LUYỆN CHỦ ĐỀ Đọc hiểu chủ đề công nghệ - Đề số 7

NHẬN BIẾT (8%)

THÔNG HIỂU (92%)



  • 1Làm xong biết đáp án, phương pháp giải chi tiết.
  • 2Học sinh có thể hỏi và trao đổi lại nếu không hiểu.
  • 3Xem lại lý thuyết, lưu bài tập và note lại các chú ý
  • 4Biết điểm yếu và có hướng giải pháp cải thiện

1. Mỗi ngày, Hà Nội đang phải tìm cách xử lý hơn 2.500-3.000 tấn chất thải rắn xây dựng, trong khi Tp.HCM cũng khó khăn trong việc giải quyết trên 1.500 tấn rác thải xây dựng thu gom mỗi ngày. Theo Ngân hàng Thế giới, mỗi năm Việt Nam bị thiệt hại tới 5% GDP vì môi trường ô nhiễm, chủ yếu do chất thải ngày một nhiều hơn nhưng không được thu gom, xử lý tốt, trong đó rác thải xây dựng chiếm từ 25-30%. Tuy nhiên, phần lớn các khu xử lý chất thải rắn hiện nay đều bị quá tải và chủ yếu sử dụng biện pháp chôn lấp. Đó là lý do khiến ngành xây dựng đang nghĩ đến cách tiếp cận mới: Tái chế chất thải xây dựng.

2. Một số chuyên gia đã đề xuất áp dụng các công nghệ nghiền tái chế được nhập khẩu từ nước ngoài, chẳng hạn như máy nghiền lắp đặt ngay tại chân công trình, cho phép nghiền tại chỗ các khối bê tông, vật liệu rắn thành các hạt nhỏ 3x4 cm và cát mịn mà không cần tập kết ra bãi phế liệu. Điều này giúp chủ đầu tư có khả năng tận dụng được 70-100% phế thải xây dựng. Những hạt thành phẩm này có thể dùng làm cấp phối san lấp nền đường, sản xuất gạch lát vỉa hè, đê chắn sóng, thậm chí có thể dùng để chế tạo bê tông tươi.

3. Một trong những ý tưởng mới được các nhà khoa học ở Viện Nghiên cứu ứng dụng Công nghệ Xây dựng IAB Weimar, Đức tìm ra là tái chế những hạt nghiền này ở cấp độ cao hơn, biến chúng thành những hạt cốt liệu nung rỗng có khối lượng nhẹ, và nhiều tính năng vượt trội. Ý tưởng này đã tiếp tục phát triển và thực hiện thành công khi các nhà khoa học ở Trường Đại học Xây dựng sử dụng vật liệu phá dỡ phế thải xây dựng ở Việt Nam để tạo ra các hạt cốt liệu nung tương tự.

4. “Khi dùng hạt cốt liệu này để chế tạo ra những loại bê tông nhẹ cách âm cách nhiệt có khối lượng nhỏ hơn 30-60% so với gạch xây thông thường, ta có thể giảm chi phí đáng kể trong các công trình xây dựng do giảm được tải trọng tác dụng, qua đó giảm kích thước các kết cấu chịu lực và móng công trình” -Trưởng nhóm nghiên cứu PGS.TS. Nguyễn Hùng Phong, Trường Đại học Xây dựng, cho biết.

5. “Việc dùng phế thải xây dựng làm đầu vào để sản xuất hạt cốt liệu cũng giúp giảm gánh nặng chôn lấp phế thải và bảo vệ môi trường, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu để chế tạo vật liệu bê tông mà không cần sử dụng, khai thác mới các nguồn tài nguyên tự nhiên như đá, cát, sỏi.” PGS.TS. Phong nói thêm.

6. Mặc dù công nghệ chế tạo các loại hạt cốt liệu nhẹ không quá mới mẻ, nhưng ở Việt Nam đây là một trong những nghiên cứu đầu tiên sử dụng công nghệ nung và sử dụng đầu vào là phế thải xây dựng. Để làm được điều đó, nhóm nghiên cứu đã tập hợp các chuyên gia từ nhiều lĩnh vực, bao gồm hóa silicat, vật liệu và kết cấu xây dựng.

