành nhà cung cấp công nghệ biến nước thải và phân thành các sản phẩm có giá trị cao hơn. Sản xuất tảo cũng rất có tiềm năng, vì tảo có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu, để tinh chế nước thải và là nguồn thành phần của thực phẩm chức năng. Một hệ thống kinh tế trong đó sinh khối (và các nguồn năng lượng tái tạo như nước, gió và mặt trời) đã khiến cho việc sử dụng nguyên liệu hóa thạch trở nên không cần thiết thường được gọi là nền kinh tế dựa trên nền tảng sinh học. Trong một nền kinh tế như vậy, một sinh khối được sử dụng làm nguyên liệu cho thực phẩm bền, điện, nhiệt, vận chuyển, vật liệu và hóa chất. Các nguồn tài nguyên hóa thạch toàn cầu đang ngày càng trở nên khan hiếm, khiến cho nền kinh tế dựa vào sinh học càng trở nên phổ biến. Tuy nhiên, sự chuyển đổi từ dựa vào nhiên liệu hóa thạch sang dựa vào sinh học là một bước ngoặt rất lớn, làm nảy sinh câu hỏi liệu quá trình chuyển đổi này bao giờ sẽ xảy ra? Xét từ góc độ công nghệ thì sự chuyển đổi này có thể, nhưng câu hỏi là các ứng dụng sinh khối nào sẽ mang lại lợi nhuận cao nhất; và chính sách, pháp luật sẽ ứng phó với vấn đề này như thế nào. 35 Cần lưu ý rằng hiện tại rất nhiều công nghệ xử lý sinh khối tiêu tốn năng lượng nhiều hơn cả lượng năng lượng chúng sản xuất được, đã khiến cho nhiều người hoài nghi về tiềm năng của các công nghệ này. 3.12. Di truyền học - Còn đƣợc gọi là: công nghệ sinh học, biến đổi gen, công nghệ gen, công nghệ di truyền Công nghệ gen là một phân nhánh nằm trong công nghệ sinh học, là tập hợp tất cả các ứng dụng công nghệ sử dụng các hệ thống sinh học, sinh vật sống hoặc dẫn xuất của chúng. Di truyền học sử dụng biến đổi DNA và một loạt các công nghệ ngày càng được hoàn thiện để tăng cường các phẩm chất của cây trồng và vật nuôi thông qua lựa chọn và sinh sản. Có nhiều hướng khác nhau trong di truyền học, tùy thuộc vào các ứng dụng:  Giải trình tự DNA: xác định trình tự của các cặp bazơ trong chuỗi xoắn kép của một phân tử DNA bằng cách sử dụng các phản ứng hóa học.  Nhân bản: tạo một bản sao của đoạn DNA, một tế bào hoặc toàn bộ sinh vật.  Chuyển gen cùng loài (Cisgenesis): biến đổi gen trực tiếp, bằng cách chỉ sử dụng gen của chính loài đó.  Chuyển gen khác loài (transgenesis): biến đổi gen trực tiếp bằng cách sử dụng gen của loài khác.  Sử dụng các gen chỉ thị và sinh vật biến đổi gen để lai chéo nhanh chóng các đặc điểm mong muốn thông qua phương pháp cisgenesis.  Bất hoạt gen: biến đổi gen trực tiếp để làm cho một gen của một sinh vật không hoạt động.  Di truyền học biểu sinh (Epigenetics): nghiên cứu ảnh hưởng của những biến đổi di truyền thuận nghịch ở chức năng gen xảy ra mà không có những thay đổi ở trình tự DNA trong nhân. Di truyền học cũng nghiên cứu các quá trình ảnh hưởng đến sự phát triển của một sinh vật. Các ứng dụng của di truyền học dường như vô hạn. Dưới đây chỉ là một số ứng dụng tiêu biểu:  Làm cho cây trồng có sức đề kháng với những mối đe dọa và nguy hiểm như thuốc diệt cỏ, côn trùng, virus, hạn hán, nhiễm mặn và lạnh.  Tăng sản lượng mong muốn cho mỗi vụ. Bổ sung thêm phức hợp gen thực vật C4 4 vào thực vật C3 5 có thể rất quan trọng, vì sẽ phát triển được các loại cây trồng nông nghiệp có khả năng sản sinh ra một phần quan trọng trong việc tự thụ phấn thông qua cố định đạm.  Cải thiện chất lượng thực phẩm bằng cách nâng cao giá trị dinh dưỡng hoặc chất lượng của hương vị, mùi, màu sắc và hình thức. 4 Thực vật sử dụng cơ chế cố định các-bon C4 được gọi là thực vật C4. Cố định các-bon C4 là phương pháp được thực vật trên đất liền sử dụng để “cố định” điôxit các-bon để sản xuất đường thông qua quang hợp. Những cây thuộc nhóm thực vật C4 ví dụ như: mía, ngô, cỏ gấu, rau dền 5 Thực vật chỉ tồn tại theo kiểu cố định các-bon C3 được gọi là thực vật C3. Cố định các-bon C3 là kiểu trao đổi chất để cố định các-bon trong quang hợp ở thực vật. Thực vật C3, có nguồn gốc từ đại Trung Sinh và đại Cổ sinh, xuất hiện trước thực vật C4 và hiện vẫn chiếm khoảng 95% sinh khối thực vật của Trái đất. Những cây thuộc nhóm thực vật C3 ví dụ như: lúa, khoai, sắn, đậu 36  Cải thiện tính phù hợp của thực vật và những phần bỏ đi của thực vật cho nhiên liệu sinh học thế hệ mới.  Hướng tới những thay đổi trong thời kỳ thu hoạch cây trồng, hoặc theo cách sinh sản: biến đổi cây trồng dựa trên sinh sản sinh dưỡng (chẳng hạn như khoai tây) để làm cây trồng mọc lại.  Kích thích vi sinh vật sản xuất các chất mong muốn (các protein cụ thể, nhiên liệu, v.v).  