Loài cây quý \’chảy\’ ra nickel ở Indonesia

• Dyna Rochmyaniingsih
• BBC Future

3 giờ trước

Một loài thực vật quý hiếm tự nhiên \”khai thác\” lượng lớn kim loại nickel được cho là sống trong vùng rừng Indonesia – và người ta đang chạy đua tìm ra chúng trước khi chúng bị tiêu diệt sạch.

Mười sáu năm trước, Aiyen Tjoa đang tìm hiểu một thị trấn khai mỏ nhỏ bé tên Sorowako ở giữa hòn đảo Sulawesi của Indonesia.

Sorowako từng có thời có hệ thực vật cực kỳ đa dạng, và hầu hết các loại cây ở đây người ta không thể tìm thấy ở nơi nào khác.

Nhưng sau đó thị trấn nhỏ này trở thành trung tâm của một trong những khu vực khai thác mỏ kim loại nickel lớn nhất trên thế giới, trong đó có một công ty khai thác đến 5% tổng lượng nickel cung cấp cho toàn cầu.

Khi Tjoa, một nhà sinh vật học nghiên cứu về đất và là giảng viên Đại học Tadulako ở miền trung Sulawesi đến Sorowako vào năm 2004, hầu hết mảng xanh thực vật đã bị ngành khai khoáng dọn sạch, chỉ còn trơ lại đất đai cằn cỗi và những con đường bụi mù.

Nhưng một số cây bụi và cây non sống sót. Thời đó, Tjoa háo hức phát hiện ra những loại cây hiếm hoi này thích nghi khá tốt với môi trường mới xung quanh đầy kim loại nickel này.

Những loại cây này, bà giải thích, có thể là \”siêu thực vật\”, hấp thụ được hàm lượng nickel ở mức độ cao trong đất và lưu trữ nó trong thân cây với hàm lượng cực lớn.

Cùng với việc làm sạch đất, những loại cây giàu kim loại nickel này cũng có thể được \”khai thác\” để đem lại nguồn kim loại thay thế, giúp chúng ta có được nickel mà không cần hủy hoại hệ sinh thái.

Loài cây mà Tjoa tìm kiếm giờ đây nổi tiếng là cây siêu hấp thụ nickel, một nhóm các loại cây hiếm có thể tập trung đến 1.000 microgam nickel trên mỗi gam lá khô.

Hầu hết các loại cây đều hút một lượng nhỏ kim loại nặng lên để kích thích một số enzymes quan trọng, và nickel là kim loại cần thiết để kích thích quá trình ra hoa cực kỳ quan trọng với các cây này.

Thế nhưng chỉ cần lượng nickel hơi nhiều một chút là đã có thể đầu độc, làm chết hầu hết mọi loại cây.

Tuy nhiên, các loại cây siêu hấp thụ nickel lại tiến hóa đến khả năng chịu được lượng dư thừa này bằng cách để cho thứ kim loại này gắn vào thành tế bào hoặc tích trữ ở không bào – một dạng bào quan có chức năng tích trữ bên trong tế bào, Tjoa giải thích.

Các loại cây này chủ yếu tích trữ nickel trong chồi non, lá, rễ hoặc nhựa cây.

Có một số loài cây rất ưa thích nickel, như Alyssum murale, một loại cây bản địa từ Ý, thứ có thể hấp thụ đến 30.000 microgram nickel trong một gam lá khô.

Một số loại khác như Phyllantus balgoyii, được tìm thấy ở Malaysia, có hàm lượng nickel cao đến mức nhựa cây có màu xanh lá hoặc xanh dương sáng.

Cho đến nay, người ta đã ghi nhận khoảng 450 loài cây chuộng nickel trên khắp thế giới.

Hầu hết các loài cây này mọc ở những nơi có hệ thực vật ít đa dạng hơn và hàm lượng nickel tích lũy thấp hơn ở Indonesia, ví dụ như Cuba (130 loài cây), khu vực Nam Âu (45 loài), vùng New Caledonia (65 loài) và Malaysia (24 loài).

Đáng chú ý là rất ít trong số các loại cây này có mặt ở Indonesia, vốn là một trong những vùng có hệ sinh thái đa dạng nhất thế giới và cũng là nơi có mỏ nickel lớn nhất thế giới – lẽ ra chính là nơi mà bạn trông đợi có thể tìm thấy cây siêu hấp thụ nickel.

Tjoa cho biết phần lớn điều này là vì rất ít người dành thời gian tìm kiếm các loại cây này.

Hành trình tìm kiếm kiên trì

Khi Tjoa có được giấy phép từ công ty khai mỏ đang kiểm soát khu vực Sorowako, bà nhanh chóng đem thiết bị đến quét khu vực này.

