Trồng cây ưa niken để khai thác niken, công nghệ mới còn ít người quan tâm

Nhiều loài thực vật quý hiếm có "trữ lượng" niken lớn được cho là đang ẩn mình trong các khu rừng tại Indonesia. Nhưng để tìm ra chúng trước khi bị tận diệt là một cuộc đua nước rút.

16 năm trước, Aiyen Tjoa đã khám phá ra một thị trấn mỏ nhỏ tại Sorowako nằm ở trung tâm đảo Sulawesi. Sorowako là ngôi nhà của vô vàn các loại thực vật và hầu hết chúng không thể tìm thấy ở nơi nào khác. Tuy nhiên, thị trấn nhỏ này đã trở thành một trong những khu vực khai thác niken lớn nhất thể giới, chỉ một công ty cũng cung cấp đến 5% sản lượng niken toàn cầu.

Aiyen Tjoa là nhà sinh vật học địa chất và là giảng viên tại Đại học Tadulako miền Trung Sulawesi. Khi Tjoa đến Sorowako vào năm 2004, hầu hết các thảm thực vật đã được dọn sạch, thay vào đó là những vùng đất cằn cỗi và những con đường đầy bụi.

Một số loài thực vật tích trữ lượng lớn niken trong nhựa cây khiến chúng chuyển sang màu xanh chuối hoặc màu xanh dương. (Ảnh: Antony van der Ent).

Đâu đó vẫn còn sót lại một số bụi cây nhỏ. Kể từ đó, Tjoa tập trung tìm kiếm những loài thực vật quý hiếm có khả năng thích nghi với môi trường mới giàu niken. Cô lý giải rằng những loại cây đó có thể là "siêu thực vật", chúng có khả năng hấp thụ một lượng lớn niken trong lòng đất và tích trữ với số lượng đáng kinh ngạc. Ngoài việc làm sạch đất, những loại cây giàu niken cũng được "khai khoáng" để trở thành nguồn cung niken mới, cho phép khai thác kim loại này mà không tàn phá hệ sinh thái.

Các loại cây mà Tjoa đang tìm kiếm được biết đến với khả năng siêu tích trữ niken, mỗi 1g lá khô của nhóm thực vật quý hiếm này có thể chứa ít nhất 1.000 microgram niken.

Hầu hết các loại thực vật chỉ hút một lượng nhỏ kim loại nặng để kích hoạt một số enzyme và niken được sử dụng để kích hoạt một bước quan trọng trong quá trình ra hoa của cây. Tuy nhiên, chỉ cần lượng niken tăng nhẹ cũng có thể khiến hầu hết các loại cây bị đầu độc và chết. Tuy nhiên, Tjoa cho biết loài thực vật siêu tích trữ niken đã phát triển khả năng chịu đựng lượng niken dư thừa bằng cách giữ kim loại nặng bên trong thành tế bào hoặc tích trữ trong không bào, một cơ quan lưu trữ bên trong tế bào. Chủ yếu, chúng tích trữ niken trong chồi, lá, rễ hay nhựa cây.

Thực vật chúng tích trữ niken trong chồi, lá, rễ hay nhựa cây. (Ảnh: Antony van der Ent).

Có thể kể đến một số loài ưa niken như Alyssum murale, một loài cây bản địa tại Ý, có thể tích trữ đến 30.000 microgram niken trong 1g lá khô. Một loài khác là Phyllantus balgoyii, có thể tìm thấy tại Malaysia, cũng có lượng niken tương tự trong nhựa của chúng khiến nó chuyển thành màu xanh dương pha xanh lá. Đến nay, có khoảng 450 loài thực vật ưa niken đã được ghi nhận trên toàn thế giới. Hầu hết những loài cây này sinh sống tại các quốc gia ít đa dạng thực vật hơn và trữ lượng niken cũng thấp hơn Indonesia, cụ thể như Cuba (130 loài), Nam Âu (45 loài), New Caledonia (65 loài) và Malaysia (24 loài).