Hiện tại biểu sinh cũng được sử dụng trong nghiên cứu để chống trầm cảm và nghiện ngập bằng cách biến đổi gen. Biểu sinh giúp chúng ta hiểu sâu hơn về cách thức ăn ảnh hưởng đến sự tiến triển bệnh ở người và động vật. Sau cùng, nó có thể giúp điều chỉnh thực phẩm để phù hợp tối ưu với tình trạng sức khỏe của con người và động vật. Di truyền học hiện tại và trong tương lai gần DNA của hầu hết các loài thực vật đều đã được lập bản đồ, cho phép người nông dân thúc đẩy phát triển quá trình kháng bệnh của cây tốt hơn. Bằng cách lập ngày càng nhiều bản đồ số lượng bộ gen, sẽ có thể tạo ra các quần thể tùy chỉnh gồm các cá thể động vật và thực vật phù hợp với các ứng dụng cụ thể. Một số ví dụ như: bò tiết sữa có chứa hàm lượng cao các axit béo không bão hòa và khoai tây có chứa một loại tinh bột khoai tây chuyên biệt hoặc có một chất đề kháng với một bệnh cụ thể. Phương pháp này sẽ thúc đẩy sản xuất bền vững: tăng sức đề kháng của cây trồng chống lại các bệnh cụ thể cũng đồng nghĩa với việc người nông dân dùng thuốc trừ sâu ít hơn. Các nghiên cứu cũng đang được tiến hành để tạo ra các giống cây trồng ở những khu vực trước đây được coi là không phù hợp để những cây trồng này sinh trưởng. Rõ ràng, di truyền có thể góp phần tạo ra một nền kinh tế sinh học. Di truyền trong tương lai xa Trong tương lai, khó xác định được tác động của di truyền học. Lý do là vì xã hội vẫn e ngại công nghệ này do những vấn đề về đạo đức. Những điều luật quy định chặt chẽ của châu Âu làm cản trở nghiên cứu, trong khi chính sách của Hoa Kỳ và các nước châu Á lại lỏng lẻo hơn nhiều. Ngoài ra, các nhà sản xuất đang ngày càng không quan tâm tới phát triển công nghệ gen thông qua các bằng sáng chế và giấy phép. Hiện tại, quyền sở hữu trí tuệ vật liệu thực vật (biến đổi) đang diễn ra tranh chấp. Kết quả của trận chiến này sẽ quyết định ai sẽ là người dẫn đầu trong công nghệ gen trong tương lai. 3.13. Sinh học tổng hợp Sinh học tổng hợp là việc phát triển khoa học công nghệ áp dụng các nguyên tắc thiết kế kỹ thuật ở cấp độ phân tử sinh học. Ví dụ, thiết kế lại một tổ chức sống để nó có thể thực hiện một chức năng mới, ví như sản xuất ra một chất cụ thể. Thậm chí nhiều nhà khoa học còn có tham vọng tạo ra các tổ chức sống mới từ vật liệu không sống. Sinh học tổng hợp thường chồng chéo với các lĩnh vực khác, ví dụ như di truyền. Sự khác biệt chính là mục đích tối thượng của sinh học tổng hợp lớn hơn nhiều, đó là thiết kế các sinh vật sống sẽ đáp ứng nhu cầu và mong muốn của loài người. Một số người còn coi công nghệ sinh học tổng hợp lĩnh vực kế thừa của di 37 truyền học. Các sản phẩm bao gồm thuốc được sản xuất bởi vi khuẩn nhân tạo và tảo biến đổi gen sản xuất năng lượng sạch. Sinh học tổng hợp hiện nay và trong tương lai gần Công nghệ sinh học đã có chỗ đứng trong lĩnh vực cung cấp thực phẩm. Ví dụ, phô mai. Ban đầu phô mai được làm với men dịch vị rennet (chymosin)6 từ rennet dạ dày của bê cai sữa, nhưng từ năm 1990 trở đi, quá trình này được thực hiện thông qua các quy trình công nghệ sinh học. Các nhà nghiên cứu lấy các gen sản xuất rennet từ dạ dày bê và tạo chúng thành vi khuẩn, nấm hoặc nấm men, sau đó những loại vi khuẩn, nấm và nấm men này tạo ra rennet thông qua quá trình lên men, làm loại bỏ vi sinh vật biến đổi gen. Rennet được tách ra và thêm vào sữa, có nghĩa là phô mai sẽ không chứa bất kỳ vật liệu biến đổi gen nào. Những ví dụ gần đây về sinh học tổng hợp bao gồm các thí nghiệm về biến đổi gen sinh vật và nghiên cứu về tế bào gốc của thai nhi. Ngoài mở rộng kiến thức của con người về cách hoạt động của các tế bào, các nhà sinh học tổng hợp cũng khao khát phát triển y học rẻ hơn hoặc để giải quyết vấn đề khí hậu. Các nhà nghiên cứu cũng biến đổi Penicillium notatum để sản xuất một loại kháng sinh từ nhóm cefalosporine. Nhiều nghiên cứu được tiến hành để biến đổi vi khuẩn thành thực vật hóa chất, có khả năng sản xuất thuốc sốt rét giá rẻ. Sinh học tổng hợp trong tương lai xa Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng nhờ các sinh vật tổng hợp, nguyên liệu sẽ được sử dụng ít đi và không cần sử dụng thuốc diệt cỏ nữa. Những sinh vật sinh học tổng hợp này sẽ sử dụng không gian và năng lượng ít hơn, do đó góp phần vào canh tác bền vững. Sinh học tổng hợp có thể góp phần sản xuất các thành phần theo cách thân thiện với môi trường hơn và với giá thành rẻ hơn. Sự chuyển đổi từ sản xuất dựa vào đất các thành phần quý hiếm - chẳng hạn như các loại gia vị và dược liệu đặc biệt - sang sản xuất dựa trên sinh học tổng hợp sẽ tác động lớn đến chuỗi sản xuất và tạo ra chuyển dịch kinh tế giữa các vùng. Ở San Francisco, các biohacker (hacker sinh học)7 được nhận tài trợ cộng đồng đang thử nghiệm sản xuất sữa phi động vật và phô mai chay. Năm 2014, Open Wetlab của hiệp hội Waag Society đã tổ chức Học viện BioHack đầu tiên trên thế giới: đó là một khóa học để xây dựng Nhà máy Sinh học của riêng bạn, cho phép bạn tiến hành hoạt động với nhiên liệu, thực phẩm, sợi, thuốc, mùi hương, nấm và các loại sản phẩm khác của chính bạn. Điều này có nghĩa là liệu trong tương lai mỗi hộ gia đình sẽ có thể tự thiết kế và sản xuất ra các sản phẩm của riêng mình bằng công nghệ sinh học tổng hợp? Nhưng cũng có những lý do để cần thận trọng với kịch bản như vậy. Điều khiển các vi khuẩn hoặc vi-rút hiện có có thể dẫn đến việc tạo ra mầm bệnh mới. Sinh học tổng hợp cũng có thể được dùng để tạo vũ khí sinh học. Cuối cùng là các khía cạnh của trí tuệ tài sản và đạo đức. Bạn có thể nộp bằng sáng chế cho một sinh vật mới? Liệu sinh học tổng hợp được thực hiện để tạo ra sự sống nhân tạo? Sở hữu trí tuệ được coi là điều kiện tiên quyết để khai thác thương mại tri thức mới. Cũng có những tiếng nói cho