Biến nước tiểu thành nhiên liệu tên lửa

Một phát hiện vi sinh học đang mở ra ý tưởng đặc biệt: biến ammonium trong nước tiểu thành hydrazine, loại nhiên liệu từng được sử dụng cho tên lửa đẩy. Hydrazine vốn gắn với ngành hàng không vũ trụ, trong đó tên lửa đẩy Titan II của Mỹ từng sử dụng chất này làm nhiên liệu vận hành. Điểm bất ngờ nằm ở vi khuẩn anammox, sinh vật nhỏ bé được phát hiện từ thập niên 90 nhưng chỉ gần đây mới bộc lộ khả năng đáng chú ý. Anammox có thể biến ammonium, một hợp chất hiện diện trong nước tiểu, thành hydrazine thông qua hoạt động của hệ thống protein đặc biệt bên trong tế bào. Kết quả này khiến chất thải của con người không còn chỉ được nhìn như gánh nặng xử lý, mà còn trở thành nguyên liệu tiềm năng cho công nghệ nhiên liệu. Nghiên cứu liên quan được công bố trên chuyên san khoa học Nature của Anh, thu hút sự chú ý nhờ kết nối giữa vi sinh vật, môi trường và không gian. Giáo sư Mike Jetten thuộc Viện Nghiên cứu nước và đất ngập nước, Đại học Radboud tại thành phố Nijmegen, Hà Lan, là người tham gia dẫn dắt công trình. Ông cho biết việc chứng minh năng lực sản xuất hydrazine của vi khuẩn anammox là một kỳ công, bởi nhóm nghiên cứu phải triển khai nhiều phương pháp thử nghiệm mới. Sau quá trình đó, các nhà khoa học đã cách ly được phức hệ protein chịu trách nhiệm sản xuất hydrazine trong hoạt động của vi khuẩn. Ban đầu, công trình của giáo sư Jetten và cộng sự thu hút sự quan tâm từ Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ, thường được biết đến với tên viết tắt NASA. Lý do nằm ở khả năng anammox xử lý an toàn chất thải trong không gian, đồng thời tạo ra nhiên liệu tên lửa từ nguồn vật chất vốn cần loại bỏ. Ý tưởng này đặc biệt hấp dẫn trong những chuyến bay dài, nơi việc giảm chất thải và tận dụng tài nguyên đều có ý nghĩa thực tế. Tuy nhiên, sự hào hứng ban đầu của NASA giảm xuống khi vi khuẩn anammox chưa tạo ra lượng hydrazine đủ lớn để bảo đảm tiếp tục thúc đẩy nghiên cứu. Nói cách khác, khả năng sinh học đã được xác nhận, nhưng sản lượng hiện tại vẫn chưa đáp ứng yêu cầu của một hệ thống đẩy tên lửa. Khoảng cách giữa phát hiện trong phòng thí nghiệm và ứng dụng hàng không vũ trụ vì thế vẫn còn đáng kể, dù triển vọng ban đầu rất đặc biệt. Nhóm nghiên cứu hiện tập trung xác định chính xác cấu trúc tinh thể của phức hợp protein đã được tìm thấy trong vi khuẩn anammox. Theo giáo sư Jetten, hiểu rõ cách các thành phần protein gắn khít với nhau có thể giúp các nhà khoa học cải tiến quy trình sản xuất hydrazine. Mục tiêu trước mắt không phải biến nước tiểu thành nhiên liệu ngay lập tức, mà làm sáng tỏ cơ chế để nâng hiệu quả tạo chất. Anammox không chỉ đáng chú ý vì khả năng tạo hydrazine từ ammonium, mà còn có thể phân hủy ammonia, nơi được xem như “ổ chứa” ammonium trong nước. Đặc tính này khiến vi khuẩn trở thành ứng viên tiềm năng cho các hệ thống xử lý nước, đặc biệt trong những quy trình cần giảm hợp chất chứa nitrogen. Nếu được phát triển phù hợp, anammox còn có thể tham gia làm sạch nước cống, mở rộng giá trị môi trường bên cạnh triển vọng nhiên liệu. Các nhà khoa học cũng nhận thấy anammox có tiềm năng hoạt động như một dạng nhiên liệu sinh học, đồng thời cung cấp khí methane trong những điều kiện thích hợp. Từ một vi khuẩn từng được biết đến chủ yếu qua khả năng xử lý hợp chất nitrogen, anammox nay xuất hiện trong nhiều hướng nghiên cứu khác nhau. Câu chuyện này cho thấy những sinh vật nhỏ bé có thể tạo ra thay đổi lớn, nhưng mọi ứng dụng thực tế vẫn cần thêm nghiên cứu, kiểm chứng và cải tiến.