Thú vị là có rất ít loài thực vật nhóm này được tìm thấy tại Indonesia, trong khi đây là một trong các quốc gia có độ đa dạng sinh học cũng như trữ lượng niken bậc nhất thế giới. Indonesia gần như là môi trường hoàn hảo cho các loài thực vật siêu tích trữ niken sinh sống. Tjoa cho rằng nguyên nhân có thể là do có quá ít người dành thời gian để tìm kiếm chúng.

Cuộc tìm kiếm lâu dài

Khi Tjoa nhận được giấy phép của một công ty khai khoáng tại Sorowako, cô đã nhanh chóng mang thiết bị để tiến hành rà soát khu vực. Trong suốt 4 năm, Tjoa phải tự túc hoàn toàn chi phí cho nghiên cứu của mình và sau khi đến Sorowako hết lần này đến lần khác, cô vẫn chưa thể hoàn thành mục tiêu. Công việc này rất vất vả và thời gian đầu rất dễ chán nản.

Một phần khiến quá trình tìm kiếm diễn ra chậm là vì các loại cây này hoàn toàn bình thường khi chỉ quan sát bằng mắt. Khi phát hiện một đối tượng nghi ngờ, Tjoa sẽ có cách để kiểm tra tại chỗ xem đây có phải loài cây cô đang tìm kiếm hay không. Nhà thực vật học từ Đại học Queensland, cũng nghiên cứu về thực vật siêu tích trữ niken, Antony van der Ent cho biết phương pháp này sử dụng một mẩu giấy thử hình tròn, màu trắng để kiểm tra niken. "Mẩu giấy sẽ ngay lập tức chuyển sang màu hồng khi tiếp xúc với thứ chúng ta cần tìm. Phương pháp này rất tuyệt, dễ thực hiện và cho kết quả nhanh chóng", anh nói.

Mẩu giấy kiểm tra nhanh sẽ chuyển sang màu hồng khi tiếp xúc với niken. (Ảnh: Antony van der Ent).

Tuy nhiên, không phải cứ có niken là đồng nghĩa với việc tìm ra loài cây siêu tích trữ niken. Để phân tích nồng độ niken cao bao nhiêu thì cần phải đưa mẫu vật về phòng thí nghiệm, sấy khô và kiểm tra bằng tia X-ray. Khi sử dụng máy phát tia X-ray cầm tay rọi vào mẫu vật, nó sẽ phát ra một lượng năng lượng nhất định đặc trưng cho nguyên tử niken.

Sau 4 năm tìm kiếm, cuối cùng, Tjoa chỉ phát hiện được hai loài thực vật bản địa siêu tích trữ niken vào năm 2008: Sarcotheca celebica và Knema matanensis. Tại phòng thí nghiệm, cô tìm ra rằng cả hai loài cây bản địa trên đều có thể tích trữ từ 1.000 đến 5.000 microgram niken trên mỗi gram lá khô.

Tjoa hi vọng đây chỉ mới là điểm khởi đầu, sẽ còn nhiều loài khác ngoài kia chưa được phát hiện. So với các loài thực vật ưa niken ở các nới khác, hai loài tìm thấy tại đây có khả năng tích trữ khá khiêm tốn. "Chúng tôi đang tìm loài cây có thể tích trữ ít nhất 10.000 microgram [trên mỗi gram lá khô]", cô cho biết. Nếu đạt ngưỡng đó, việc trồng cây để khai thác khoáng sản là hoàn toàn khả thi, phương pháp này còn được gọi là "phytomining".

Nghiên cứu của Tjoa trên các loài thực vật này đã thu hút sự chú ý của Satria Bijaksana, một giáo sư chuyên nghiên cứu đặc điểm từ tính tại Viện Công nghệ Bandung. Bijaksana đang tìm kiếm những nghiên cứu liên quan đến mối quan hệ giữa địa chất và sinh thái tại Sulawesi. Anh đã bị cuốn hút bởi các nghiên cứu về phytomining của Tjoa và van der Ent. Anh tự nhủ rằng có thể chuyên môn về từ tính của mình sẽ giúp họ đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu.