rằng chúng ta nên hướng đến một mô hình nguồn mở, trong đó chúng ta có thể chia sẻ kiến thức và kỹ thuật càng nhiều càng tốt. Những người ủng hộ mô hình này lo sợ rằng các công ty lớn có thể 6 Một loại enzym thủy phân protein có trong dạ dày động vật được sử dụng để sản xuất phô mai hiện nay. 7 Biohacker: hay còn gọi là những người bẻ khóa sinh học chỉnh sửa cơ thể bằng công nghệ 38 độc quyền kiến thức, do đó càng làm tăng bất bình đẳng toàn cầu. Theo họ, nguồn mở sẽ thực sự thúc đẩy đổi mới sáng tạo trong sinh học tổng hợp. 3.14. Chuyển đổi protein - Còn đƣợc gọi là thịt nhân tạo, thay thế thịt Chuyển đổi protein là sự chuyển đổi sang một xã hội trong đó tiêu thụ protein sẽ ít phụ thuộc vào việc ăn thịt từ động vật (gà, lợn, bò) mà phụ thuộc nhiều hơn vào thực vật và các loại thay thế như sinh vật biển và côn trùng. Rong biển là một nguồn protein chính và nó không cần protein để phát triển. Ưu điểm của côn trùng so với những loại động vật cho thịt truyền thống là chúng chuyển đổi thức ăn thực vật hiệu quả hơn gấp năm lần. Chúng cũng là một nguồn dồi dào chất béo (omega-3), vitamin, khoáng chất và sợi. Chuyển đổi protein có thể góp phần làm giảm phát thải khí nhà kính, do con người sẽ ăn ít protein động vật đi (sản xuất protein động vật đòi hỏi một lượng lớn nguyên liệu). Khan hiếm thực phẩm cũng sẽ giảm đi. Sau cùng, sẽ có rất nhiều người ủng hộ chuyển đổi protein vì những lý do đạo đức, tôn giáo, bao gồm cả phúc lợi động vật. Chuyển đổi protein hiện tại và trong tương lai gần Chuyển đổi protein gần với hiện thực hơn là chúng ta nghĩ. Nhiều siêu thị đã bán bánh mì kẹp thịt côn trùng. “Thịt chay” hay những thanh “snack chay” bắt đầu được bán ở nhiều nơi. Đó là các sản phẩm trông giống như thịt, nhưng thực ra được làm từ protein của nấm, đậu nành hoặc các sản phẩm từ sữa. Nhiều loại snack như viên nugget gà và croquette đã chứa hỗn hợp thịt và “các protein thay thế”. Sản xuất thịt nhân tạo cũng đạt được một số thành tựu. Đó là loại “thịt” được tạo ra dựa trên nuôi cấy tế bào hoặc mô. Sản xuất thịt nhân tạo đơn giản là sự gia tăng các tế bào riêng biệt, sử dụng các tế bào cơ bằng cách dùng các tế bào gốc bào thai có thể nhân lên trong môi trường thích hợp. Kết quả là tạo ra một hỗn hợp các tế bào cơ. Sau đó, chúng được tách ra khỏi sản phẩm khởi đầu, để phát triển thành một khối thịt. Năm 2013, thế giới đã chứng kiến sự ra đời của chiếc bánh kẹp thịt nhân tạo đầu tiên trên thế giới, với giá 250.000 euro. Những thách thức của việc “trồng” thịt nằm ở công nghệ xử lý tế bào gốc. Làm thế nào để khiến chúng để trở thành một tế bào cơ? Tiếp theo là cần tạo cho khối hỗn hợp này cấu trúc và vị giống như của thịt. Chuyển đổi protein trong tương lai xa Một khi thịt nhân tạo và các loại thay thế cho thịt trở nên rẻ đi - hoặc thậm chí rẻ hơn các sản phẩm thịt truyền thống - và người tiêu dùng chấp nhận sản phẩm thì chúng ta có thể chứng kiến một sự đảo ngược xu hướng lớn, cả trong chế độ ăn uống lẫn trong sản xuất thực phẩm. Năng lượng rẻ hơn có thể giúp thịt nhân tạo trở nên rẻ đi. Tuy vậy, câu hỏi là liệu các nguồn protein thay thế có dẫn đến sự chuyển đổi protein hoàn toàn hay chỉ là sự bổ sung thêm vào chế độ ăn uống của con người, vẫn sẽ dựa trên việc tiêu thụ thịt. 3.15. Thiết kế thực phẩm - Còn đƣợc gọi là thực phẩm chức năng, dƣợc thực phẩm, thực phẩm cá nhân hóa, công nghệ thực phẩm, thực phẩm thiết kế Thiết kế thực phẩm là việc phát triển thực phẩm trong phòng thí nghiệm, theo 39 đó các thành phần chuyên biệt được thêm vào (hoặc được chiết xuất) để cải thiện hương vị, cấu trúc hoặc mức độ mà thực phẩm giúp tăng cường sức khỏe (trường hợp tăng cường sức khỏe là về thực phẩm chức năng). Bổ sung thêm hoặc triết xuất các thành phần phải không làm ảnh hưởng đến trải nghiệm (ăn uống). Hương vị, cấu trúc (mức độ cảm thấy có thể nuốt được) và cảm quan bên ngoài là quan trọng nhất. Hình thức thiết kế thực phẩm đơn giản nhất là bổ sung nước vào các sản phẩm béo, trong đó những giọt nước nhỏ li ti được chất béo bao bọc. Việc này khiến trải nghiệm vị giác (trên thực tế) không thay đổi, mặc dù tỷ lệ chất béo thấp hơn nhiều. Những ví dụ về thiết kế thực phẩm gồm:  Sản phẩm ít chất béo, đường hoặc muối mà không làm ảnh hưởng đến hương vị, cấu trúc và trải nghiệm ăn uống.  Sản phẩm có cấu trúc khác biệt, ví dụ: ít hạt hơn hoặc dễ nhai hơn.  Sản phẩm được cá thể hóa dành cho phục hồi nhanh.  