Bà phải tự chi trả cho chuyến đi tìm hiểu, và bốn năm qua bà đã quay lại Sorowako nhiều lần để tìm mà không thành công. Công việc khó khăn và thời gian ban đầu khiến bà thất vọng.

Một phần lý do khiến quá trình tìm kiếm của bà chậm chạp là bằng mắt thường, những cây loại này nhìn cũng bình thường. Nhưng khi có điểm nào đó nghi vấn xuất hiện, thì một thử nghiệm có thể làm nhanh chóng tại chỗ để xác định xem nó có phải là loại cây siêu hấp thụ nickel hay không.

Antony van der Ent, nhà sinh thái học cây trồng từ Đại học Queensland nghiên cứu về các loại cây siêu hấp thụ nickel, mô tả việc sử dụng một miếng giấy thử có dạng hình tròn, màu trắng để xét nghiệm nồng độ nickel. \”Tờ giấy lập tức chuyển thành màu hồng khi dí lá cây sát vào nó. Đó là thử nghiệm chắc chắn chính xác, dễ thực hiện và nhanh chóng,\” ông giải thích.

Nhưng nếu chỉ có nickel không thì cũng không có nghĩa là loại cây đó là cây siêu hấp thụ nickel.

Để phân tích hàm lượng nickel tập trung trong cây cao đến mức nào, người ta phải thu thập mẫu xét nghiệm và đưa về phòng thí nghiệm, sấy khô và dùng kỹ thuật X-quang.

Khi dùng thiết bị cầm tay bắn tia X vào mẫu phẩm, nó sẽ tác động để tạo phản ứng, qua đó từ mẫu phẩm sẽ phát sinh ra một lượng năng lượng nhất định, cho thấy tính chất của nguyên tử nickel.

Sau bốn năm tìm kiếm, Tjoa cuối cùng cũng phát hiện ra hai loài cây bản địa là thuộc loại siêu hấp thụ nickel vào năm 2008: cây Sarcotheca celebica và cây Knema matanensis.

Trong phòng thí nghiệm, bà phát hiện ra cả hai loài cây bản địa này có thể tích trữ khoảng từ 1.000 đến 5.000 microgram nickel trên mỗi gam lá khô.

Đó mới chỉ là khởi đầu, Tjoa hi vọng sẽ tìm thấy thứ còn có triển vọng hơn thế.

So với những loại cây thích nickel ở các nơi khác, hai loài cây này chỉ có khả năng tích trữ nickel ở mức độ khiêm tốn. \”Chúng tôi đang tìm loại cây có thể tích trữ đến 10.000 microgram [trên một gam],\” bà chia sẻ. Ở ngưỡng đó, thì việc trồng và khai thác loại cây này để lấy khoáng sản mới đạt hiệu quả về mặt kinh tế – quá trình này gọi là \”khai khoáng thực vật\” (\”phytomining\”).

Nghiên cứu của Tjoa với những loại cây này khiến Satria Bijaksana chú ý – ông là giáo sư chuyên về từ tính trên đá từ Viện Nghiên cứu Công nghệ Bandung.

Bijaksana đang tìm nghiên cứu liên quan trong mối quan hệ giữa ngành địa chất và sinh thái ở vùng Sulawesi, khi ông thích thú với nghiên cứu về khai khoáng thực vật do Tjoa và van der Ent tiến hành. Ông tự hỏi liệu chuyên môn của ông về mảng nghiên cứu từ tính có thể giúp đẩy nhanh quá trình tìm kiếm không.

Do các loài cây siêu hấp thụ nickel có hàm lượng kim loại rất cao, cho nên sau khi bị đốt cháy, trong tro của chúng cũng có hàm lượng cao như vậy, và một số kim loại trong đó có từ tính.

Một số nghiên cứu cho thấy lượng nickel mà các loại cây siêu hấp thụ này thu thập cũng xảy ra đồng thời với lượng sắt mà chúng hấp thụ – một loại kim loại có từ tính cao.

Cùng với Tjoa, Bijaksana tiến hành một thí nghiệm xác định được mức độ nhạy cảm từ tính tăng lên khi các loài cây này hấp thụ nhiều nickel hơn.

Nhờ vào so sánh với tro từ hai loài cây nổi tiếng là siêu hấp thụ (cây Alyssum murale và cây Alyssum corsicum) với 10 loài cây bản địa ở Sulawesi và Halmahera, người ta tìm ra kết quả khả quan: có một trong những loại cây bản địa có hàm lượng cả nickel và sắt đều cao.

\”Chúng tôi nghĩ rằng sử dụng từ tính có thể đẩy nhanh tiến trình vì nó dò ra mức độ tập trung nickel cao,\” Bijaksana cho biết, khiến giảm bớt kết quả dương tính sai.