Các khu rừng tại Indonesia là hệ sinh thái lý tưởng cho các loài cây siêu tích trữ niken với đất giàu niken. (Ảnh: Antony van der Ent)

Vì các loài cây siêu tích trữ sẽ có hàm lượng lớn kim loại, do đó khi những loài cây này bị đốt thành tro thì kim loại trong nó sẽ có từ tính. Nhiều nghiên cứu cho thấy sự hấp thụ niken ở các loài thực vật siêu tích trữ diễn ra đồng thời với quá tình hấp thụ sắt, một kim loại có tính từ tính cao. Cùng với Tjoa, Bijaksana đã thiết kế một thí nghiệm để kiểm tra xem tính cảm ứng từ của các loài thực vật có tỉ lệ thuận với lượng niken chúng hấp thụ hay không. Họ đã so sánh tro của hai loài cây siêu tích trữ niken đã được xác định (Alyssum murale và Alyssum corsicum) với 10 loài cây bản địa tại Sulawesi và Halmahera. Kết quả nhận được rất khả quan, họ tìm thấy một loài cây bản địa có cả hàm lượng sắt và niken cao.

"Chúng tôi nghĩ rằng sử dụng từ tính có thể giúp đẩy nhanh quá trình vì nó chỉ phát hiện niken nồng độ cao", từ đó cho ít kết quả dương tính giả hơn, Bijaksana cho biết. Nghiên cứu của Tjoa và Bijaksana được công bố vào tháng 5/2020 và đã xác định thêm hai loài thực vật ưa niken mới tại Sulawesi là Casearia halmaherensis và một loài cây khác thuộc họ tiêu. Cả hai loài này đều có thể tích trữ khoảng 2.000 đến 2.900 microgram niken trên mỗi gram lá khô. Tuy nghiên cứu này chỉ mới ở mức sơ bộ, nhưng Bijaksana hy vọng rằng nó sẽ có thể thuyết phục mọi người quan tâm hơn đến phương pháp khai thác phytomining hơn tại Indonesia.

Phương pháp khai khoáng mới

Sự cuốn hút của các loài thực vật siêu tích lũy niken nằm ở chỗ nó vừa hấp thụ cả chất độc có trong đất lẫn thứ kim loại có giá trị cao. Niken được sử dụng để sản xuất từ vòi nước cho đến mình ắc quy ô tô. Việc khai thác niken từ thực vật là một quá trình tương đối dễ dàng.

Antony van der Ent đã tính toán rằng một loài cây siêu tích trữ như Phyllantus balgoyii có thể sản xuất khoảng 120kg niken một năm trên mỗi hecta. Nếu tính ra giá trị trên thị trường sẽ đạt khoảng 1.754 USD/ha. Quá trình khai thác niken sẽ cần phải cắt tỉa chồi, vì chúng chứa nồng độ kim loại lớn nhất, và đốt chúng để tách kim loại từ tro. Quá trình này sẽ thải ra khí CO2 khi đốt, tuy nhiên van der Ent cho biết việc trồng lại các cây siêu tích trữ niken sẽ cân bằng lượng khí CO2 tạo ra. "Toàn bộ khí CO2 tạo ra trong quá trình đốt sẽ được ‘giữ lại' cho những vụ mới phát triển trong vài tháng tiếp theo", anh giải thích.

Phương pháp khai khoáng truyền thống sẽ loại bỏ các thảm thực vật và phá hủy một khu vực đa dạng sinh học lớn trong các cánh rừng tại Indonesia. (Ảnh: Getty Images).