Sản phẩm có sức hấp dẫn thẩm mỹ cụ thể, ví dụ: mùi, hình dạng và màu sắc, vì thế thực phẩm trở thành một trải nghiệm ăn uống khác biệt. Năm 2013, cơ quan nghiên cứu STT của Hà lan công bố “Aspirine op je brood” (Aspirin on your Sandwich - Thuốc Aspirin trong bánh Sandwich của bạn), kết quả của các nghiên cứu tương lai về dinh dưỡng và dược phẩm, trong đó đưa ra nhiều ví dụ về thiết kế thực phẩm. Thiết kế thực phẩm hiện tại và trong tương lai gần Thiết kế thực phẩm là một lĩnh vực đang phát triển mạnh. Thậm chí có những khóa học về thiết kế thực phẩm và nhiều sự kiện với chủ đề về thiết kế thực phẩm đã trở nên rất phổ biến. Từ quan điểm của công nghệ, trên thực tế có thể thiết kế được bất cứ loại thực phẩm nào. Có thể dễ dàng tùy chỉnh thực phẩm cho từng người, phù hợp với từng giai đoạn cuộc đời của họ. Câu hỏi là khi nào và bằng cách nào thì thiết kế thực phẩm sẽ tác động đến cuộc sống của con người trên quy mô lớn. Công nghệ in 3D phát triển sẽ có thể cho phép các hộ gia đình tự thiết kế thực phẩm cho chính mình và in chúng ra. Thiết kế thực phẩm trong tương lai xa Dường như trong những thập kỷ tới, con người sẽ muốn kiểm soát các thành phần thực phẩm của họ nhiều hơn. Liệu trong tương lai, nấu ăn sẽ đơn thuần là việc thiết kế nên các đơn vị chất dinh dưỡng (khối, gel hoặc bột), bao gồm hương vị mà con người ưa thích tại thời điểm đó, và sau đó in ra những khối dinh dưỡng này? Ăn những loại thức ăn chúng ta thực sự thích và vẫn nhận được tất cả các chất dinh dưỡng chúng ta cần? Liệu con người có thể giải quyết được những vấn đề về sức khỏe và sự khan hiếm thực phẩm? Đó là những câu hỏi có thể sẽ được trả lời trong tương lai nhờ thiết kế thực phẩm. 3.16. Nuôi trồng thủy sản Nuôi trồng thủy sản là nuôi trồng các sinh vật dưới nước như cá, động vật thân mềm (ví dụ: trai), giáp xác (ví dụ: tôm, cua và tôm hùm) và rong biển (ví dụ: tảo). Các sinh vật động vật và thực vật được nuôi trong ao và các bể chứa vì mục đích buôn bán thương mại. Nuôi trồng thủy sản bao gồm cả nuôi các sinh vật 40 trên biển. Có nhiều hình thức nuôi trồng thủy sản khác nhau:  Nuôi trồng hải sản hoặc nuôi trồng thủy sản trên biển: nuôi các sinh vật dưới nước, trong đó thành phẩm được nuôi trồng ở biển.  Nuôi trồng thủy sản tại bờ biển trong nước lợ như cửa sông, vịnh, đầm phá và vịnh hẹp.  Nuôi trồng thủy sản trong nước ngọt, ví dụ: bể chứa, hồ, kênh và nước ngầm  Nuôi trồng tích hợp: canh tác cộng sinh các sinh vật dưới nước. Trong mô hình aquaponics 8 việc trồng cây (thủy canh) và nuôi cá diễn ra trong môi trường tuần hoàn. Cây tiêu thụ chất thải động vật, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và vì thế làm sạch nước.  Nuôi trồng tảo: tùy từng loài tảo có thể được nuôi trong nước ngọt, nước lợ, nước mặn hoặc siêu mặn. Tảo được nuôi trồng cho nhiều ứng dụng, ví dụ: các sản phẩm chất lượng cao, nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm thực phẩm, nhiên liệu sinh học, và để lọc khí khói và nước thải. Nuôi trồng thủy sản hiện tại và trong tương lai gần Trong lĩnh vực sản xuất thực phẩm, nuôi trồng thủy sản đạt mức tăng trưởng nhanh nhất trên toàn thế giới, do nhu cầu ngày càng tăng và khả năng thay thế việc đánh bắt cá thương mại của nó. Ngành nuôi trồng thủy sản cũng ngày càng trở nên quan trọng trong việc tái sử dụng các phế phẩm chẳng hạn như phần bỏ đi của các sản phẩm cá chế biến, phần bỏ và vỏ của con trai và hàu. Lĩnh vực này cũng có thể tận dụng các sản phẩm dư thừa những lĩnh vực nông nghiệp khác, ví dụ: làm nguyên liệu sản xuất thức ăn cá, hoặc bằng cách sử dụng nhiệt dư từ các nhà máy cho các hệ thống canh tác. Hiện tại, Hà lan là nước đi đầu trong lĩnh vực các hệ thống tái tuần hoàn hoặc các hệ thống nuôi cá khép kín. Những hệ thống này dựa trên việc lọc và lưu thông nước, có nghĩa là chúng tiết kiệm năng lượng và hầu như không tạo ra chất thải. Một bước đột phá mới đây là sự xuất hiện mô hình nuôi trồng thủy sản thành phố. Các hệ thống lọc nước tiên tiến có thể cho phép mọi người nuôi cá trong bể chứa nước có kích thước bằng một chiếc bể sục mà không cần dùng đến hóa chất. Độ mặn của môi trường ven biển thực ra có thể được sử dụng để thử nghiệm trồng rau bằng nước muối. Năm 2014, một củ khoai tây Hà Lan được trồng bằng nước muối đã giành được Giải thưởng Asaid Grand Challenge uy tín. Nuôi trồng thủy sản trong tương lai xa Nhu cầu thực phẩm toàn cầu được dự đoán sẽ góp phần thúc đẩy việc canh tác động vật có vỏ và cá. Để đảm bảo an ninh lương thực, vai trò của đánh bắt cá bền vững sẽ ngày càng tăng. Đối với nghiên cứu nuôi trồng thủy sản, thách thức sẽ là tạo ra sự liên kết thành công giữa bền vững kinh tế, bền vững xã hội và bền vững sinh thái. Tăng cường nuôi trồng thủy sản cũng có nghĩa là chú trọng tới các khía cạnh công nghệ sinh học. Hệ thống canh tác khép kín sẽ trở nên quan trọng hơn, tốt hơn cho môi trường. Nhiều vùng nông nghiệp trên toàn thế giới đang phải đối phó với hiện tượng nhiễm mặn. Những ứng dụng nuôi trồng thủy sản nhằm mục đích canh tác 8 Aquaponics: là mô hình kết hợp giữa aquaculture (nuôi trồng thủy sản) với hydroponics (nuôi trồng thủy canh) 41 ở nước mặn có thể là những giải pháp hiệu quả. 3.17. Nông nghiệp thẳng đứng - Còn đƣợc gọi là: Arcology 9 , nông nghiệp thành phố, nông nghiệp môi trƣờng, nông nghiệp đƣợc kiểm soát nông nghiệp tích hợp xây dựng Nông nghiệp thẳng đứng là nông nghiệp ở các thành phố cao tầng, hay còn được gọi là trang trại dọc. Chiều thẳng đứng không chỉ đề cập đến thực tế là cây thường được trồng trong những tòa nhà kính chọc trời, mà còn đến những giàn giáo thẳng đứng cho phép các hàng cây mọc nối đuôi nhau. Trang trại dọc làm tăng nguồn cung thực phẩm ở các thành phố đông dân, đồng thời hạn chế sự hiện diện của nông nghiệp thông thường. Ngoài rau và trái cây, canh