7. Nhóm đã thu thập các loại vật liệu thô, phân loại và nghiền hỗn hợp đến độ mịn nhỏ hơn 100 nm, cấp phối theo tỷ lệ nhất định, sau đó trộn với các phụ gia phồng nở; về viên tạo hạt nhỏ dưới 10 mm, sau đó sấy khô và nung đến nhiệt độ khoảng 1200°C trong thời gian lý tưởng từ 6-9 phút. Kết quả tạo ra các hạt cốt liệu nhẹ có khối lượng thể tích nhỏ hơn 800 kg/m.

8. “Do các hạt cốt liệu nhẹ chế tạo từ phế thải xây dựng nên chúng tôi không kì vọng chúng có khả năng chịu lực quá cao.” PGS.TS. Phong chia “Bù lại, các hạt cốt liệu nhẹ có thể có nhiều ứng dụng khác nhau: các hạt loại chất lượng thấp có thể dùng làm đất trồng cây để giữ ẩm cùng các chất dinh dưỡng trong các lỗ rỗng của chúng, các hạt chất lượng tốt hơn có thể làm vật liệu cách âm cách nhiệt như gạch chống nóng, tấm vách ngăn; những hạt có cường độ tốt nhất có thể được sử dụng làm vật liệu chịu lực như tấm sàn bê tông nhẹ. Ngoài ra, các hạt này có thể làm vật liệu lọc trong ngành công nghiệp”.

9. Từ những hạt vật liệu này, họ đã chế tạo ra 2 loại thành phẩm - một dạng bê tông cách nhiệt có khối lượng thể tích 600-900 kg/mở, và một dạng bê tông nhẹ chịu lực có cường độ chịu nén từ 20-25 Mpa.

10. Về mặt công nghệ, mặc dù nắm được quy trình để tạo ra các hạt vật liệu nhẹ, nhưng các chuyên gia cũng thừa nhận rằng việc nung trên cơ sở lò quay vẫn là khâu thách thức nhất hiện nay. Đây là mấu chốt của cả dây chuyền sản xuất cho công suất lớn. Hiện công nghệ chế tạo lò vẫn chưa thể nội địa hóa mà phải nhập khẩu, do vậy chi phí vẫn còn cao. Hơn thế nữa, quy trình đòi hỏi nhiệt độ nung phải trên 1200°C - tức nhiệt lượng sử dụng khá lớn và có thể khiến tổng chi phí tăng lên. Một số ý kiến phản hồi cũng cho rằng công nghệ nung vẫn có thể tạo ra khí thải nên chưa đủ “xanh” cho môi trường.

11. Trước những vấn đề đó, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một số hướng khắc phục, kết hợp với công nghệ môi trường - chẳng hạn tận dụng khí gas từ chất thải hữu cốt năng lượng đốt lò - để giảm thiểu tác động, hoặc tạo ra một quá trình sản xuất liên tục để giảm hao phí năng lượng và chi phí vận hành. Trong tương lai, họ cũng sẽ nghiên cứu thêm cách hạ thấp nhiệt độ nung để nâng cao hiệu quả kinh tế  của sản phẩm hạt nhẹ này.

(Theo Bộ Khoa học và Công nghệ, Chế tạo bê tông nhẹ có khả năng cách nhiệt và chịu lực, Cổng thông tin của Văn phòng các chương trình Khoa học và Công nghệ Quốc gia, ngày 18/12/2020)

Thí sinh đọc Bài đọc và trả lời các câu hỏi 1 – 9.

    1. Mới đây nhóm nghiên cứu của PGS.TS. Đỗ Văn Mạnh, Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã triển khai thành công hệ thống xử lý bùn thải thành phân hữu cơ và khí biogas, với công suất phát điện đạt 20 kW, tại thành phố Buôn Mê Thuột, Đắk Lắk.

    2. Công nghệ này được nhóm bắt đầu nghiên cứu từ năm 2016, trong Chương trình nghiên cứu khoa học công nghệ theo Nghị định thư do Bộ Khoa học và Công nghệ chủ trì, với mục tiêu xây dựng quy trình công nghệ xử lý bùn thải hiệu quả ở quy mô công nghiệp, tạo ra những sản phẩm nông nghiệp có giá trị bền vững.

