Hai thập kỷ trở lại đây, cuộc khủng hoảng năng lượng được gọi tên và nổi lên ở toàn cầu, gắn liền với những "địa chấn" trầm trọng do biến đổi khí hậu gây nên.

Trước tình thế đó, để bắt kịp xu hướng chiếu sáng xanh, các quốc gia trên thế giới khẩn trương chuyển mình trong việc tìm kiếm giải pháp chiếu sáng thông minh và bền vững.

Việt Nam hiển nhiên không thể đứng ngoài cuộc khi hệ thống chiếu sáng nhân tạo vốn đang tiêu tốn một lượng điện năng đáng kể, đặc biệt là tại các đô thị phát triển như TP.HCM.

Chiếu sáng xanh bằng cây cỏ biến đổi gene phát sáng không chỉ là một giải pháp đầy tiềm năng mà còn mang tính thực tiễn cao trong lộ trình xây dựng thành phố thông minh.

Việc ứng dụng công nghệ sinh học vào quản lý năng lượng và chiếu sáng công cộng giúp TP.HCM trở thành đô thị tiên phong, sáng tạo và luôn đổi mới.

"Vườn ánh sáng sống" từ cây cỏ biến đổi gene sẽ tận dụng tối đa, khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên sinh học, tạo dấu ấn và góp phần định hình tương lai phát triển bền vững.

Tầm nhìn và mục tiêu

Ý tưởng này tập trung vào việc ứng dụng công nghệ sinh học tiên tiến làm thay đổi bộ gene của các loài cây cỏ khiến chúng phát quang sinh học.

Bằng cách tích hợp các gene phát sáng từ sinh vật biển như tảo, nấm hoặc đom đóm, cây trồng đô thị có thể tự động phát sáng vào ban đêm mà ít cần sử dụng điện năng.

Việc này nhắm đến việc tái tạo và chuyển hóa không gian công cộng thông qua sự kết hợp giữa công nghệ chiếu sáng hiện đại và hệ sinh thái tự nhiên.

Nhằm tạo ra một hệ thống chiếu sáng xanh sinh động cho các con đường, công viên và không gian công cộng của thành phố.

Hướng đến mục tiêu tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu nhu cầu dùng điện cho hệ thống chiếu sáng công cộng, giảm lượng khí CO₂ phát sinh từ quá trình sản xuất và tiêu thụ điện, cải thiện cảnh quan đô thị, đồng thời góp phần tạo nên một môi trường sống thân thiện và bền vững.

Cơ sở khoa học

Công nghệ biến đổi gene cho phép các nhà khoa học tạo ra thực vật có khả năng phát sáng dựa trên cơ chế phát quang sinh học tự nhiên. Bằng cách chuyển gene phát sáng từ các loài đom đóm, sinh vật biển hoặc vi khuẩn phát quang vào cây, họ đã thành công trong việc kích hoạt quá trình sản xuất enzyme luciferase.

Khi phản ứng với các hợp chất có sẵn trong tế bào cây, enzyme này xúc tác quá trình phát quang sinh học, giúp cây phát sáng trong bóng tối mà không yêu cầu bất kỳ nguồn năng lượng bổ sung nào, nhờ vào sự tích lũy và giải phóng các phân tử trong tế bào.

Một số kỹ thuật biến đổi di truyền thậm chí có thể tăng cường ánh sáng khả kiến lên đến 100 lần, cho phép cây hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời vào ban ngày và phát sáng vào ban đêm. Điều này mở ra tiềm năng cho nhiều ứng dụng mới trong trang trí hoặc chiếu sáng không gian.

Chỉnh sửa gene không hề ảnh hưởng đến sự tăng trưởng bình thường của cây, ánh sáng sẽ được duy trì tuần hoàn suốt vòng đời của chúng.

Những loài cây cỏ phát quang sinh học sẽ được trồng tại các khu vực công cộng, lối đi bộ, công viên và các địa điểm tham quan nổi tiếng.

Phương pháp thực hiện

Nghiên cứu gene phát sáng: Chọn lọc và nghiên cứu các loài sinh vật phát quang tự nhiên như tảo, nấm và đom đóm để tìm ra các gene phát sáng phù hợp.

Biến đổi gene thực vật: Ứng dụng công nghệ CRISPR hoặc phương pháp chỉnh sửa gene khác để cấy ghép các gene phát sáng vào cây cỏ phù hợp với điều kiện khí hậu của Việt Nam, dễ chăm sóc và có tuổi thọ cao trong môi trường đô thị.

Thử nghiệm và triển khai: Tiến hành thí điểm tại các khu vực công viên, đường phố tạo ra các "vườn ánh sáng sống" có sự kết nối giữa thiên nhiên và công nghệ. Các vật liệu tái chế sẽ được sử dụng để xây dựng các cấu trúc hỗ trợ hệ thống chiếu sáng như cột đèn, ghế ngồi.

Đánh giá và mở rộng: Thu thập dữ liệu về mức tiết kiệm năng lượng, đánh giá hiệu quả và khả năng phát sáng, từ đó nhân rộng mô hình đến nhiều khu vực trong thành phố.

Phạm vi ứng dụng

Hãy tưởng tượng một TP.HCM về đêm, nơi nguồn sáng không chỉ đến từ đèn điện cứng nhắc, mà còn từ những vườn cây phát sáng lung linh.

Các công viên, quảng trường, dải phân cách đường phố, đại lộ và ven sông đều rực rỡ với thứ ánh sáng dịu mắt, hòa cùng nhịp thở của thiên nhiên.

