Hệ thống giám sát khí metan trên ruộng lúa: Tiến gần hơn đến các mục tiêu lớn

Tiên phong phát triển thiết bị giám sát khí metan từ đồng ruộng, TS. Nguyễn Thanh Mỹ, Chủ tịch HĐQT RYNAN Technologies và Mỹ Lan Group kỳ vọng Hệ thống giám sát này sẽ đem lại dữ liệu chính xác cho việc trồng lúa phát thải thấp - một mục tiêu mà cho đến nay vẫn chưa có cách nào đo đếm kết quả đầu ra một cách hiệu quả.

Hệ thống giám sát khí nhà kính trực tuyến của RYNAN tại HTX Phát Tài, xã Thanh Mỹ, huyện Châu Thành, tỉnh Trà Vinh - một trong bảy mô hình phát triển bền vững một triệu hecta. Ảnh: RYNAN

Việc giảm phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp đã trở thành một mục tiêu được Chính phủ chú trọng. Không chỉ góp phần bảo vệ môi trường và đảm bảo thực hiện thành công các cam kết của Chính phủ, việc lượng hóa chính xác được lượng khí phát thải từ hoạt động canh tác lúa còn có thể giúp xác nhận tín chỉ carbon trong lĩnh vực nông nghiệp tại Việt Nam trong thời gian tới - một hoạt động hoàn toàn có thể mang lại nguồn thu cho Việt Nam.

TS. Nguyễn Thanh Mỹ đã có những chia sẻ thú vị với với Báo KH&PT về chủ đề này.

Xin ông cho biết, điều gì đã thôi thúc ông và công ty phát triển hệ thống giám sát khí metan trên ruộng lúa?

Quyết định số 1490/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ: Phê duyệt Đề án “Phát triển bền vững một triệu héc-ta chuyên canh lúa chất lượng cao và phát thải thấp gắn với tăng trưởng xanh vùng đồng bằng sông Cửu Long đến năm 2030”. Tôi rất thích thú và mong muốn đóng góp trí tuệ và nguồn lực để dự án thành công vì kết quả của nó sẽ có lợi ích lâu dài cho đất nước.

Theo dữ liệu của RYNAN, đồng bằng sông Cửu Long đang có 1,437,110 héc-ta (ha) canh tác lúa. Trong đó có 63,7% là diện tích canh tác lúa ba vụ, 31,7% là diện tích canh tác lúa hai vụ, và 4,6% là diện tích canh tác lúa một vụ. Tổng thu hoạch lúa năm 2024 là 3,726,667 ha.

Hiện nay, nhà nước đang khuyến khích người nông dân mình canh tác lúa theo quy trình “1 phải, 5 giảm” (phải sử dụng giống lúa có chứng nhận, và giảm lượng giống gieo sạ, phân đạm, thuốc bảo vệ thực vật, lượng nước tưới, thất thoát sau thu hoạch) để hướng đến mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên một triệu ha này. Trong đó, phương pháp ngập khô xen kẽ được cho là có thể giúp giảm đến 50% lượng khí CH4 - lượng khí phát thải chính từ việc trồng lúa.

Song, điều quan trọng là phải làm như thế nào để đo đếm được chính xác lượng khí phát thải. Nếu anh giảm phát thải mà anh lại đo trật lất thì không được đúng không? Đó là lý do hệ thống giám sát phát thải khí metan (CH4) và có tên thương mại là MethanEYE™ PY100 của RYNAN ra đời.

Hệ thống MethanEYE™ PY100 của RYNAN khác với phương pháp đo phát thải khí CH4 từ ruộng lúa hiện nay như thế nào?