Phytomining có lợi cho môi trường hơn so với tất cả các phương pháp khai khoáng truyền thống. Tại Sorowako, niken được khai thác tại các khu mỏ lộ thiên để tiếp cận trữ lượng niken trong lớp đá tổ ong. Để khai thác niken, đất đá sẽ được nghiền ra, quá trình này có thể giải phóng các nguyên tố phóng xạ, các chất bụi tự nhiên như xi-măng và bụi kim loại. Mỏ lộ thiên còn tạo ra dạng chất thải bán lỏng độc hại được gọi là quặng đuôi. Nếu không được xử lý đúng, chất thải chứa asen và thủy ngân có thể sẽ bị rò rỉ ra môi trường. Nói chung, khai khoáng theo phương pháp truyền thống là một trong các nguồn thải khí CO2 lớn, giải phóng ít nhất 10% lượng khí thải nhà kính vào năm 2017.

Ngoài việc khai thác niken bằng phương pháp thân thiện với môi trường hơn, các loài cây này cũng giúp cải tạo lại đất trong khu vực đã khai thác. Tjoa cho biết hầu hết các công ty khai khoáng tại Indonesia đều bỏ qua yêu cầu trồng lại thảm thực vật tại các địa điểm hoàn tất khai thác. Cho dù có thực hiện, thì họ cũng chỉ sử dụng các loại cây thông thường thay vì loại cây ưa niken.

Tuy nhiên, Antony van der Ent cho biết sự thiếu quan tâm đến việc phục hồi là sai lầm. "Hầu hết những loại cây này là cây dại và khả năng phục hồi môi trường rất kém", anh nói. Các loài thực vật siêu tích trữ niken có thể làm tốt hơn từ việc nâng cao chất lượng đất nhờ hấp thụ niken và đem lại các chất dinh dưỡng cần thiết cho các loài cây thông thường khác. "Cuối cùng, các loại cây thông thường sẽ có thể trồng được trên những khu đất này sau khi hoàn tất khai thác bằng phytomining", anh cho biết. Nó sẽ mang lại lợi ích kinh tế cho các công ty khai khoáng vì có thể khai thác thêm dư lượng niken có trong chồi của các loài cây này. Hiện tại, đất phải có ít nhất 1% niken mới có thể khai thác bằng phương pháp truyền thống. "Nhưng một loài cây siêu tích trữ có thể đạt được nồng độ tích trữ niken cao nhất chỉ với 0,1% niken trong đất", van der Ent cho biết.

Thông thường, việc tái tạo thảm thực vật sau khi khai thác không sử dụng các loài cây ưa niken. (Ảnh: Getty Images).

Tại Sabah, Malaysia, van der Ent đã tiến hành thử nghiệm thực địa phương pháp phytomining từ năm 2014. "Chúng tôi phát hiện rằng phytomining thật sự có tác dụng", anh nói. Phương pháp này cũng có thể ứng dụng tại các khu đất có nồng độ niken lớn nhưng chưa từng được khai thác. Nhưng van der Ent nhấn mạnh rằng công nghệ này không nhằm thay thế việc khai thác mỏ lộ thiên. Điều này sẽ rất khó thực hiện vì Indonesia đang là quốc gia khai thác niken lớn nhất thể giới với sản lượng xuất khẩu khoảng 73 triệu tấn mỗi năm. Thay vào đó, phytomining có thể sử dụng như một phương pháp song song. Quan trọng nhất là phytomining khác với phương pháp truyền thống ở chỗ nó không gây xung đột với người dân bản xứ. "Chúng tôi dự định sử dụng phương pháp này tại vùng đất giàu niken cho các hộ dân nhỏ thay thế những hình thức nông nghiệp khác", van der Ent cho biết.

Mặc dù có tiềm năng nhưng Tjoa vẫn thất vọng về sự phát triển chậm chạp của phytomining tại Indonesia. "Dường như không ai quan tâm đến tiềm năng của nó", cô nói. Cô cho biết cô đã liên lạc với công ty khai khoáng PT Aneka Tambang (Antam) vào năm 2009, một công ty khai khoáng của nhà nước, nhưng cái cô nhận được là sự phản hồi rất chậm chạp và không rõ ràng. Chính công ty PT Inco đã hỗ trợ cho nghiên cứu về phytomining của Tjoa khi cô thực hiện thử nghiệm thực địa về khả năng thích nghi của loài cây Alyssum murale tại Sorowako. Tuy nhiên sự hợp tác đã kết thúc, một phần vì công ty đã tái cơ cấu lại. "Đáng tiếc là từ đó đến nay chúng tôi không còn hợp tác nữa", Tjoa cho biết.