tác theo chiều dọc còn có thể được sử dụng để nuôi cá và gà. Đèn LED mô phỏng ánh sáng mặt trời trong một môi trường được kiểm soát hoàn toàn. Máy tính giúp đảm bảo mỗi khay trồng cây nhận được lượng ánh sáng và nước bằng nhau. Nông dân canh tác theo chiều dọc thường quản lý một loạt các trang trại dọc, bởi vì các ứng dụng và máy tính cho phép điều khiển từ xa. Nếu xảy ra sự cố, ví dụ một máy bơm nước bị hỏng, thì họ sẽ nhận được tin nhắn trên điện thoại thông minh của họ. Nông nghiệp theo thẳng đứng hiện tại và trong tương lai gần Gần đây, trang trại thẳng đứng được xây dựng tại Singapo và ở tiểu bang Pennsylvania (Hoa Kỳ). Mặc dù Hà Lan là nước có nền nông nghiệp tiên tiến bậc nhất thế giới, nhưng chỉ có vài dự án được thực hiện. Lý do là, thường rất khó biến đổi các văn phòng để thích ứng với mô hình trang trại thẳng đứng vì có quá ít ánh sáng mặt trời để cho cây phát triển. Tuy vậy, công nghệ hiện tại đã tiến bộ rất nhiều để có thể trồng cây mà không cần ánh mặt trời tự nhiên. Những lợi thế của nông nghiệp thẳng đứng bao gồm: không mất mùa do thời tiết, sâu bệnh hoặc động vật, năng suất trên mỗi m² cao hơn, vùng sản xuất gần với khách hàng hoặc thị trường hơn, không có tác động tiêu cực lên đa dạng sinh học hoặc làm tổn hại tới đất, ít phát thải CO₂, sử dụng nước tối thiểu thông qua tái chế và sử dụng nhiên liệu hóa thạch ít đi (không cần máy kéo, máy cày hoặc xe vận chuyển). Nông nghiệp thẳng đứng trong tương lai xa Năm 2050, 80% dân số toàn cầu, lúc đó là 9 tỷ người, sẽ sống trong thành phố. Nông nghiệp thẳng đứng sẽ cho phép sản xuất gần với người tiêu dùng hơn, do đó cắt giảm chi phí vận chuyển. Có thể tìm các thiết kế trang trại thẳng đứng tiên tiến trong lĩnh vực “Arcology”, đó là một loạt các nguyên tắc thiết kế kiến trúc của Paolo Soleri 10. Những quy tắc này hướng tới môi trường sống khổng lồ với mật độ dân số cực cao bao gồm nhà ở, công nghiệp và nông nghiệp, và được thiết kế để ít tổn hại nhất tới môi trường, trong khi đó lại tự chủ được về kinh tế. Nông nghiệp thẳng đứng có thể góp phần thúc đẩy sản xuất lương thực mà không phải phụ thuộc quá nhiều vào vận chuyển. Nông nghiệp thẳng đứng cũng rất phù hợp cho các hộ gia đình hoặc cộng đồng. 9 Arcology: khái niệm là sự kết hợp của “Architechture” và “Ecology” (kiến trúc sinh thái), được sử dụng để mô tả cơ sở hạ tầng khép kín làm giảm tác động của con người vào môi trường tự nhiên. 10 Paolo Soleri (1919-2013): Kiến trúc sư người Italia, giảng viên Trường kiến trúc, ĐH Bang Arizona, tác giả sách “Arcology - City in the Image of Man” 42 3.18. Công nghệ bảo quản - Còn gọi là bảo quản thực phẩm, công nghệ bảo quản Công nghệ bảo quản góp phần tăng cường khả năng bảo quản (độ tươi) thực phẩm. Công nghệ này bảo vệ thực phẩm không bị ô nhiễm do vi khuẩn hay nấm, hoặc do các quá trình hóa học và vật lý. Ví dụ:  Thanh trùng bằng áp suất cao để vô hiệu hóa các sinh vật phân hủy, mầm bệnh và các enzyme khác nhau và giữ cho sản phẩm tươi trong hơn một tháng nếu được giữ lạnh.  Trường xung điện để vô hiệu hóa các mầm bệnh và sinh vật phân hủy trong chất lỏng.  Thanh trùng bằng quay vi sóng để giữ cho bữa ăn tươi lâu hơn, trong khi vẫn duy trì được chất lượng cảm quan cao  Phương pháp plasma lạnh sử dụng khí trơ để khử trùng bề mặt bao bì hoặc thực phẩm, cho phép vô hiệu hóa vi sinh vật trên bề mặt ở nhiệt độ dưới 40°C.  Ứng dụng các gen liên quan chống thối rữa sau khi thu hoạch. Những công nghệ này có thể trở phương pháp thay thế cho phương pháp thanh trùng bằng nhiệt thông thường hoặc các quy trình khử trùng. Tải nhiệt thấp hơn của các công nghệ mới thường sẽ cho ra sản phẩm có bề ngoài và hương vị tươi hơn sản phẩm được xử lý bằng những phương pháp truyền thống. Hương vị ít bị sai lệch (không có dư vị của quá trình đun nấu), ít mất chất dinh dưỡng do nhiệt (ví dụ vitamin) và thực phẩm có kết cấu tốt hơn. Công nghệ bảo quản hiện tại và trong tương lai gần Những công nghệ bảo quản mới này thông thường được thể hiện như những phương pháp bảo quản mang tính bền vững hơn, ít gây hại cho môi trường. Tăng cường khả năng bảo quản sản phẩm có thể góp rất nhiều vào việc ngăn chặn chất thải. Ví dụ, tại Hà lan, số liệu cho thấy mỗi năm người tiêu dùng Hà Lan vứt bỏ lượng thực phẩm trị giá tới 2,5 tỷ euro, tương đương với hơn 150 € hoặc 50 kg/người. Nhà sản xuất, môi giới, nhà phân phối, khu vực khách sạn và siêu thị lãng phí thêm 2,5 tỷ euro thực phẩm nữa. Các công nghệ bảo quản cải tiến sẽ tiết kiệm tiền, năng lượng và giảm phát thải CO₂ từ vận chuyển và xử lý chất thải. Công nghệ bảo quản trong tương lai xa Ngoài góp phần làm giảm thải hơn, công nghệ bảo quản được phát triển mạnh sẽ mang lại thêm nhiều loại sản phẩm thực phẩm lành mạnh hơn trong tương lai. Nếu xu hướng bữa tối nhanh và đơn giản vẫn tồn tại và nhu cầu về các phần nhỏ, bữa ăn khẩu phần cho một người tiếp tục phát triển, thì các công nghệ bảo quản cải tiến có thể có thể góp phần mang lại một chế độ ăn uống lành mạnh hơn. Sự phát triển của máy in 3D và in thực phẩm đang đan xen mạnh mẽ với các công nghệ bảo quản, bởi vì những công nghệ này sẽ rất quan trọng cho quy trình chuẩn bị và bảo quản những lượng nguyên liệu chứa trong hộp “mực” để in ra thực phẩm. Nếu sản xuất quy mô nhỏ tăng lên, nhu cầu về công nghệ bảo quản thức ăn tại nhà quy mô nhỏ cũng sẽ tăng lên. Tuy vậy, sự chấp nhận của người tiêu dùng, bác sĩ dinh dưỡng và các tổ chức chăm sóc sức khỏe vẫn có thể còn nhiều trở ngại. Đối với nhiều người, sẽ khó tin rằng các sản 43 phẩm có thể được giữ tươi lâu hơn thời gian họ mặc định. 3.19. Công nghệ vận tải Vật liệu mới, các kỹ thuật chế tạo và tiến bộ trong lĩnh vực CNTT có thể sẽ mang đến những năng lực mới đối với vận chuyển tự động và những đổi mới ở tốc độ và hiệu quả vận chuyển. Công nghệ vận tải hiện tại và trong tương lai gần Vận chuyển sản phẩm cần thời gian và tiêu tốn tiền bạc. Trong những thập kỷ trước đây, đổi mới công nghệ đã khiến cho vận tải trở nên nhanh và rẻ hơn. Khả năng bảo quản sản phẩm tươi lâu hơn được cải thiện cũng tạo điều kiện cho vận chuyển đường dài, dẫn đến nguồn cung sản phẩm trở nên đa dạng trong suốt cả năm. Nhưng vấn đề đặt ra là liệu chúng ta vẫn có thể duy trì được hiệu quả của vận tải khi mà chi phí nhiên liệu liên tục tăng và áp lực giảm lượng khí thải CO₂ cũng ngày càng tăng? Và liệu hiệu quả của vận tải có có còn được duy trì ở những loại phương tiện vận tải hiện có? Các công nghệ vận tải và những dạng năng lượng và nhiên liệu mới có thể tác động theo cách khiến cho phát thải CO₂ không còn cản trở tới sự phát triển của vận tải. Các động cơ hiệu quả hơn và nhiên liệu mới có thể làm cho vận tải đạt hiệu suất cao hơn và do đó hiệu quả hơn về chi phí. Tự động hóa tăng và những đổi mới sáng tạo trong lĩnh vực CNTT sẽ giúp con người quản lý giao thông hiệu quả hơn và với tốc độ lớn hơn. Dự kiến những tiến bộ này sẽ giúp tránh ùn tắc giao thông và các tình huống nguy hiểm. Toàn bộ các tuyến đường có thể được tối ưu hóa tự động, tính đến cả lưu lượng giao thông và dự báo thời tiết, sẽ dẫn đến ít rủi ro thất thoát và thiệt hại trong quá trình vận chuyển nguyên liệu thô và hàng dễ hỏng. Công nghệ cũng được kỳ vọng sẽ cải thiện quy trình quản lý hàng dự trữ bằng cách đo lường và giám sát mức tiêu thụ, nhờ vậy có thể không cần phải trữ lượng hàng lớn đắt tiền trong thời gian dài. Công nghệ vận tải trong tương lai xa Các chuyên gia cho rằng vận tải tự động sẽ phát triển trong những thập kỷ tới. Vận tải tự động có thể giữ vai trò quan trọng trong việc vận chuyển hàng rời và tải trọng nhỏ. Tại Hoa Kỳ, Amazon đã thử nghiệm sử dụng máy bay không người lái (drone) giao hàng tại nhà, khiến cho việc giao hàng đúng lúc trở nên chính xác hơn. Những vật liệu mới cũng sẽ có thể cải thiện hiệu suất của các phương tiện vận tải, làm giảm yêu cầu tiêu thụ năng lượng, chi phí cũng như thời gian giao hàng. 3.20. Điều chỉnh thời tiết - Còn đƣợc gọi là kiểm soát thời tiết, kỹ thuật khí hậu, địa kỹ thuật Điều chỉnh thời tiết hay kiểm soát thời tiết là điều khiển hoặc sửa đổi có chủ đích môi trường nhằm làm thay đổi thời tiết. Hình thức biến đổi thời tiết phổ biến nhất là “gieo hạt mây” để tạo ra khả năng có mưa hoặc có tuyết, do đó điều tiết lượng cung nước ở địa phương. Điều chỉnh thời tiết cũng có thể được sử dụng để tránh những hiện tượng thời tiết gây thiệt hại như mưa đá hoặc bão. Điều chỉnh thời tiết hiện tại và trong tương lai gần Ví dụ cụ thể nhất về điều chỉnh thời tiết có lẽ là súng bắn mưa đá được sử dụng để ngăn sự hình thành mưa đá trong các trận mưa giông. Loại súng này phóng các viên 44 lựu đạn chứa tinh thể iốt bạc vào các đám mây. Nước sẽ kết lại bên trong đám mây và dính vào các tinh thể. Theo cách này, nước sẽ phân tán đi, có nghĩa là các tinh thể đá riêng lẻ sẽ nhỏ đi và ít gây thiệt hại hơn. Phương pháp được sử dụng trong canh tác nho và cam. Trong canh tác hoa quả và trồng nho, có thể tránh được thiệt hại do sương giá gây ra bằng cách tạo ra lớp khói phủ bên trên khu vực canh tác, do đó làm giảm lượng bức xạ nhiệt phát ra từ đất. Điều chỉnh thời tiết cục bộ xuất hiện từ thế kỷ 20. Kỹ thuật điều chỉnh khí hậu đã mở rộng hơn nữa khái niệm này. Kỹ thuật điều chỉnh khí hậu là thuật ngữ chung cho một số công nghệ cho phép can thiệp có chủ đích vào hệ thống khí hậu. Điều quan trọng nhất mà các công nghệ này sử dụng để chống lại biến đổi khí hậu và cảnh báo toàn cầu là xử lý CO₂ và điều tiết ánh sáng mặt trời. Xử lý CO₂ nhằm vào các khí nhà kính trong khí quyển. Điều tiết ánh sáng mặt trời nhằm để bù đắp tác động của khí nhà kính bằng cách giảm nhiệt hấp thụ bởi đất. Điều chỉnh thời tiết hiện tại và trong tương lai xa Điều khiển khí hậu đang gây tranh cãi, vì những rủi ro liên quan tới việc can thiệp trên quy mô lớn tới hệ thống khí hậu. Trong Báo cáo “Climate Engineering: Hype or Despair” 11 năm 2013, Viện nghiên cứu Rathenau cho rằng không có nhu cầu rõ rệt nào về những kỹ thuật này. Tuy nhiên, chắc chắn là sự can thiệp vào khí hậu nên ở quy mô lớn, tầm quốc tế và lâu dài thì mới có hiệu quả. Nhưng xét ở góc độ quy mô lớn thì phải dự đoán rõ ràng được các hậu quả. Nếu không thì tác động nghịch đảo sẽ có thể xảy ra. 3.21. Việt Nam hƣớng tới Nông nghiệp 4.0 hiện