Ở Việt Nam, phương pháp đo phát thải khí nhà kính là sử dụng buồng tích lũy khí theo sổ tay hướng dẫn của PGS.TS. Mai Văn Trịnh. Thông thường, người ta sẽ đặt những cái đế trong suốt vụ lúa, và dùng các buồng tích lũy khí để đặt lên trên mỗi ngày trong khoảng thời gian từ 8:00 - 10:00. Sau đó, họ rút khoảng 50ml khí từ buồng để bơm vào lọ thủy tinh và mang về phòng thí nghiệm để phân tích. Do hoạt động này tốn rất nhiều công lao động nên họ hạn chế việc lấy mẫu, có nơi chỉ lấy mẫu một lần trong tuần rồi lấy kết quả sau phân tích nhân cho 24 giờ và nhân cho 7 ngày.

Với logic của người làm khoa học, tôi nhận thấy rằng việc phân tích mẫu như vậy sẽ không đem lại kết quả chính xác. Phát thải khí metan là một quá trình phản ứng sinh hóa học do vi khuẩn gây ra và bị ảnh hưởng bởi rất nhiều điều kiện như nhiệt độ đất, điều kiện môi trường - lúa có ngập nước liên tục hay không,... Lượng khí phát thải trong thời gian hai tiếng buổi sáng không giống hệt lượng khí phát thải trong cả ngày hay cả tuần được. Nếu chỉ lấy mẫu một lần trong thời gian cố định nhưng lại sử dụng kết quả đó để tính toán phát thải cho nguyên cả vụ lúa thì sẽ không đem lại dữ liệu chính xác.

RYNAN đã làm như thế nào để khắc phục hạn chế này trong hệ thống giám sát khí metan của mình? Đặc biệt là khi sử dụng trong môi trường với thời tiết thường xuyên thay đổi?

Có thể nói hệ thống giám sát khí metan của RYNAN là thiết bị đầu tiên trên thế giới đo tự động được khí CH4 ở mức mg. Các giải pháp khác như thiết bị Eddy Covariance thì rất đắt tiền, máy bay không người lái và vệ tinh thì phải phát thải ở mức 25 tấn khí metan một giờ thì mới phát hiện được.

Trong khi đó, MethanEYE™ của RYNAN cũng có buồng tích lũy khí, nhưng được gắn hai loại cảm biến tự động để đo khí metan theo thời gian thực trong 24/24 giờ. Hệ thống này có thể tự động đo khí metan trực tuyến với nồng độ từ 0.060 ppm, (đơn vị ppm=mg/L); hay từ 78 mg/m2/ngày. Dữ liệu được gửi qua mạng 4G/5G lên Internet cứ mỗi 5 phút một lần. Điều quan trọng là hệ thống không chỉ đo khí metan mà còn thu thập rất nhiều dữ liệu bao gồm: nhiệt độ đất (15cm dưới mặt đất), nhiệt độ mặt đất (1cm dưới mặt đất), nhiệt độ không khí, cường độ ánh sáng và tổng lượng ánh sáng trời trong ngày, mực nước trên ruộng, độ ẩm đất, hàm lượng N, P, K trong đất (từ 1 đến 15cm dưới mặt đất), giá trị pH của đất (từ 1 đến 15cm dưới mặt đất), độ dẫn điện của đất (từ 1 đến 15cm dưới mặt đất). Những dữ liệu trên cũng được gửi lên Internet mỗi 5 phút một lần. Các kết quả sẽ được thể hiện dưới dạng biểu đồ trực quan.