    3. So với các quy trình xử lý truyền thống, công nghệ cho hiệu suất chuyển hóa bùn thải thành khí sinh học cao, giúp rút ngắn thời gian xử lý trong khoảng 15-20 ngày. Đặc biệt, hai sản phẩm thu được sau quá trình xử lý gồm khí biogas và phân bón sinh học đều đạt tiêu chuẩn sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất. Khí biogas sinh ra dùng làm nguyên liệu cho máy phát điện, đáp ứng tiêu chuẩn nhiên liệu của châu Âu.

    4. TS Mạnh cho biết, bùn thải được đưa vào bể tiền xử lý để điều chỉnh độ pH và các thông số khác trước khi đưa vào bể xử lý chính. Công đoạn này tạo điều kiện tốt nhấtcho các nhóm vi sinh vật thực hiện quá trình phân hủy bùn thải yếm khí, có thể giảmđộ pH bằng axit hoặc dùng bazơ để tăng pH.

    5. Sau bước tiền xử lý, nhóm tiến hành phân hủy yếm khí bùn thải để tạo ra khíbiogas. Tuy nhiên, khí biogas sau khi được tạo ra vẫn còn nhiều tạp chất (CO2, Họs,20 SO), có thể gây kết tinh trong buồng đốt hoặc ăn mòn các đường dẫn, bình chứa nhiên liệu cũng như bếp đốt. Vì vậy, TS Mạnh và cộng sự đã tự chế tạo và thiết kế thành công được thiết bị lọc quay ly tâm tốc độ cao để làm sạch khí sinh học trước khi nạp vào hệ thống máy phát điện, nhờ vậy nhóm nghiên cứu đã giải mã thành công công nghệ do Đài Loan chuyển giao.

    6. Biogas được đưa vào máy ly tâm tốc độ cao HGRPB để loại bỏ tạp chất bằng dung dịch hấp thụ KOH. Dưới tác động của cơ quay trục giữa, dung dịch KOH được chuyển động ly tâm với tốc độ cao, làm tăng cường quá trình tiếp xúc giữa dung dịch hấp thụ và dòng khí đi vào. Nhờ vậy, dung dịch hấp thụ không bị kéo ra ngoài theo dòng khí, giúp biogas sau xử lý có độ ẩm và đạt tiêu chuẩn dành cho phát điện.

    7. "Công đoạn quan trọng nhất nằm ở kỹ thuật điều chỉnh chế độ công nghệ để gia tăng hiệu suất chuyển hóa từ bùn hữu cơ sang khí sinh học hiệu quả cao. Thiết bị do nhóm thiết kế cho ưu điểm nhỏ gọn hơn, được tạo ra từ vật liệu dễ tìm, phù hợp với điều kiện trong nước", TS Mạnh nói và cho biết, thiết bị có khả năng phát hiện thời gian bão hòa của khí, phản ứng tiếp xúc nhanh, thu được khí biogas sạch gần như 100%, đạt tiêu chuẩn làm nhiên liệu phát điện.

    8. Nhóm đã đưa công nghệ ứng dụng xử lý bùn thải tại một doanh nghiệp sản xuất bia tại Đắk Lắk, toàn bộ 15mở bùn mỗi ngày được xử lý để phát điện với công suất 20 kW. Lượng điện này phục vụ lại vận hành máy bơm, các thiết bị xử lý của hệ thống hoặc đèn chiếu sáng trong các trang trại rau.

    9. Lượng bùn thải sau quá trình phân hủy còn lại được phối trộn với các thành phần vi lượng và vi sinh vật để tạo phân bón hữu cơ sinh học giúp đất tăng độ ẩm và độ tơi xốp, nâng cao hiệu quả sử dụng phân. Loại phân hữu cơ được bón cho cây rau ngắn ngày cho chất lượng tốt, hạn chế sâu bệnh và tăng năng suất.

    10. Bùn thải từ các hoạt động sản xuất, chứa rất nhiều các tế bào vi sinh vật và hỗn hợp các protein, polisaccarit, lipit. Hiện nay, việc xử lý bùn thải tại Việt Nam mới chỉ áp dụng phương pháp ủ hoặc chôn lấp, chưa có hệ thống công nghệ xử lý hoàn thiện quy mô lớn, kết hợp với xử lý chất thải rắn. Nếu không được xử lý kịp thời, khối lượng lớn bùn thải sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng môi trường.

    11. "Công nghệ xử lý bùn thải được nhóm hoàn thiện với mục tiêu vừa có thể hạn chế thải các chất ô nhiễm ra ngoài môi trường, vừa tạo ra những sản phẩm giá trị như khí biogas, phân bón hữu cơ. Từ đó góp phần tạo nên một nền nông nghiệp tuần hoàn, bền vững", TS Mạnh nói.

    12. Tuy nhiên đây mới là thành công ở quy mô xử lý nhỏ. Để có thể phát triển hệ thống ở quy mô bán công nghiệp với khối lượng 80 tấn, đem lại hiệu quả cao, nhómnghiên cứu cho rằng cần phải làm chủ công nghệ và có sự phối hợp giữa các bên liên quan trong việc xây dựng những nhà máy xử lý bùn thải tại các thành phố, khu công nghiệp lớn.

(Theo Nguyễn Xuân, Công nghệ xử lý bùn thải tạo khí sinh học phát điện, Báo VnExpress, ngày 21/11/2020)

Thí sinh đọc Bài đọc và trả lời các câu hỏi:

     1. Trong lúc mọi người đang hân hoan về ứng dụng của vật liệu nano thì các nhà khoa học lại đặt ra câu hỏi rằng liệu vật liệu nano có an toàn không, nhất là khi nó hiện diện ở khắp mọi nơi. Một nguyên tắc bất di bất dịch của độc chất học là tất cả mọi thứ đều độc hoặc không độc, chính nồng độ và đường dùng của nó quyết định điều đó. Ví dụ, nước là một chất tưởng chừng cần thiết và vô hại, nếu ta uống 1,5-2 lít mỗi ngày là tốt cho sức khỏe nhưng nếu một người uống 10 lít nước thì sẽ bị ngộ độc chết.

     2. Bản chất vật liệu nano rất khác với vật liệu cùng loại kích cỡ lớn vì vật liệu nano có kích thước nhỏ, tỷ lệ của nhân so với bề mặt lớn hơn nhiều so với vật liệu cùng loại không nano; bên cạnh đó, khả năng vận chuyển và tạo hình của vật liệu nano cũng thay đổi, dẫn đến biến đổi tính chất vật lý, hoá học, quang học và sinh học.

    3. Vì thế, một số nhà khoa học đã bắt đầu xem xét về tính an toàn của chúng. Nghiên cứu của Poland và cộng sự (2008) trên Nature Nanotechnology là hồi chuông lớn nhất về độc tính của nano. Nghiên cứu này cho thấy sợi nano carbon đường kính 50 nanomet (nm), dài 100 micromet tạo ra khối u ở mô cơ hoành tương tự sợi Amiăng, tuy nhiên sợi carbon rối đường kính 15 nm thì không. Nguyên nhân là sợi carbon dài làm cho đại thực bào không tiêu được trong quá trình gọi là “thực bào chán nản”. Nhiều nghiên cứu sau đó cũng củng cố cho luận điểm một số sợi nano gây ra ung thư ở chuột giống với Amiăng.

    4. Sau đấy, các nước phát triển hiểu rằng họ không thể không quan tâm đến độc tính của các vật liệu nano và liên tục tài trợ cho các nghiên cứu về độc tính nano. Một số ví dụ điển hình về độc tính của vật liệu nano đã được công bố như: carbon dạng kim cương và dạng fullerenes gần như trơ, nhưng carbon đen hay ống nano carbon gây độc, phụ thuộc nồng độ, chiều dài hay dạng kết tụ. Thử nghiệm trên mô hình cá cho thấy tiểu phân nano bạc 10 nm hoặc 35 nm gây độc chết, nhưng độc tính giảm khi bọc citrate hoặc fulvic acid, silicat (SiO2) 15 nm gây hành vi giống bệnh Parkinson, còn silicat 50 năm thì độc tính giảm (cũng trên mô hình cá). Các kết quả nghiên cứu về nano cũng cho thấy mỗi loại vật liệu nano (tuy cùng chất, ví dụ cùng là nano bạc), nhưng tuỳ vào đặc điểm (kích thước, hình dạng, cấu trúc, chất bao phủ và cách chế tạo) là một “cá thể” riêng biệt với tính chất khác nhau. Không thể từ một cá thể này mà suy ra tính chất của cá thể khác.