Đó là viễn cảnh như trong mơ, một "vườn ánh sáng sống" sinh động, gần gũi và gắn kết tựa như Pandora - mặt trăng của người ngoài hành tinh trong Avatar.

Những khu vực tiềm năng để áp dụng

Công viên 23-9: Ánh sáng mềm mại từ những bụi cỏ phát sáng xen lẫn với hệ thống đèn trang trí sẽ tạo nên một không gian huyền ảo, thu hút khách du lịch cũng như mang đến trải nghiệm mới lạ cho người dân địa phương.

Đại lộ Võ Văn Kiệt: Các hàng cây phát sáng nổi bật trên dải phân cách giữa các làn xe vừa tạo nên cảnh quan độc đáo, vừa hạn chế lệ thuộc vào nhu cầu sử dụng đèn điện chiếu sáng cho giao thông.

Khu vực ven sông và kênh rạch: Con đường và lối đi bộ dọc ven sông được thắp sáng bởi các vườn cây phát sáng sẽ là điểm nhấn tạo nên một cảnh quan nổi bật khiến thành phố trở nên thơ mộng cũng như tăng tính an toàn về đêm.

Lợi ích toàn diện

Tiết kiệm năng lượng: Thay thế một phần hệ thống đèn điện bằng cây cỏ phát sáng sẽ tiết kiệm một lượng lớn điện năng tiêu thụ, giảm chi phí cho ngân sách thành phố, giảm áp lực lên hệ thống điện, nhất là trong bối cảnh dân số và nhu cầu năng lượng ngày một tăng, thêm vào đó còn tiết giảm một phần chi phí vận hành các hệ thống chiếu sáng công cộng trong tương lai.

Giảm thiểu phát thải khí nhà kính: Mỗi kilowatt giờ điện không được tiêu thụ đồng nghĩa với việc bớt phát thải CO₂, giải quyết phần nào vấn nạn ô nhiễm ánh sáng tồn đọng, đóng góp vào nỗ lực chống biến đổi khí hậu.

Cải thiện chất lượng môi trường: Cây cỏ phát sáng không chỉ mang lại ánh sáng mà còn thực hiện chức năng hấp thụ CO₂ và cung cấp hàm lượng oxy dồi dào làm trong lành không khí, cải thiện sức khỏe, tinh thần của người dân thành phố, khuyến khích sự tương tác giữa con người và thiên nhiên cũng như ý thức bảo vệ môi trường.

Tô điểm cảnh quan đô thị: Ánh sáng từ cây cỏ sẽ tạo dựng một mỹ quan khác biệt, sống động và thân thiện với môi trường. Thu hút khách du lịch, thúc đẩy giá trị kinh tế và quảng bá hình ảnh thành phố xanh, bền vững ra toàn thế giới.

Tính khả thi

Công nghệ: Với những tiến bộ vượt bậc của công nghệ biến đổi gene, các nghiên cứu đã chứng minh đặc tính phát quang sinh học ở nhiều loài thực vật, việc tạo ra cây phát sáng không còn là trở ngại lớn.

Thời gian phát triển: Tùy điều kiện môi trường, cây cỏ phát sáng cần thời gian từ 6 tháng đến 1 năm để hoàn thiện quá trình sinh trưởng và đạt được tính năng phát quang ổn định.

Chi phí: Mặc dù chi phí dành cho nghiên cứu và phát triển ban đầu sẽ khá cao, nhưng khi triển khai đại trà, chi phí sẽ giảm dần theo quy mô sản xuất, xét về lâu dài công nghệ này có tiềm năng tiết kiệm chi phí hơn so với việc duy trì hệ thống chiếu sáng điện thông thường.

Thách thức và giải pháp

Rủi ro về môi trường: Một số ý kiến lo ngại cây biến đổi gene sẽ gây tác động tiêu cực đến hệ sinh thái tự nhiên, nhưng có thể giảm thiểu rủi ro này bằng cách thiết kế và kiểm soát nghiêm ngặt sự lây lan của các gene biến đổi trong khu vực ứng dụng, đảm bảo cây phát sáng không ảnh hưởng xấu cho môi trường xung quanh hoặc làm mất cân bằng hệ sinh thái địa phương.

Ngoài ra, các thử nghiệm kỹ lưỡng sẽ giúp đánh giá tính an toàn và hiệu quả trước khi thực hiện trên diện rộng.

Việc hợp tác chặt chẽ với các cơ quan quản lý môi trường để giám sát quá trình thực hiện là điều cần thiết và quan trọng để cam kết tính bền vững.

Hiệu suất chiếu sáng: Để chắc chắn cây cỏ phát sáng đáp ứng đủ nhu cầu chiếu sáng cần chọn lựa các loài thực vật thích hợp và điều chỉnh gene để tối ưu hóa khả năng phát sáng.

Việc thử nghiệm các loại cây và nghiên cứu sâu hơn cũng sẽ tăng cường hiệu suất phát quang, từ đó nâng cao năng lực vận dụng thực tế trong tương lai.

Mẫu đèn chiếu sáng dựa trên các nguyên lý thiết kế tuần hoàn và Net Zero

Tận dụng vật liệu tái chế và áp dụng các nguyên lý của thiết kế tuần hoàn có thể cho ra những sản phẩm đèn đẹp mắt, thân thiện môi trường, ít tốn nguyên vật liệu, năng lượng và đạt được các tiêu chí của thiết kế Net Zero.