Vấn đề ở đây là buồng tích lũy khí sẽ rất nóng do ánh nắng chiếu vào làm nhiệt độ trong buồng tăng cao. Trong khi đó, cảm biến của thiết bị lại đo dựa trên sự thay đổi nhiệt độ, nếu mình không xử lý tốt thì nhiệt độ trong buồng sẽ làm sai kết quả đo. Do đó, chúng tôi phải chế nhiều thứ ở trong đó để đảm bảo đo chính xác được lượng khí. Trong hệ thống của RYNAN, có hai vùng nhiệt độ: một vùng nhiệt độ ở trong buồng phải cân chỉnh theo nhiệt độ ngoài môi trường, và vùng thứ hai là chỗ tự động lấy mẫu để đo phải luôn giữ ở 25°C. Nhờ vậy, hệ thống tự điều hòa không khí bên trong buồng tích lũy khí metan bằng nhiệt độ môi trường bên ngoài để không ảnh hưởng đến quá trình phát triển của cây lúa bên trong buồng và hạn chế việc phải di dời buồng sang vị trí khác. Hệ thống cũng tự động đóng mở nắp mỗi ngày để thay bỏ khí metan tích lũy trong ngày và trao đổi với khí bên ngoài. Ngoài ra, mỗi tuần thiết bị sẽ tự động bơm vào buồng 100 ml khí metan rồi tự động đo lại tín hiệu của lượng khí đó - quy trình tự hiệu chuẩn.

Bên cạnh đó, chúng tôi ứng dụng trí tuệ nhân tạo và Internet vạn vật (AIoT) để tạo ra “bản đồ trí tuệ nhân tạo tạo sinh (GenAI)”, giúp thu thập dữ liệu từ mặt đất và kết hợp với dữ liệu viễn thám tuổi lúa, mực nước ruộng và nhiệt độ đất để giám sát phát thải khí metan theo thời gian thực, nhờ đó không cần phải đầu tư quá nhiều thiết bị.

Có kết quả nào đáng chú ý thu được từ dữ liệu của hệ thống giám sát RYNAN không?

Hiện tại, thiết bị đã được triển khai ở một số vùng trồng lúa như Trà Vinh. Chẳng hạn, vụ mùa thu đông tại HTX Phát Tài canh tác lúa OM5451 kéo dài 91 ngày, thu hoạch được 9.120 Kg lúa tươi/6.123 Kg lúa khô (độ ẩm 14%). Tổng lượng khí metan phát thải là 440,61 KgCH4/ha, tương đương 11.896 KgCO2eq. Như vậy mỗi Kg lúa khô thu hoạch được phát thải 1,943 KgCO2eq. Trong nghiên cứu vào năm 2023 ở ĐBSCL, tổ chức IRRI báo cáo mỗi Kg lúa khô OM5451 chỉ phát thải 0,999 KgCO2eq.

Lượng phát thải khí metan tùy thuộc vào ba yếu tố chính: thứ nhất là lượng rơm rạ bị vùi lại dưới đất sau khi gặt, thứ hai là thời gian ngập nước liên tục trên ruộng, tạo ra môi trường yếm khí và thứ ba là nhiệt độ đất và nhiều yếu tố phụ khác. Nhờ giám sát lượng khí liên tục như vậy, chúng tôi mới thấy rằng nhiều nghiên cứu trước giờ ở Việt Nam đo không chính xác. Thông thường từ 8:00 tới 10:00 sáng là lúc phát thải thấp nhất, sau 12:00 trưa mới bắt đầu phát thải nhiều vì nhiệt độ của đất tăng dần lên. Do đó, nếu chỉ lấy mẫu vào buổi sáng để phân tích thì sẽ đánh giá thấp lượng phát thải, còn nếu chỉ lấy mẫu sau 12:00 thì sẽ đánh giá quá mức lượng phát thải so với thực tế, cả hai trường hợp đều sẽ dẫn đến kết quả không đúng.

Những dữ liệu từ hệ thống như thế này sẽ đem lại giá trị như thế nào, thưa ông?

Khi chúng tôi làm thiết bị này thì người ta cũng hỏi: “Ông bán cho ai? Cho nông dân, cho nhà nước, cho hợp tác xã?”. Thực ra, chúng tôi cung cấp dữ liệu cho những tổ chức chứng nhận cho người mua tín chỉ carbon. Chẳng hạn, hiện nay Nhật và Việt Nam đang thương lượng để ký Cơ chế tín dụng chung (JCM - Joint Crediting Mechanism). Nhật đã ký với rất nhiều nước rồi, mà Việt Nam thì vẫn còn đang thương lượng. Khi nào Việt Nam ký được cái đó, thì các công ty tư nhân của Nhật - các công ty cam kết với nhà nước sẽ giảm mấy trăm ngàn tấn khí nhà kính một năm chẳng hạn - họ sẽ qua Việt Nam để có thể thương lượng mua tín chỉ carbon. Vấn đề là ai cân đo đong đếm lượng carbon phát thải ở Việt Nam cho họ?