     5. Quay lại chủ đề về nano bạc, một số nghiên cứu ủng hộ cho tác dụng của các loại nano bạc trong diệt khuẩn và virus: nano bạc 5 nm, 25 nm và 30 nm có khả năng tiêu diệt tế bào bị nhiễm herpesvirus và Epstein-Barr Virus; nano bạc 3,5 nm, 6,5 nm và 12,9 nm trộn lẫn với chitosan có khả năng diệt E. coli và cúm H1N1. Tất cả các nghiên cứu này đều chỉ là thử nghiệm trên tế bào, rất ít thử nghiệm trên động vật, còn thử nghiệm lâm sàng trên người thì hoàn toàn chưa có. Lưu ý là chưa có bất cứ nghiên cứu nào dùng nano bạc trị nCoV, SARS hay MERS. Còn về độc tính của nano bạc, chỉ cần tra cứu trong Pubmed (cơ sở dữ liệu các nghiên cứu của Hoa Kỳ) thì ra hơn 2.855 kết quả, có cả độc tính trên vết thương hở, hô hấp và tiêu hóa. Một số kết quả cụ thể như khi cho chuột cống trong thí nghiệm hít nano bạc 18 nm thì bị viêm phổi sau 90 ngày. Nghiên cứu của Kwon và cộng sự (2012) trên chuột nhắt cũng chứng minh rằng hít phải nano bạc 20 nm và 30 nm gây độc phổi cấp và dẫn tới việc nano bạc thâm nhập vào các cơ quan khác nhau; nano bạc 20 nm có khả năng gây độc gene trên dòng tế bào MERS. Còn về độc tính của nano bạc, chỉ cần tra cứu trong Pubmed (cơ sở dữ liệu các nghiên cứu của Hoa Kỳ) thì ra hơn 2.855 kết quả, có cả độc tính trên vết thương hở, hô hấp và tiêu hóa. Một số kết quả cụ thể như khi cho chuột cống trong thí nghiệm hít nano bạc 18 nm thì bị viêm phổi sau 90 ngày. Nghiên cứu của Kwon và cộng sự (2012) trên chuột nhắt cũng chứng minh rằng hít phải nano bạc 20 nm và 30 nm gây độc phổi cấp và dẫn tới việc nano bạc thâm nhập vào các cơ quan khác nhau; nano bạc 20 nm có khả năng gây độc gene trên dòng tế bào gan HepG2.

     6. Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ không khuyến cáo dùng nano bạc đường uống, vì họ cũng không thể biết hết tác dụng của nano bạc trong cơ thể, dù là kích cỡ nào. Do đó, các sản phẩm có nano bạc mà nhiều người đang sử dụng trong phòng chống COVID-19 cần phải chứng minh rõ ràng các đặc điểm nano bạc như: kích thước, hình dạng, cách chế tạo, độ phân tán, lớp vỏ bao, thử nghiệm để chứng minh hiệu quả phòng chống COVID-19, mô hình thử nghiệm, thử nghiệm tính độc hại và an toàn của sản phẩm theo đường dùng, thử nghiệm lâm sàng.

     7. Trong y khoa, việc nghiên cứu phát triển các vật liệu nano để chế tạo các sản phẩm hỗ trợ chẩn đoán, điều trị bệnh và tăng cường giải phóng thuốc tới tế bào đích đang được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm. Mặc dù các sản phẩm nano từ hữu cơ đã được nhiều quốc gia chấp thuận sử dụng nhưng các tiểu phân nano vô cơ đa phần vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm trên động vật. Triển vọng của tiểu phân nano vào trị bệnh là rất lớn, tuy nhiên điều quan trọng cần quan tâm chính là độc tính của chúng. Liệu việc sử dụng chúng có an toàn trên người hay không luôn là câu hỏi được đặt ra và cần giải quyết thông qua các thử nghiệm từ động vật tới thử nghiệm lâm sàng.

(Nguồn: Trích từ bài báo của TS. Phạm Đức Hùng, xuất bản trên tạp chí Khoa học và Đời sống, số 3 năm 2020)

Thí sinh đọc Bài đọc và trả lời các câu hỏi:

Mực sinh học

      “Mực sinh học” là tên gọi mà các nhà khoa học đặt cho một loại gel 3-D mới có chứa vi khuẩn tạo ra các phân tử có ích trong việc chữa lành vết thương và làm sạch môi trường nước. Vật liệu có thể được tùy chỉnh cho các mục đích sử dụng khác nhau và được phun ra từ vòi phun của máy in 3-D thành nhiều hình dạng hữu dụng.

