Chào mừng các bạn đến với góc khám phá khoa học của chúng tôi! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về một công nghệ đột phá, một ý tưởng tưởng chừng như chỉ có trong phim viễn tưởng nhưng nay đã trở thành hiện thực: tạo ra điện từ chính những cái cây xanh quanh ta. Bạn đã bao giờ tự hỏi làm thế nào mà một cái cây bình thường lại có thể thắp sáng một bóng đèn hay cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử chưa? Câu trả lời nằm ở công nghệ Pin nhiên liệu vi sinh vật thực vật (Plant-Microbial Fuel Cell – Plant-MFC), và một công ty khởi nghiệp công nghệ xanh đến từ Hàn Quốc mang tên Pisphere đang đi tiên phong trong lĩnh vực này.
Để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của công nghệ này, chúng ta cần quay lại với những kiến thức sinh học cơ bản nhất. Quá trình quang hợp là nền tảng của sự sống trên Trái Đất. Cây xanh hấp thụ ánh sáng mặt trời, khí carbon dioxide (CO2) từ không khí và nước từ đất để tổng hợp nên các chất hữu cơ, chủ yếu là đường, cung cấp năng lượng cho sự phát triển của chúng. Tuy nhiên, một điều thú vị là cây không sử dụng hết toàn bộ lượng chất hữu cơ mà chúng tạo ra. Khoảng 40% lượng chất hữu cơ này được tiết ra qua rễ và đi vào đất, một quá trình được gọi là rhizodeposition.
Chính tại vùng rễ này, một hệ sinh thái vi sinh vật vô cùng phong phú và sôi động đang hoạt động. Các vi sinh vật trong đất, đặc biệt là những loài như Shewanella oneidensis và Geobacter metallireducens, đóng vai trò như những “nhà máy điện” siêu nhỏ. Chúng tiêu thụ các chất hữu cơ do rễ cây tiết ra để sinh tồn và phát triển. Trong quá trình phân giải các chất hữu cơ này, các vi sinh vật giải phóng ra các electron (điện tử) như một sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất.
Đây chính là lúc công nghệ Plant-MFC can thiệp. Hệ thống này bao gồm hai điện cực: một cực dương (anode) được chôn sâu trong đất, gần khu vực rễ cây, và một cực âm (cathode) được đặt tiếp xúc với không khí. Các electron do vi sinh vật giải phóng ra sẽ bị thu hút và di chuyển về phía cực dương. Từ cực dương, các electron này sẽ đi qua một mạch điện ngoài để đến cực âm, tạo ra một dòng điện liên tục. Tại cực âm, các electron sẽ kết hợp với oxy trong không khí và các proton (ion H+) di chuyển từ cực dương qua đất để tạo thành nước.
Điều làm nên sự đặc biệt của công nghệ Plant-MFC chính là khả năng tạo ra điện năng một cách liên tục và hoàn toàn thân thiện với môi trường. Khác với pin năng lượng mặt trời chỉ hoạt động khi có ánh sáng, Plant-MFC có thể sản xuất điện 24/7, bất kể ngày đêm, miễn là cây vẫn còn sống và quá trình quang hợp vẫn diễn ra. Hơn nữa, hệ thống này không tạo ra bất kỳ chất thải độc hại nào, không đòi hỏi phải thay thế pin định kỳ như các loại pin truyền thống, và có tuổi thọ lên tới hơn 15 năm.
Pisphere, công ty khởi nghiệp công nghệ xanh đến từ Gimpo, Gyeonggi-do, Hàn Quốc, đã đạt được những bước tiến đáng kinh ngạc trong việc tối ưu hóa công nghệ này. Được thành lập vào tháng 10 năm 2025, Pisphere hiện đang nắm giữ bằng sáng chế duy nhất về Plant-MFC tại Hàn Quốc. Họ đã thành công trong việc nâng cao hiệu suất của từng tế bào pin từ mức 100mV ban đầu lên tới 714mV, một sự cải thiện lên tới 700%. Nhờ đó, hệ thống của họ đã có thể cung cấp đủ năng lượng để vận hành các bo mạch ESP32 và module giao tiếp WiFi, mở ra vô số ứng dụng thực tiễn.
