Sử dụng công nghệ mới để làm tăng hiệu quả trong chuỗi lương thực đang là xu hướng nông nghiệp thế giới, với những công nghệ Canh tác đô thị và thẳng đứng, Biến đổi gen và thịt nhân tạo,  công nghệ In 3 chiều vào lĩnh vực thực phẩm.

Canh tác đô thị - nông nghiệp thẳng đứng

“Nông nghiệp thẳng đứng” sẽ là giải pháp tiềm năng giải quyết vấn đề mà đô thị hóa mất kiểm soát gây ra. Đồng thời sẽ là lời giải cho bài toán xanh hóa đô thị, quy hoạch để thích ứng hiện nay... “Nông nghiệp thẳng đứng” không còn là khái niệm quá xa lạ trong giới nông nghiệp công nghệ cao. Đây là hình thức nuôi trồng, sản xuất thực phẩm trong các lớp xếp chồng lên nhau hay bề mặt nghiêng theo chiều dọc. Mô hình canh tác này sử dụng tối đa các kỹ thuật và công nghệ để kiểm soát toàn bộ các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, nước... Đặc biệt, có thể trồng cây mà không sử dụng đất, hay phát triển hoàn toàn nhờ ánh sáng nhân tạo từ hệ thống đèn LED thay cho ánh sáng mặt trời. 

Năm 2016, Các tiểu vương quốc Ả rập Thống nhất (UAE) đã phải nhập khẩu hơn bốn triệu tấn trái cây và rau quả. Nhằm thúc đẩy tăng hiệu quả chi phí, kinh doanh nông nghiệp quy mô thương mại có chức năng sản xuất các sản phẩm “tươi” cho dân cư địa phương sẽ là hướng phát triển mang lại lợi ích cho cả Chính phủ UAE lẫn người dân.

Canh tác thẳng đứng chính là câu trả lời cho việc cung cấp sản xuất chất lượng cao một cách bền vững. Canh tác thẳng đứng là quy trình trồng các cây lương thực trong các lớp khay xếp chồng lên nhau theo chiều thẳng đứng, sản xuất lương thực ở các môi trường đầy thách thức nơi không có các loại đất thích hợp. Kết hợp với với nông nghiệp đô thị, quy trình này sử dụng những phương thức địa canh, thủy canh, hoặc khí canh. Quy trình này sử dụng nước, phân bón và chất dinh dưỡng ít hơn đến 95%, và đặc biệt là không có thuốc trừ sâu, trong khi lại làm tăng năng suất.

Từ năm 2004, startup AeroFarms có trụ sở tại Hoa Kỳ đã xây dựng, sở hữu và vận hành các trang trại thẳng đứng trong nhà để phát triển những loại thực phẩm an toàn và bổ dưỡng. Công ty này dẫn đầu thế giới trong lĩnh vực canh tác theo chiều dọc quy mô thương mại công nghệ cao, theo định hướng dữ liệu. Nông trại của công ty có thể canh tác quanh năm, cho phép đạt được sản lượng tiềm năng với năng suất gấp 390 lần so với một trang trại truyền thống có cùng diện tích. Sản xuất không bị phụ thuộc vào các sự kiện thời tiết khắc nghiệt hoặc thay đổi theo mùa. Do các sản phẩm được trồng tại địa phương và không phải nhập khẩu, nên trái cây và rau quả sẽ tươi lâu hơn.

Tương tự, các nông trại trong nhà có quy mô cánh đồng của công ty Plenty có trụ sở tại San Francisco, Hoa Kỳ, đã kết hợp nông nghiệp và khoa học cây trồng với máy học, Internet vạn vật, dữ liệu lớn và công nghệ kiểm soát khí hậu, để sản xuất ra những loại thực phẩm lành mạnh trong khi lại giảm thiểu việc sử dụng nước và năng lượng. Gần đây, Plenty đã nhận được đầu tư từ Quỹ SoftBank Vision và Jeff Bezos, CEO của Amazon. Những khoản đầu tư này sẽ giúp công ty cải tiến hơn nữa trang trại của mình.

Các chính phủ cũng đã khởi xướng những sáng kiến ​​về công nghệ này. Những kỹ thuật trồng trọt này đã góp phần thúc đẩy sự bùng nổ của lĩnh vực trồng trọt trong nhà ở Hà Lan: Các nhà kính hiện sản xuất 35% khối lượng rau của nước này, mặc dù chiếm chưa tới 1% diện tích đất nông nghiệp của đất nước.

Đại học Wageningen của Hà Lan đang dẫn đầu nhiều công trình nghiên cứu về những phương thức canh tác cây trồng trong nhà tốt nhất. Tuy nhiên, theo Leo Marcelis, giáo sư của trường Đại học Wageningen, cuộc cách mạng nông nghiệp của Hà Lan cần phải vươn ra khỏi phạm vi nhà kính vì canh tác trong nhà kính vẫn phải dựa vào một số ngoại lực ví dụ như ánh sáng mặt trời.