Mọi thứ thật trớ trêu, "không có quốc gia nào có tiềm năng cho phytomining như Indonesia", van der Ent nói. Với sự đa dạng sinh học bậc nhất và lịch sử địa chất, anh nhận định Indonesia có tiềm năng khổng lồ cho nghiên cứu tìm ra các loài thực vật siêu tích trữ niken. Sulawesi, Halmahera và các đảo lân cận có lớp móng địa chất siêu khoáng chất lớn nhất trên thế giới với 23.400 ha, trong đó có thể chứa hàm lượng lớn niken. Ngoài việc có hàm lượng niken lớn, đất từ móng địa chất này còn hình thành độ đặc hữu thực vật cao. "Điều đó khiến ngành công nghiệp khai thác nguồn tài nguyên niken xung đột trực tiếp với vấn đề đa dạng sinh học", van der Ent cho biết.

Khai thác niken từ các loài thực vật sẽ tạo ra nguồn cung bền vững. (Ảnh: Antony van der Ent).

Các nhà nghiên cứu tin rằng nhiều loài thực vật siêu tích trữ niken có thể sẽ biến mất trước khi được tìm thấy do sự đẩy nhanh quá trình giải phóng mặt bằng phục vụ khai khoáng. Từ năm 1990 đến năm 2018, Sulawesi đã mất gần 19% diện tích rừng. "Chúng ta đang đánh mất cơ hội tìm ra chúng", Tjoa nói.

Những tia hi vọng

Dù vậy, Tjoa không từ bỏ nghiên cứu của mình. Tại miền Trung Sulawesi, khu bảo tồn thiên nhiên Morowall được hình thành từ khu rừng nhiệt đới nguyên sinh và lớp đất giàu niken. Vùng đất xám này nằm trên lớp móng địa chất có tên serpentinite, đây được cho là nơi hoàn hảo để các loài cây ưa niken phát triển. "Khảo sát của chúng tôi tại đảo Halmahera cho thấy các loài cây siêu tích trữ niken xuất hiện phổ biến trên loại đất này, nhưng chưa có ai tìm thấy nó tại Sulawesi. Tất cả nỗ lực hiện tại là tập trung tìm ra chúng", van der Ent nói.

Trong khi đó, Tjoa cho biết một công ty khai khoáng nước ngoài cũng đã bày tỏ sự quan tâm đối với công nghệ phytomining tại địa phương. Năm 2017, một nhà đầu tư tại Mỹ đã liên lạc với cô và tài trợ 5.000 ha đất nghiên cứu tại Sulawesi. Tjoa cho biết với dự án này, cô sẽ sử dụng loài cây Alyssum murale có nguồn gốc từ Ý. Dù ý tưởng sử dụng một giống cây ngoại lai trong hệ sinh thái Sulawesi không quá lý tưởng, nhưng ít nhất nó có khả năng thành công. "Có thể chúng tôi phải sử dụng loài cây này trước để thuyết phục chính phủ Indonesia rằng phytomining có thể thành công", cô nói.

Tjoa hi vọng rằng phytomining có thể trở thành một phần của mọi khu vực khai thác khoáng sản mà công ty được yêu cầu giữ lại một phần rừng nhiệt đới trong khu vực quản lý. Sử dụng thực vật thay cho các loại máy móc hạng nặng sẽ giúp giảm chất thải, bảo tồn hệ sinh thái và thải ra ít chất độc hại hơn. "Điều đó quả thật rất tuyệt vời", Tjoa nói.

• Đi đào vàng, bất ngờ phát hiện "tàn tích ngoài hành tinh" quý hơn vàng
• 7 loại thực phẩm giúp bạn trông trẻ trung hơn tức thì
• Tinh trùng đạt chất lượng hoàn hảo nhất trong ngày là vào lúc nào?