Nghiên cứu của họ, được công bố vào tháng 5/2020, xác định thêm hai loài cây ưa nickel ở vùng Sulawesi: cây Casearia halmaherensis và một loài cây khác thuộc họ tiêu. Cả hai đều hấp thụ từ 2.600-2.900 microgram trong 1 gam lá khô.

Dù nghiên cứu chỉ mới ở giai đoạn sơ khởi, Bijaksana hi vọng nó có thể thuyết phục mọi người coi trọng mảng khai khoáng bằng thực vật ở Indonesia.

Cách khai thác khoáng sản mới

Cái đẹp của loại thực vật siêu hấp thụ nickel nằm ở chỗ chúng hấp thụ một nguyên tố vừa là chất ô nhiễm độc hại nếu tồn tại trong đất, vừa là vật liệu quý – vì nickel được sử dụng sản xuất những sản phẩm, từ vòi nước trong bếp đến pin dành cho xe hơi điện. Thu hoạch nickel từ cây cối lại là quá trình khá đơn giản.

Nhà nghiên cứu van der Ent từ Đại học Queensland tính toán rằng với những cây siêu hấp thụ như Phyllantus balgoyii, ta có thể sản xuất ra ước tính 120kg nickel trên mỗi hectare một năm. Lượng thu hoạch này có giá thị trường khoảng 1.754 đô la Mỹ trên mỗi hectare.

Việc chiết xuất nickel cần thực hiện bằng cách tỉa chồi cây – nơi có lượng kim loại này tập trung cao nhất – và đốt chúng, sau đó nickel sẽ được phân tách từ tro.

Quá trình này thải ra khí CO2 khi đốt, nhưng việc liên tục thu hoạch cây siêu hấp thụ nickel có thể được coi là trung hòa carbon, van der Ent chia sẻ.

\”Tất cả carbon thải ra từ quá trình đốt sẽ tiếp tục được \’hấp thụ\’ trở lại nhờ vào những cây được trồng mới, chỉ trong vài tháng,\” ông giải thích.

Khai khoáng bằng thực vật có ích lợi đáng kể cho môi trường so với cách khai thác mỏ truyền thống.

Ở Sorowako, nickel được khai thác từ mỏ lộ thiên, nơi có nickel nằm bên trong lớp đá ong.

Để thu thập nickel, người ta cần phải nghiền đá ra, và việc này làm giải phóng các nguyên tố phóng xạ, như những nguyên tố giống như a-mi-ăng tự nhiên và bụi kim loại.

Mỏ lộ thiên cũng tạo ra vật liệu phế thải dưới dạng chất thải bán lỏng độc hại, thứ được gọi là quặng đuôi. Nếu không được quản lý đúng mức, quặng đuôi có chứa kim loại nặng như thủy ngân và thạch tín có thể rò rỉ vào môi trường xung quanh.

Về mặt tổng quan, việc khai thác mỏ truyền thống thường thải ra lượng carbon đáng kể, góp phần vào ít nhất 10% tổng lượng khí thải nhà kính vào năm 2017.

Cùng với việc đem lại phương pháp khai thác nickel thân thiện với môi trường hơn, các loại cây này còn có thể giúp tái sinh vùng đất đã từng bị khai thác.

Tjoa cho biết hầu hết các công ty khai thác khoáng sản ở Indonesia phớt lờ yêu cầu trồng lại cây trên những khu vực đất không còn khai thác nữa. Khi họ chịu làm, họ thường chỉ trồng các loại cây thông thường, thay vì những loại cây thích hút chất nickel.

Nhưng quá trình trồng lại thảm thực vật nhưng không chú tâm đó có nhiều lỗ hổng, van der Ent giải thích. \”Hầu hết các loại cây này đều là các loại cỏ dại phổ biến và vì vậy chúng người ta cực kỳ không ưa thích khi tái tạo mảng xanh,\” ông chia sẻ.

Những loại cây siêu tích trữ nickel có thể tạo hiệu quả tốt hơn, ông cho biết, bằng cách cải thiện chất lượng đất thông qua việc dọn sạch nickel và đem trở lại những chất dinh dưỡng cần thiết cho các loại cây thông thường.

\”Cuối cùng, người ta có thể trồng cấy như bình thường trên những mảnh đất sau khi quá trình khai khoáng thực vật hoàn tất,\” ông nói.

Cách này có thể đem lại ích lợi kinh tế cho công ty khai mỏ vì phần nickel còn lại mà mầm cây hút có thể cũng thu hoạch được. Hiện thời, chỉ có các loại đất có hàm lượng nickel ít nhất 1% mới có thể khai thác bằng phương thức truyền thống.

\”Nhưng loại cây siêu hấp thụ có thể tích lượng nickel lấy từ đất chỉ có hàm lượng 0,1% [nickel],\” ông nói.

Ở vùng Sabah, Malaysia, van der Ent đã tiến hành trồng thử nghiệm cánh đồng cho phương thức khai khoáng thực vật từ năm 2014.

