Phát minh của Mỹ làm rung chuyển ngành xây dựng: Tạo ra 'siêu gỗ' từ cây chỉnh sửa gen, có thể thay thế thép và bê tông

Các nhà khoa học Mỹ vừa công bố một hướng đi mới đầy triển vọng cho ngành vật liệu xây dựng : tạo ra gỗ siêu việt ngay từ trong cây, nhờ chỉnh sửa gen, thay vì xử lý tốn kém ở nhà máy. Công nghệ này không chỉ giúp giảm chi phí và năng lượng sản xuất, mà còn mở ra khả năng cắt giảm đáng kể phát thải carbon trong xây dựng .

Về bản chất, gỗ là một cấu trúc sinh học phức tạp, gồm các sợi cellulose tạo độ bền kéo, hemicellulose hỗ trợ liên kết, và lignin – chất “keo” cứng giúp cây đứng vững trước gió bão. Tuy nhiên, chính lignin lại là rào cản lớn trong quá trình sản xuất gỗ kỹ thuật hiệu suất cao, bởi nó khiến gỗ khó nén chặt và buộc các nhà máy phải dùng hóa chất mạnh cùng nhiệt độ cao để loại bỏ một phần.

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Maryland đã chọn một cách tiếp cận khác: điều chỉnh cây trồng ngay từ đầu để gỗ tự nhiên đã dễ chế biến hơn. Bằng kỹ thuật chỉnh sửa base – một dạng CRISPR cho phép thay đổi chính xác từng chữ cái DNA – họ đã tác động vào gen 4CL1, gen then chốt trong quá trình tổng hợp lignin ở cây dương. Kết quả là cây tạo ra lượng lignin thấp hơn khoảng 12%, nhưng vẫn sinh trưởng bình thường trong điều kiện thử nghiệm.

Sự thay đổi nhỏ này mang lại lợi ích lớn cho khâu sản xuất. Thay vì phải trải qua bước khử lignin bằng hóa chất, gỗ thu được chỉ cần ngâm nước, sau đó nén bằng nhiệt và áp suất để các sợi cellulose xếp chặt lại với nhau. Gỗ nén từ cây chỉnh sửa gen đạt độ bền tương đương các vật liệu được xử lý bằng phương pháp công nghiệp truyền thống, trong khi lượng năng lượng tiêu thụ và chất thải phát sinh thấp hơn đáng kể.

Theo giáo sư Yiping Qi, trưởng nhóm nghiên cứu, đây là cách tiếp cận kết hợp giữa di truyền học và khoa học vật liệu nhằm tạo ra “siêu gỗ ” có độ bền cao, thân thiện với môi trường và có khả năng lưu trữ carbon lâu dài. Trong bối cảnh thép và bê tông – hai vật liệu chủ đạo của ngành xây dựng đang đóng góp tỷ trọng lớn vào phát thải CO₂ toàn cầu, gỗ kỹ thuật được xem là một trong những giải pháp thay thế tiềm năng nhất.

Dù kết quả trong nhà kính rất khả quan, các nhà khoa học thừa nhận thách thức lớn vẫn nằm ở phía trước. Những thử nghiệm thực địa dài hạn sẽ cần chứng minh rằng cây có hàm lượng lignin giảm vẫn đủ khả năng chống chịu gió, sâu bệnh và biến động khí hậu. Bên cạnh đó, các vấn đề về chính sách và quản lý cây trồng chỉnh sửa gen – dù không đưa gen ngoại lai vào cây cũng sẽ quyết định tốc độ thương mại hóa công nghệ này.

Nếu vượt qua được các rào cản đó, “gỗ siêu việt” có thể trở thành mắt xích quan trọng trong chuỗi giá trị xây dựng xanh: từ rừng trồng thông minh, nhà máy sạch hơn cho tới những công trình bền vững, ít phát thải carbon hơn trong nhiều thập kỷ tới.