tại và trong tƣơng lai Rõ ràng trong hiện tại và tương lai, nông nghiệp 4.0 là xu thế phát triển tất yếu của rất nhiều quốc gia trên thế giới. Áp dụng các tiến bộ công nghệ cũng như các phương thức quản lý, kinh doanh mới vào nông nghiệp nhằm giảm sức lao động, nâng cao năng suất, cắt giảm chi phí, hạ giá thành sản phẩm cũng như nâng cao chất lượng môi trường là những lợi thế mà nước ta có thể tận dụng từ cách mạng Công nghiệp 4.0 để thúc đẩy nông nghiệp phát triển bắt kịp với thế giới. Một thực tế là mặc dù là nước nông nghiệp, nhưng nông nghiệp Việt Nam vẫn còn tương đối lạc hậu so với các nước tiên tiến. Nông nghiệp nước ta chủ yếu phát triển theo số lượng, dựa vào tài nguyên thiên nhiên, sức lao động, do vậy chi phí đầu vào cao, chi phí lao động lớn (chiếm 40%-50% giá thành sản phẩm). Quy mô canh tác của nông nghiệp nước ta phần lớn là nhỏ lẻ, manh mún khó áp dụng những mô hình canh tác hoặc công nghệ tiên tiến mới. Tổng hợp các báo cáo tại Diễn đàn Nông dân Việt Nam cho thấy: Hiện nay cả nước đang có 13,8 triệu hộ nông dân với 78 triệu mảnh ruộng nhỏ. Bình quân 2,2 lao động và 0,4 - 1,2 ha một hộ, thiếu vốn, kiến thức, sản xuất thủ công và manh mún (69% số hộ có quy mô dưới 0,5 ha đất nông nghiệp). Tài nguyên đất hạn chế, bình quân diện tích đất nông nghiệp trên đầu người chỉ bằng 8,7% so trung bình của thế giới. Trong bối cảnh này, nông nghiệp Việt Nam chủ yếu phát triển theo số lượng, dựa vào tài nguyên và lao động, chi phí vật tư quá cao (11 11 Báo cáo “Kỹ thuật khí hậu: Sự cường điệu hay tuyệt vọng” của Viện Rathenau, chuyên nghiên cứu các vấn đề khoa học, đổi mới sáng tạo và công nghệ của Hà Lan. 45 triệu tấn phân bón, 600-700 triệu USD thuốc BVTV), sử dụng quá nhiều nước, lao động nên hiệu quả thấp. Sản xuất chia cắt, không theo chuỗi do vậy không kiểm soát được chất lượng cũng như không truy xuất được nguồn gốc. Trong những năm gần đây, Chính phủ đã có các động thái ban đầu trong tiếp cận và thúc đẩy ứng dụng công nghệ 4.0. Điều này được thể hiện ở Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/5/2017 về tăng cường năng lực tiếp cận Cách mạng 4.0; trong đó Thủ tướng chính phủ giao nhiệm vụ cho các bộ, ban, ngành và địa phương nghiên cứu các xu hướng công nghệ 4.0 hiện nay và có các giải pháp chính sách thúc đẩy ứng dụng công nghệ 4.0, tận dụng tối đa các lợi thế và giảm thiểu những tác động tiêu cực đối với Việt Nam. Bộ Kế hoạch và Đầu tư hiện đang chủ trì soạn thảo Đề án tái cơ cấu kinh tế trong bối cảnh CMCN 4.0 và đề án về kinh tế chia sẻ; Bộ Khoa học và Công nghệ là đầu mối xây dựng Nghị quyết về Cách mạng 4.0 trình Chính phủ trong năm 2018, và thực hiện chương trình trọng điểm quốc gia về CM 4.0. Riêng trong ngành nông nghiệp, chưa có văn bản chính sách nào liên quan đến nông nghiệp 4.0. Tuy nhiên, trong những năm trở lại đây, Chính phủ đã có nhiều chính sách thúc đẩy ứng dụng công nghệ cao trong nông nghiệp. Điển hình là Quyết định số 1895/QĐTTg năm 2012 phê duyệt chương trình phát triển nông nghiệp ứng dụng CNC thuộc chương trình quốc gia phát triển CNC đến năm 2020. Quyết định số 575/QĐ-TTg ngày 04/5/2015 “Phê duyệt quy hoạch tổng thể khu và vùng nông nghiệp ứng dụng CNC đến năm 2020, định hướng đến năm 2030”. Một số các khu nông nghiệp CNC đã được hình thành ở Việt Nam, và xu hướng áp dụng CNC trong nông nghiệp đang ngày càng phát triển ở Việt Nam, mặc dù quy mô còn nhỏ. Áp dụng công nghệ 4.0 cũng phù hợp với chiến lược tái cơ cấu nông nghiệp giai đoạn 2017-2020 (Quyết định số 1819/QĐ-TTg ngày 16/11/2017) với mục tiêu nâng cao giá trị gia tăng, tính cạnh tranh, nâng cao thu nhập của người nông dân và bảo vệ môi trường. Trong bối cảnh đó, với sự hỗ trợ của chính phủ và các ban ngành, nông nghiệp dần đang thu hút được sự quan tâm của doanh nghiệp. Nhiều doanh nghiệp lớn trong nước đang nỗ lực đầu tư ứng dụng công nghệ 4.0 vào nông nghiệp. Tập đoàn Thủy sản Minh Phú (Minh Phú Seafood Corp) - doanh nghiệp tôm lớn nhất Việt Nam, nhà xuất khẩu tôm số 1 thế giới và top 50 doanh nghiệp thủy sản lớn nhất toàn cầu - gần đây đã cho thấy kế hoạch sử dụng hệ thống AI nhằm giảm số lượng lao động cũng như kiểm soát chất lượng. Nếu mô hình này được triển khai thành công, số nhân công sẽ giảm đi đáng kể. Trước đây, để quản lý nước, tốc độ phát triển của tôm cũng như cho tôm ăn sẽ cần 2 người cho mỗi ao. Nếu áp dụng công nghệ, 50 ao sẽ chỉ cần tới 1 người, tương đương với mức giảm 99%. Minh Phú Seafood hiện đang vận hành chuỗi giá trị tôm khép kín, từ nghiên cứu và phát triển, trại giống, thức ăn, vùng nuôi, chế biến, xuất khẩu và logistics. Cuối tháng 3 năm 2018 , Vinamilk khánh thành trang trại số 1 thuộc Tổ hợp trang trại bò sữa công nghệ cao Vinamilk Thanh Hóa với quy hoạch là tổ hợp trang trại bò sữa công nghệ cao áp dụng các quy trình và công nghệ hiện đại nhất của thế giới. Trang trại bò sữa số 1 với quy mô 4.000 con, diện tích xây dựng 40ha và vốn đầu tư 700 tỷ đồng là trang trại đầu tiên chính thức đi vào hoạt động trong tổ hợp 5 trang trại bò sữa công nghệ cao Vinamilk Thanh Hóa. Tổng diện tích canh tác cả tổ hợp trang 46 trại