Với việc kết hợp chức năng nhân giống và sản xuất tảo, thiết bị nuôi tảo đơn bào dạng ống nhiều tầng của PGS.TS Trịnh Văn Dũng (Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia TP.HCM) không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn giúp cho tảo có thể được nuôi ngay ở những không gian nhỏ hẹp như sân thượng hay ban công của mỗi gia đình.

Thực phẩm chức năng từ tảo, đặc biệt là tảo xoắn Spirulina platensis đang ngày càng được nhiều người tiêu dùng Việt Nam ưa chuộng bởi những lợi ích về sức khỏe mà nó đem lại. Trong những năm gần đây, nhiều nhà khoa học cũng như các doanh nghiệp Việt đã tự nghiên cứu các phương pháp để nuôi trồng tảo như sử dụng thiết bị hở (cánh đồng tảo), thiết bị kín (dạng chai, ống, tấm thủy tinh) hay thiết bị bán kín (dạng mái che, nhà kính) để nội địa hóa sản phẩm tảo trước một thị trường đầy tiềm năng nhưng đang bị các sản phẩm ngoại nhập áp đảo.

Tuy nhiên, "nuôi tảo không khó nhưng nuôi làm sao để bán được tảo lại không phải dễ bởi ‘không cẩn thận’ là chi phí sản xuất sẽ tăng cao ngay”, PGS.TS Trịnh Văn Dũng cho biết. Nguyên nhân của vấn đề nằm ở chỗ: do tảo cần quang hợp và sử dụng khí CO2hòa tan trong nước để sinh trưởng và phát triển, thế nên các thiết bị/bể nuôi tảo thường đòi hỏi phải có diện tích lớn để thu nhận ánh sáng cũng như phải đủ sâu để có lớp nước chứa các chất dinh dưỡng cho tảo. "Riêng chi phí để thuê đất sản xuất đã không nhỏ, và đây cũng chính là một trong những điểm yếu của các thiết bị nuôi tảo hiện nay, đặc biệt là trong bối cảnh quỹ đất cho nông nghiệp ngày càng hạn hẹp”, ông nhận định.

Bên cạnh đó, người sản xuất tảo theo quy trình thông thường cần phải thực hiện hai bước: nuôi nhân giống và nuôi sản xuất sinh khối tảo, mỗi công đoạn được thực hiện ở một loại thiết bị/bể nuôi khác nhau. "Khi bể nuôi sản xuất tảo càng lớn thì số lần nhân giống cần tiến hành càng nhiều, mỗi lần nhân giống lại cần tăng kích thước thiết bị theo tỷ lệ khoảng 1x10. Thế nên người nuôi tảo theo cách thức này sẽ cần rất nhiều thiết bị nhân giống, trong khi đó đến bước nuôi tảo thì các thiết bị để nhân giống ấy thường lại bị bỏ không, vừa lãng phí vừa chiếm nhiều diện tích”, PGS.TS Dũng chỉ ra vấn đề.

Là nhà nghiên cứu chuyên về thiết bị công nghệ hóa học, PGS. TS Dũng bị thu hút bởi bài toán tưởng như nhỏ nhưng lại rất quan trọng để cắt giảm chi phí nuôi tảo ấy. Ông tự đặt câu hỏi: "Tại sao không kết hợp hai thiết bị nhân giống và nuôi tảo làm một để vừa tiết kiệm đất, vừa thuận tiện cho người sản xuất?”.

Suy nghĩ này dẫn ông đến ý tưởng về một thiết bị nuôi tảo kiểu Bioreactor (lò phản ứng sinh học) dạng ống nhiều tầng, gồm nhiều mô đun giống nhau được kết nối thành hệ thống. Thực tế, việc lắp rắp thiết bị để tạo thành cấu trúc dạng ống không có gì khó, song vấn đề là: làm sao để khuấy được tảo trong một thiết bị kín như vậy và đảm bảo tất cả tảo trong bể được tiếp xúc với ánh sáng - một trong những yếu tố quan trọng giúp cho tảo phát triển? "Cũng đã có một số công ty sản xuất tảo trong nước và trên thế giới dùng các thiết bị kín dạng chai, ống hay dạng tấm để giảm diện tích xây dựng và tránh tạp nhiễm, nước mưa, tuy nhiên, các thiết bị này được thiết kế và vận hành theo kiểu: ống sục khí bơm từ dưới lên ống góp nằm phía trên, rồi tách khí và chia ra các ống thủy tinh để tảo hấp thụ ánh sáng và phát triển, sau đó lại thu về ống góp bên dưới”, PGS.TS Dũng mô tả về cách mà các hệ thống hiện có được lắp đặt và cho biết, "làm như vậy sẽ khiến cho tảo không được khuấy đều trong các ống nuôi, nhất là nếu hệ thống có nhiều ống. Khi cần nuôi sản xuất lớn, hệ thống này sẽ gặp nhiều khó khăn trong việc liên kết các cụm ống với nhau”.