Chúng tôi sẽ là những doanh nghiệp thực hiện chuyện đó, cân đo đong đếm và cung cấp thông tin, dữ liệu cho những công ty chứng nhận hoặc các tổ chức chứng nhận về carbon. Công ty đó sẽ dùng dữ liệu mà chúng tôi cung cấp để chứng nhận cho phía người mua từ nước Nhật. Đó là mô hình kinh doanh mà chúng tôi đang hướng tới.

Cho tới bây giờ, báo chí cũng nhắc đến việc là chưa ai bán được tín chỉ carbon nào từ lúa. Vấn đề ở đây là người nông dân mình có thu nhập thấp nhất, thậm chí, những người lao động nông thôn còn thấp hơn nữa. Trách nhiệm của những người như chúng tôi là phải làm sao đó để giúp đất nước mình thực hiện thành công những dự án như trong Quyết định 1490. Đồng thời, người nông dân mình cũng có thu nhập cao hơn, có thêm một số tiền từ việc họ đóng góp vào chuyện giảm phát thải khí nhà kính.

Được biết RYNAN đã có rất nhiều giải pháp để chuyển đổi số cho nông nghiệp cũng như phát triển nông nghiệp theo hướng công nghệ cao như thiết bị giám sát côn trùng, nền tảng chuyển đối số cho các tỉnh,... Ông có gặp phải khó khăn nào khi triển khai những thiết bị như vậy trong thực tế?

Thật ra, ở Việt Nam mình có những công nghệ mới, tạo ra những sản phẩm ứng dụng rất thực tế trong đời sống hằng ngày. Nhưng vấn đề là mình không có cơ chế để áp dụng, và như vậy thì khó để triển khai trong thực tế.

Chẳng hạn như dự án giảm phát thải khí nhà kính này, nếu tôi làm và cung cấp cho nhà nước, thì sẽ cần đi đấu thầu khoảng chừng hai, ba trăm cái hệ thống vậy đó. Nhưng giờ đi đấu thầu thì quy trình là anh phải có hợp đồng đấu thầu cho những sản phẩm tương đương trước đó. Trong khi những sản phẩm như thế này toàn là sản phẩm mới chưa có ai làm, chưa có ở đâu. Không ai cho đấu thầu, nhưng nếu không đấu thầu thì cũng không làm được gì hết rồi.

Trước đó, chúng tôi xây dựng nguyên một nền tảng chuyển đổi số cho một tỉnh ở ĐBSCL, giúp hỗ trợ phát triển và họ đã sử dụng thử nghiệm được vài năm nay, nhưng đến bây giờ cũng chưa ký được hợp đồng tại vì chưa có luật lệ. Nếu ứng dụng được trong nước thì rất tốt, nhưng 95% doanh thu của công ty là nhờ bán sản phẩm ra nước ngoài, dù là phát triển sản phẩm với mong muốn được sử dụng ở trong nước.

Không phải là mình không có những thiết bị thông minh ở Việt Nam, nhưng mình không có cơ chế để ứng dụng những sản phẩm mới, mình có rất nhiều rào cản về thủ tục. Còn nếu được đấu thầu thì người ta chỉ quan tâm đến giá thấp, chứ không để ý đến chức năng mới và phù hợp hơn. Đó là những rào cản lớn nhất cho việc ứng dụng khoa học công nghệ./.

Trân trọng cảm ơn ông!

Bài đăng KH&PT số 1327 (số 3 đến số 5/2025)

Khoahocphattrien