      Mặc dù vi khuẩn có thể gây nhiễm trùng nhưng chúng cũng là “những chú ngựa tháo vát”. Nhiều loại vi khuẩn khác nhau có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm, tổng hợp các hợp chất hữu ích, thực hiện quang hợp cũng như các quá trình trao đổi chất khác. Tiến sĩ Patrick Rühs, nhà nghiên cứu về các vật liệu phức hợp tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Zurich, cho rằng in 3-D sử dụng mực sinh học là một cơ hội tốt để biến những vi khuẩn này thành vật liệu chức năng.

      Tiến sĩ Rühs và các đồng nghiệp bắt đầu bằng cách thiết kế một hydrogel, một mạng lưới các polymer có khả năng hấp thụ một lượng lớn nước. Gelatin là một hydrogel như vậy. Cấu trúc dạng nước cho phép gel chảy qua vòi phun của máy in 3-D và đông đặc lại ngay sau đó. Hydrogel của nhóm nghiên cứu có hai thành phần polymer chứa đường - acid hyaluronic và chiết xuất rong biển carrageenan - để tạo cấu trúc và nuôi dưỡng vi khuẩn. Gel cũng chứa silica nhiệt hóa, làm cho vật liệu trở nên dính và đàn hồi hơn. Sau khi vi khuẩn được thêm vào gel, hợp chất này được phun ra ngoài và tạo thành một mạng lưới co giãn có khả năng giữ nguyên hình dạng được in ra.

      Một ứng dụng đầy hứa hẹn của vật liệu mới là có thể tùy chỉnh để điều trị các vết thương và bỏng. Nhờ các chất dinh dưỡng trong gel, cùng với oxy, vi khuẩn Acetobacter xylium tạo ra cellulose, một phân tử giúp tăng tốc độ chữa lành khi phủ lên bề mặt vết thương. Nó tạo thành một giá đỡ tốt cho kỹ thuật ghép da hoặc mô. Bộ phận cơ thể cấy ghép khi được phủ cellulose có thể giảm nguy cơ bị đào thải. Dù sử dụng với mục đích nào thì lớp phủ này càng vừa khít với các bộ phận cơ thể càng tốt. Tiến sĩ Rühs cho biết, hydrogel chứa vi khuẩn có thể được sử dụng để chế tạo băng quấn cellulose với hình dạng chính xác của bộ phận cấy ghép dựa trên kết quả chụp cắt lớp.

      Để kiểm tra ý tưởng này, các nhà nghiên cứu đã chế tạo hydrogel với vi khuẩn Acetobacter xylinum. Khi áp dụng máy in 3-D để xử lý các bề mặt cong, họ phủ một lớp hydrogel mỏng lên trên khuôn mặt của một con búp bê. Sau bốn ngày trong môi trường ấm và ẩm ướt, vi khuẩn đã biến đổi bề mặt hydrogel thành bề mặt cellulose. Cellulose chỉ được tạo ra trên bề mặt của hydrogel vì đó là nơi chứa hầu hết oxy; do đó, phương pháp này tạo ra các lớp phủ mỏng thích hợp để điều trị vết thương. Anne Meyer, giáo sư về nano sinh học tại Đại học Công nghệ Delft, người không tham gia nghiên cứu trên cho biết: “Kết quả này là ví dụ đầu tiên về các vật liệu khuôn được tạo ra thông qua quá trình in 3-D của vi khuẩn.” Nhóm nghiên cứu của giáo sư cũng đã phát triển một loại hydrogel vi khuẩn trước đó được làm từ polymer alginate từ tảo, nhưng không tạo được thành các vật liệu chức năng.