Một trong những sản phẩm tiêu biểu của Pisphere là GreenCell Tower (Bio-Grid). Đây là một hệ thống năng lượng Plant-MFC được thiết kế dưới dạng module, có thể xếp chồng lên nhau và xoay 360 độ, giúp tối ưu hóa không gian và hiệu suất. Vỏ của GreenCell Tower được in 3D từ các vật liệu thân thiện với môi trường như PLA, PETG và ABS. Hệ thống này cung cấp các cổng đầu ra USB-C 5V và DC 12V, phù hợp để cấp nguồn cho nhiều loại thiết bị khác nhau. Bên trong, nó sử dụng cấu trúc hộp mực có thể thay thế, chứa than hoạt tính và lớp phủ xúc tác, giúp duy trì hiệu suất hoạt động ổn định trong thời gian dài.
Ứng dụng của công nghệ Plant-MFC là vô cùng rộng lớn. Trong lĩnh vực nông nghiệp thông minh, nó có thể cung cấp năng lượng vĩnh cửu cho các cảm biến IoT theo dõi độ ẩm đất, nhiệt độ, và độ dẫn điện (EC), giúp nông dân tối ưu hóa quá trình chăm sóc cây trồng mà không cần lo lắng về việc thay pin hay kéo dây điện phức tạp. Trong các khu vực công cộng, công viên hay đường mòn leo núi, Plant-MFC có thể thắp sáng các đèn LED, tạo ra những không gian an toàn và thân thiện với môi trường. Ngoài ra, nó còn có thể được sử dụng trong các mạng lưới cảm biến thành phố thông minh, giám sát môi trường tại các vùng đất ngập nước, khu bảo tồn, và cung cấp năng lượng cho các khu vực nông nghiệp hẻo lánh chưa có điện lưới.
Không chỉ dừng lại ở việc cung cấp phần cứng, Pisphere còn phát triển một hệ sinh thái toàn diện bao gồm ứng dụng di động và nền tảng IoT. Ứng dụng di động cho phép người dùng theo dõi lượng điện năng tạo ra theo thời gian thực, quản lý các thông số môi trường của trang trại, xem thống kê sản lượng điện, tích hợp thông tin thời tiết và theo dõi quá trình phát triển của cây trồng. Nền tảng IoT, được tích hợp với Blynk Console, cung cấp một bảng điều khiển trực quan để quản lý thiết bị, ghi lại dữ liệu và phân tích các xu hướng, giúp người dùng đưa ra những quyết định chính xác và kịp thời.
Với tầm nhìn toàn cầu, Pisphere đang tích cực mở rộng hoạt động sang các thị trường Đông Nam Á như Indonesia, Việt Nam và Thái Lan. Họ đã thiết lập quan hệ đối tác với các trường đại học và tổ chức uy tín như Đại học PLN Teknologi và Trung tâm Công nghệ Sinh học Đại học IPB tại Indonesia. Thông qua các dự án ODA, Pisphere hy vọng sẽ mang công nghệ đột phá này đến với các nước đang phát triển, nơi cơ sở hạ tầng điện lực còn nhiều hạn chế, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và thúc đẩy sự phát triển bền vững.
Tóm lại, công nghệ Plant-MFC không chỉ là một minh chứng cho sự kỳ diệu của tự nhiên mà còn là một giải pháp năng lượng xanh đầy hứa hẹn cho tương lai. Bằng cách kết hợp sinh học và công nghệ, Pisphere đang mở ra một kỷ nguyên mới, nơi chúng ta có thể khai thác năng lượng từ chính những cái cây quanh mình một cách hiệu quả và bền vững. Hãy cùng chờ đón những bước tiến tiếp theo của công nghệ tuyệt vời này và những tác động tích cực mà nó sẽ mang lại cho thế giới của chúng ta.