là 2.500 ha, trong đó diện tích xây dựng trung tâm các trang trại chăn nuôi bò sữa là hơn 200ha. Mỗi cá thể bò/bê sẽ được kết nối thẻ chíp điện tử với hệ thống giám sát trung tâm thông qua công nghệ quản lý đàn. Bò sẽ liên tục được giám sát và cập nhật thời gian ăn, khẩu phần ăn được tính toán dựa trên tỷ lệ, hệ thống cho bê uống sữa tự động. Bên cạnh đó, hệ thống robot đẩy thức ăn tự động cho bò cũng được Vinamilk áp dụng, có khả năng tự sạc năng lượng để vận hành và tự di chuyển qua lại giữa các khu chuồng trại để "chăm lo” nguồn thức ăn cho đàn bò ngay cả trong thời tiết mưa gió. Cuối tháng 3/2015, Vingroup chính thức công bố gia nhập lĩnh vực nông nghiệp với thương hiệu VinEco có tổng số vốn điều lệ 2.000 tỷ đồng. VinEco sau đó đã tiến hành ký kết với 3 đối tác hàng đầu thế giới đến từ Nhật Bản và Isreal về cung ứng công nghệ cao cho sản xuất nông nghiệp với tổng trị giá hơn 1.000 tỷ đồng. Theo đó, VinEco sẽ được cung cấp công nghệ nhà kính - nhà lưới, hệ thống tưới tiệu tự động, hệ thống cung cấp dinh dưỡng chủ động cho cây trồng cũng như công nghệ cơ giới hóa và tự động hóa trên cánh đồng mẫu lớn. Công nghệ tại Hệ thống nhà kính VinEco Tam Đảo rất hiện đại. Toàn bộ các giai đoạn từ trộn giá thể, rập lỗ, tra hạt, phủ hạt, tưới ẩm... đều được thực hiện bằng máy để đảm bảo độ sạch 100%; hạt mầm được chăm sóc bằng hệ thống tưới tự động và phun sương để giữ ẩm, điều khiển khí hậu, giúp năng suất cao, ổn định và chất lượng đồng đều. Không chỉ là mảnh đất của những “ông lớn”, nông nghiệp công nghệ cao còn hấp dẫn cả những doanh nghiệp khởi nghiệp (startup). AgriMedia dựa trên ứng dụng công nghệ để cung cấp giải pháp về thời tiết và nông nghiệp, giúp góp phần giảm thiểu rủi ro, hạn chế tác động của biến đổi khí hậu tới nông nghiệp. Doanh nghiệp này cung cấp một số giải pháp tổng thể cho sản xuất nông nghiệp dựa trên các điều kiện thời tiết chính xác bao gồm giám sát các thông số thời tiết đã qua, kết hợp với dự báo thời tiết sắp tới nhằm cảnh báo các thiên tai liên quan thời tiết, cảnh báo sâu bệnh và tối ưu lịch nông vụ. Năm ngoái, AgriMedia đã bắt tay với VNPT và Vinaphone mở tổng đài hỗ trợ tư vấn cho bà con nông dân cũng như cùng với VinaPhone và MobiFone cung cấp dịch vụ thông tin nông nghiệp thông qua điện thoại dưới dạng tin nhắn văn bản, không cần tới điện thoại thông minh hay máy tính. Khuyến nghị Nông nghiệp luôn là lĩnh vực được ưu tiên phát triển hàng đầu ở nước ta. Cách mạng công nghiệp 4.0 là cơ hội để Việt Nam nắm bắt công nghệ mới, thu hẹp khoảng cách để tổ chức cơ cấu nông nghiệp theo hướng thông minh hơn, bền vững hơn. Tuy nhiên, với hiện trạng của nước ta, không thể phát triển theo kiểu đồng loạt mà cần phải lựa chọn công nghệ phù hợp, sản phẩm phù hợp gắn với mỗi vùng, miền và thị trường. Bên cạnh đó, chúng ta cần ưu tiên phát triển nông nghiệp 4.0 ở các vùng có điều kiện, đi đôi với sản xuất nông nghiệp truyền thống. Các trường đại học cần đổi mới đào tạo nguồn nhân lực, tiếp cận các công nghệ mới theo xu thế thời đại phục vụ nông nghiệp thông minh 4.0. Các viện nghiên cứu cần có chiến lược nghiên cứu phần mềm và phần cứng ứng dụng giải pháp IoT, tạo ra các công nghệ mới có tính ứng dụng cao phục vụ nông nghiệp thông minh 4.0. Các địa phương cần tiến hành đào tạo nguồn nhân lực toàn diện các đối tượng trực tiếp tham gia nông nghiệp thông minh 4.0 bao gồm: nhà quản lý, cán bộ kỹ thuật, doanh 47 nghiệp/Họp tác xã và nông dân; đồng thời có chính sách khởi nghiệp, đổi mới sáng tạo phát triển có chọn lọc, hiệu quả nhất nông nghiệp thông minh 4.0. Nông nghiệp 4.0 của nước ta nên lấy doanh nghiệp làm trung tâm, từ đó phát triển các mô hình liên kết giữa doanh nghiệp với địa phương, doanh nghiệp với các trường đại học và doanh nghiệp với các startup khởi nghiệp. Từ đó hình thành nên một hệ sinh thái phát triển bền vững. Biên tập: Nguyễn Phương Anh TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Smart farming technologies - description, taxonomy and economic impact. Precision Agriculture: Technology and Economic Perspectives. Athanasios T. Balafoutis et al. 2017 2. The fourth industrial revolution and precision agriculute. Automation in Agriculture - Securing food supplies for future generation. Jehoon Sung. Rural Development Administration, Republic of Korea 3. Technologies for Adaptation in the Agriculture sector. United Nation, 2014. 4. Toward smart farming - Agriculture embracing the IoT vision. Beecham Research, 2015. 5. From Agriculture to Agtech. An industry transformed beyond molecules and chemicals. Monitor Deloitte, 2016. 6. Industry 4.0 in agriculture: Focus on IoT aspects. European Commission, 2017. 7. The future of technology in agriculture. STT Netherlands study Centre for Technology Trends, 2016. 8. Agriculutre 4.0: The future of farming technology. Matthieu De Clercq, Anshu Vats Alvaro Biel. World Government Summit, 2018. 9. Innovation in Agriculture and Food Systems in the Digital Age. The global innovation index. Harold van Es & Joshua Woodard. Cornell University, 2017 10. Báo Nhân dân, Đầu tư và Tạp chí tài chính.