Tuy nhiên, để đạt hiệu quả chi phí, canh tác theo hướng thẳng đứng còn phụ thuộc vào mức giá điện có thể chấp nhận được. Chính phủ có thể hỗ trợ phát triển các trang trại này bằng cách trợ cấp điện hoặc những hình thức ưu đãi thuế khác. Những nước với dân số có trình độ học vấn cao, chi phí năng lượng thấp và chính phủ sẵn sàng tham gia vào các mối quan hệ đối tác công-tư sẽ trở thành những người đi đầu trong lĩnh vực này

Biến đổi gen và thịt nhân tạo

Cải tiến cây trồng thông qua các kỹ thuật nhân giống đã được sử dụng để phát triển cây lúa mỳ chịu hạn. Lúa mỳ chịu hạn chính là loại cây dẫn đầu làn sóng cải tiến năng suất đầu tiên ở các nước đang phát triển. Nhưng để giải quyết nhu cầu lương thực trong tương lai, kỹ thuật di truyền là cần thiết.

Công nghệ CRISPR (Clustered, regularly interspaced, short palindromic technology) là một hướng tiếp cận quan trọng mới tới lĩnh vực chỉnh sửa bộ gen, cho phép có thể chọn lọc nhiều hơn và làm giảm yếu tố may rủi. Kỹ thuật này không chỉ có thể tạo ra các giống có năng suất được cải tiến và có khả năng kháng lại các điều kiện bất lợi, mà còn có thể được sử dụng để nhân giống cây trồng có các vitamin, chất dinh dưỡng và khoáng chất thiết yếu. CRISPR còn đang thúc đẩy thế hệ mới các sản phẩm thực phẩm từ động vật được biến đổi gen.

Thịt nhân tạo (culturing meat) là một công nghệ tiên tiến có rất nhiều tiềm năng nhưng vẫn ở trong giai đoạn phát triển nhạy cảm. Công nghệ này có tiềm năng to lớn tác động đến các lĩnh vực an ninh lương thực, môi trường, các bệnh liên quan đến thực phẩm từ động vật và các vấn đề phúc lợi động vật. MosaMeat, một công ty có trụ sở tại Hà Lan, là một trong số ít các công ty khởi nghiệp đang sử dụng công nghệ này. MosaMeat hiện đang nghiên cứu phát triển sản phẩm thịt xay nhân tạo (thịt làm bánh hamburger) mà công ty dự định sẽ đưa ra thị trường trong thời gian vài năm tới. Công ty cho rằng thịt được sản xuất từ phòng thí nghiệm, hay “thịt không cần giết mổ”, sẽ cung cấp cho dân số ngày càng tăng của thế giới những protein chất lượng cao trong khi lại tránh được nhiều vấn đề về môi trường và quyền động vật của phương pháp sản xuất thịt thông thường.

Áp dụng công nghệ In 3 chiều vào lĩnh vực thực phẩm

In 3 chiều, công nghệ đang trở nên quan trọng trong rất nhiều ngành công nghiệp chế tạo, hiện đang được ứng dụng vào sản xuất thực phẩm. In 3 chiều (còn được gọi là công nghệ chế tạo theo phương pháp đắp dần) là một quy trình theo đó các lớp vật liệu được hình thành để tạo ra các vật thể, trong trường hợp của thực phẩm là tạo ra những món ăn quen thuộc. Các chuyên gia tin rằng các máy in sử dụng keo thực phẩm hydrocoloid (các chất tạo thành gel khi kết hợp với nước) để thay thế cho các thành phần cơ bản của thực phẩm bằng những chất tái tạo được như tảo, bèo và cỏ.

Tổ chức Nghiên cứu Khoa học Ứng dụng của Hà Lan đã phát triển một phương pháp in dành cho vi tảo, một nguồn protein tự nhiên; các carbohydrate, các sắc tố, và chất chống oxy hóa; và đang biến những thành phần này thành thực phẩm ăn được ví dụ như cà rốt. Công nghệ về cơ bản là biến “chất bột nhão” thành các món ăn. Trong một nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã bổ sung thêm bột giun xay vào công thức bánh quy cookie.

Trong tương lai, cửa hàng tạp hóa có thể trữ các thùng bột nguyên liệu thực phẩm có hạn sử dụng nhiều năm thay vì các thành phẩm dễ hỏng, làm giải phóng không gian kệ hàng và giảm yêu cầu vận chuyển và lưu trữ. Ứng dụng thú vị nhất và đòi hỏi kỹ thuật cao đối với máy in thực phẩm 3 chiều đó là những chất thay thế cho thịt. Một số nhà nghiên cứu đã bắt đầu thử nghiệm với tảo để thay thế cho protein động vật, trong khi những người khác đang cố gắng chế tạo thịt từ các tế bào bò sinh trưởng trong phòng thí nghiệm.

NASATI (Theo Technologies for Adaptation in the Agriculture sector. United Nation)