      Các vật liệu tương tự có thể giúp làm sạch môi trường. Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Zurich đã tạo ra một lưới hydrogel kết hợp với vi khuẩn Pseudomonas putida để phân hủy chất gây ô nhiễm phenol. Lưới đã làm sạch dung dịch chứa phenol trong khoảng sáu ngày. Theo giáo sư Meyer, đây là một thiết kế tiện dụng để xử lý sinh học, bởi vi khuẩn trong lưới có thể được tái sử dụng hoặc chuyển đến một vị trí mới. Tuy nhiên, khả năng tái sử dụng vẫn có thể có vấn đề. Khi các nhà nghiên cứu rửa sạch lưới và lắp lại thí nghiệm trong dung dịch phenol mới, thời gian làm sạch giảm xuống còn một ngày, khả năng cao là do một số vi khuẩn đi vào dung dịch phenol trong khi phần nhiều vi khuẩn tiếp tục phát triển trong lưới. Điều này có thể giúp quá trình làm sạch lưới hiệu suất hơn, tuy nhiên, điều không mong đợi trên thực tế là vi khuẩn có thể bị giải phóng ra môi trường. Đây là nhận định của Jason Shear, một nhà hóa học tại Đại học Texas ở Austin, người không tham gia nghiên cứu này.

      Tiến sĩ Rühs cho biết, nhóm nghiên cứu vẫn đang tinh chỉnh vật liệu để thử nghiệm trong thực tế. Vì mực sinh học có thể được tạo ra từ bất kỳ tổ hợp vi khuẩn nào nên các nhà nghiên cứu cũng đang suy nghĩ về các ứng dụng khác, ví dụ như giải quyết sự cố tràn dầu, bằng cách thiết kế hydrogel với một polymer ưa béo có khả năng hấp thụ dầu thay vì nước. Dầu sau khi được hấp thụ bởi hydrogel sẽ bị vi khuẩn trong đó phân hủy.

(Nguồn: Dịch từ bài báo “Mực sinh học phủ bởi vi khuẩn để tạo ra các phân tử theo nhu cầu” của tác giả Deirdre Lockwood, xuất bản năm 2017, tạp chí Scientific American).

Thí sinh đọc Bài đọc và trả lời các câu hỏi:

     1. Cuối năm 2021, một thành tựu khoa học mới trong lĩnh vực tìm kiếm nguồn năng lượng hầu như vĩnh cửu và tuyệt đối sạch về mặt sinh thái đã được ghi nhận. Một dự án, mặc dù có quy mô nhỏ, nhưng thuộc tầm cỡ “Megascience”, là lò phản ứng Tokamak Kurchatov T-15MD. Thiết bị này sẽ cho phép các nhà khoa học khám phá các công nghệ nhiệt hạch có kiểm soát để thu được nguồn năng lượng hầu như không cạn kiệt và an toàn với môi trường.

     2. Thuật ngữ “tokamak” xuất hiện vào những năm 50 của thế kỷ trước, khi các nhà khoa học Liên Xô cho ra đời một thiết bị có dạng một chiếc bánh rán, ở trung tâm là từ trường chứa một plasma được nung nóng đến nhiệt độ cực lớn. Kể từ đó, các chuyên gia Nga luôn là những người tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu về nguồn năng lượng plasma (plasma được coi là một dạng vật chất hoàn toàn mới, ngoài 3 dạng vật chất quen thuộc đã được loài người chinh phục là rắn, lỏng, và khí). Lò phản ứng nhiệt hạch “tokamak” T-15MD được chế tạo năm 2021 thuộc loại độc đáo duy nhất trên thế giới, có công suất cao, với kích thước nhỏ gọn.

     3. Tokamak T-15MD được thiết kế và chế tạo hoàn toàn tại Nga trong vòng 10 năm. Đây là phiên bản sửa đổi của lò phản ứng T-15, đã hoạt động tại Viện Kurchatov từ cuối những năm 1980. Nó khác với lò tiền nhiệm của nó ở hình chữ D. Trong khi lò T-15 có tiết diện plasma tròn, lò T-15MD có plasma hình chữ D giúp nó có thể duy trì plasma ở một chế độ hoàn thiện - chế độ H. Chế độ H là cần thiết để thu được năng lượng cao từ quá trình đốt cháy nhiệt hạch trong các lò phản ứng. Cũng có thể thu được các chế độ như vậy trong plasma có tiết diện tròn, tuy nhiên trong plasma hình chữ D, có thể đạt được các kết quả khả quan hơn. Tokamak T-15MD là lò phản ứng nhiệt hạch mới đầu tiên được chế tạo ở Nga trong vòng 20 năm qua.