Để giải quyết vấn đề mấu chốt này, PGS.TS Dũng đã thử nghiệm nhiều kiểu cấu tạo khác nhau và cuối cùng đi đến một phương án mà ông cho là tối ưu nhất, gồm có khung đỡ, bộ phận nạp liệu có cửa nạp được nối với ống cấp liệu thông qua van chặn, và trên ống cấp liệu có đường nối với các bộ phận tuần hoàn, nhân giống và nuôi tảo. Cụ thể, bộ phận tuần hoàn được thiết kế theo dạng chữ U, ở nhánh nối với ống cấp liệu. Đồng thời, bộ phận nhân giống được thiết kế để có hai ống nhân giống nối với nhau bằng ống nối cong tạo thành dạng chữ U kín, hai đầu còn lại được nối với bộ phận tuần hoàn, van chặn và cơ cấu nuôi thông qua ống nối chữ Y. Cuối cùng, ông Dũng bố trí các ống nuôi tảo song song với nhau, mỗi đầu của ống được nối với nhau bởi ống nối tạo thành liên kết xoắn gấp khúc dạng lò xo hở hai đầu, một đầu hở được nối với ống cấp liệu, đầu còn lại được nối với bộ phận nhân giống tạo thành kết cấu khép kín.

Theo đó, thiết bị sẽ được vận hành thông qua các bộ cảm biến, điều chỉnh và hệ thống van. Khi tảo giống và môi trường nhân giống được nạp vào hệ thống qua cửa nạp liệu, thiết bị sẽ mở van cấp khí để không khí được tuần hoàn cho quá trình nhân giống. Sau khi đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật cần thiết, thiết bị sẽ chuyển sang giai đoạn nuôi trồng sản xuất bằng cách đóng van chặn, sau đó cấp bổ sung môi trường nhân giống để nuôi tảo cũng như sục khí để giúp "môi trường” được tuần hoàn trong toàn bộ các ống. Khi tảo nuôi đã đạt yêu cầu, van xả sẽ được mở để người nuôi thu hoạch sản phẩm tảo. "Trước đó, tảo cũng được thiết bị tách ra theo hệ thống đường ống để đưa đi rửa sạch, lọc, ly tâm và sấy để bảo quản”, PGS.TS Dũng giải thích thêm.

Với thiết kế tích hợp này, người sử dụng có thể nhân giống và nuôi tảo ngay trong một thiết bị mà không cần phải thực hiện việc nhân giống bổ sung và nuôi tảo. Quan trọng hơn, "thiết bị có thể vận hành tự động, không bị tạp nhiễm, đảm bảo các yêu cầu về cung cấp đủ quang năng; thực hiện khuấy trộn, tuần hoàn môi trường nuôi cấy để tảo phát triển tốt, đồng thời đo và giám sát được các thông số công nghệ như nhiệt độ, pH một cách tự động”, PGS.TS Dũng hào hứng cho biết. Với những điểm mới ấy, hệ thống nuôi tảo này cũng đã được Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ KH&CN) cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 2-0002790.

Điều đáng chú ý là không chỉ có cơ chế vận hành đơn giản, dễ sử dụng, thiết bị còn có thể được nối ghép thêm nhiều mô đun khác nhau để "mọi đối tượng từ nông thôn đến thành thị, từ gia đình đến công nghiệp đều có thể sử dụng”, PGS.TS Dũng nói. Hiện nay, một hệ thống nuôi tảo có quy mô lên đến 30 mét khối đã được ông chuyển giao lắp đặt tại một công ty chuyên sản xuất và bán các sản phẩm về tảo. "Nếu một hộ gia đình mong muốn tự sản xuất tảo thì một hệ thống nuôi tảo nhỏ cỡ khoảng vài chục lít cũng có thể được lắp đặt ngay trên sân thượng, ban công của các tòa nhà, hay trên chính mặt nước sông, hồ, mà không đòi hỏi nhiều diện tích đất để xây dựng công trình”, PGS.TS Dũng nhấn mạnh.