     4. Trung tâm Nghiên cứu Viện Kurchatov cho biết: “Đối với đất nước chúng tôi, đây là chiếc Tokamak hình chữ D cỡ vừa đầu tiên. Ở Petersburg có một lò Globus-M2, nhưng nó nhỏ hơn 3-4 lần so với T-15MD về kích thước tuyến tính và có thể đặt vừa trong một căn phòng khá rộng rãi trong một căn hộ bình thường. Lò Tokamak T-15DM cần một căn phòng có kích thước như một xưởng máy. Và quy mô trong trường hợp này là rất quan trọng, để có được các thông số plasma cao”.

     5. Tokamak mới có kích thước nhỏ nhưng nhiệm vụ của nó ở quy mô vũ trụ: Nó phải khởi động được các phản ứng nhiệt hạch như những phản ứng vẫn thường xảy ra ở trong tâm của các ngôi sao. Điều này có được nhờ nhiệt độ ở Tokamak có thể lên tới 100 triệu độ C, gấp 8 lần so với nhiệt độ ở trung tâm Mặt trời. Tokamak T-15MD sẽ được sử dụng để giải quyết các vấn đề nghiên cứu. Nắm vững công nghệ phản ứng tổng hợp nhiệt hạch có kiểm soát sẽ giúp thu được nguồn năng lượng hầu như không cạn kiệt và thân thiện với môi trường. Một lò phản ứng như vậy, do khả năng chạy bằng nhiên liệu an toàn và giá cả phải chăng như đợteri và triti nên có thể giúp thay thế các nhà máy điện hạt nhân. Phản ứng tổng hợp nhiệt hạch có thể cung cấp năng lượng sạch cho nhân loại trong nhiều năm tới, vì thế việc đưa vào hoạt động một lò phản ứng như vậy là một bước tiến lớn trên con đường này.

Theo dự kiến, sẽ nghiên cứu một loạt các đặc tính của plasma trên Tokamak T-15MD. Trong số đó có các quá trình khuếch tán hỗn loạn và vận chuyển các thông số quan trọng để giữ plasma ở trạng thái được kiểm soát. Để đạt mục đích này, người ta cũng lên kế hoạch nghiên cứu vai trò của điện trường và chuyển động quay trong quá trình duy trì plasma và chuyển đổi plasma sang các chế độ khác nhau. Điều đặc biệt quan trọng đối với các nhà khoa học là nghiên cứu sự chuyển đổi của plasma sang chế độ L”. Chế độ L được đặc trưng bởi sự phụ thuộc tiêu cực của thời gian tồn tại của plasma vào công suất gia nhiệt, cũng như Sir suy giảm của sự giam giữ nlasma (giảm thời gian tồn tại) và những thay đổi bên trong của dòng chảy hỗn loạn trong plasma. Nói một cách dễ hiểu, khi chuyển sang chế độ L, chiếc bánh rán plasma bên trong Tokamak có nguy cơ bị phá hủy khi được gia nhiệt và quá trình khởi động sẽ phải bắt đầu lại từ đầu.

     6. Nghiên cứu plasma rất quan trọng đối với các nhà khoa học. Trước hết, các nhà khoa học phải tìm ra bản chất của năng lượng, từ đó tìm ra bản chất di chuyển của các dòng nhiệt và hạt từ plasma đến thành buồng chân không. Trong tương lai, điều này có thể giúp xây dựng nhiều dự án nhiệt hạch quy mô lớn hơn và cho phép nhân loại giải quyết vấn đề về nhu cầu điện đang tăng lên hàng năm.

     7. Các câu hỏi quan trọng tiếp theo là: Vai trò của các thông số khác nhau trong quá trình giam giữ plasma là gì? Sự hỗn loạn, điện trường, hoặc hồ sơ nhiệt độ plasma sẽ ảnh hưởng như thế nào đến sự giam giữ plasma và dòng chảy của các hạt? Các nhà khoa học đã biết rất nhiều về điều này, nhưng họ vẫn còn nhiều điều cần tìm hiểu.

 (Nguồn: Trích từ bài báo “Nhiệt hạch – Nguồn năng lượng của tương lai” do TS. Nguyễn Thành Sơn biên dịch, tạp chí Năng lượng Việt Nam, xuất bản năm 2022)