\”Chúng tôi nhận thấy phương pháp khai khoáng thực vật thực sự có hiệu quả,\” ông nói.

Cách này có thể sử dụng với những loại đất chưa trải qua khai thác nhưng đã có hàm lượng nickel tự nhiên cao, nhưng van der Ent nhấn mạnh rằng công nghệ này không có mục đích thay thế công nghệ khai mỏ lộ thiên. Cách này sẽ khó thực hiện, bởi Indonesia là nhà sản xuất nickel lớn nhất thế giới, với khoảng 73 triệu tấn nickel xuất khẩu trong năm ngoái.

Thay vì thay thế, phương thức khai khoáng thực vật có thể được sử dụng song song với khai mỏ lộ thiên. Điều quan trọng nhất là, khác với cách khai thác khoáng sản truyền thống, vốn thường gây ra xung đột với cộng đồng cư dân bản địa, \”chúng tôi hình dung ra cách này sẽ được những tiểu chủ ở vùng nông thôn tại những khu vực đất giàu nickel ứng dụng thay thế cho canh tác nông nghiệp,\” van der Ent nói.

Dù đây là lĩnh vực có nhiều tiềm năng, nhưng Tjoa đã lúng túng với sự phát triển chậm chạp của phương thức khai khoáng thực vật tại Indonesia.

\”Có vẻ như không ai quan tâm tới tiềm năng này,\” bà nói. Bà cho biết đã cố gắng liên hệ với công ty khai thác khoáng sản PT Aneka Tambang (Antam) – công ty khai thác khoáng sản nhà nước của Indonesia – hồi năm 2009, nhưng phản hồi của họ là rất chậm chạp và mập mờ.

Công ty PT Inco từng ủng hộ nghiên cứu của bà với phương thức khai khoáng thực vật khi bà thực hiện một chuyến điền dã ứng dụng cây Alyssum murale ở Sorowako, nhưng quá trình hợp tác sau đó bị hủy bỏ một phần vì công ty trên tái cấu trúc. \”Không may là từ đó không còn hợp tác gì nữa,\” bà nói.

Thật trớ trêu, van der Ent nói. \”Không có quốc gia nào khác có tiềm năng khai khoáng thực vật lớn như Indonesia,\” ông nói.

Với hệ thực vật cực kỳ đa dạng và lịch sử địa chất, ông tin rằng quốc gia này có tiềm năng khổng lồ trong việc phát hiện ra các loại cây siêu hấp thụ nickel.

Sulawesi và hòn đảo Halmahera gần đó có lượng đá từ dung nham núi lửa ultramafic lớn nhất trên thế giới với diện tích 23.400 hectares, là loại đá có thể giàu trữ lượng nickel.

Cùng với hàm lượng nickel tập trung cao, đất từ loại đá nền này cũng thúc đẩy một lượng lớn các loài thực vật đặc hữu phát triển.

Các nhà nghiên cứu tin rằng rất nhiều loại cây siêu hấp thụ có thể biến mất trong quá trình dọn sạch đất trước khi người ta phát hiện ra chúng. Từ năm 1990 đến năm 2018, Sulawesi đã mất gần 19% diện tích rừng che phủ. \”Chúng ta đã mất cơ hội rất lớn tìm ra các loại cây này,\” Tjoa nói.

Mầm hy vọng

Nhưng Tjoa không từ bỏ cuộc tìm kiếm các loại cây siêu hấp thụ.

Ở miền trung Sulawesi, một cánh rừng nguyên sinh còn nguyên vẹn nằm trên mảnh đất giàu nickel tạo thành khu dự trữ tự nhiên Morowali ở vùng núi.

Loại đất màu xám, tạo thành từ đá nền có tên là đá serpentinite, được coi là nơi hoàn hảo giúp các loại cây yêu thích nickel sinh trưởng.

\”Khảo sát của chúng tôi ở [hòn đảo] Halmahera [thuộc Indonesia] cho thấy cây siêu hấp thụ nickel phổ biến ở loại đất này, nhưng mọi người vẫn chưa tìm kiếm chúng ở Sulawesi,\” van der Ent nói. \”Tất cả đều phải nhờ đến nỗ lực phối hợp để tìm kiếm chúng.\”

Một công ty khai thác khoáng sản nước ngoài đã thể hiện ý định muốn thử nghiệm với công nghệ khai khoáng thực vật, Tjoa cho biết.

Vào năm 2017, nhà đầu tư từ Mỹ liên hệ với bà, với ý định sẽ cấp vốn cho 5.000 hectares trồng thử nghiệm ở Sulawesi. Bà cho biết với dự án này bà muốn sử dụng cây Alyssum murale, loại cây siêu hấp thụ nickel từ Ý. Đây có thể không phải là loài ngoại lai lý tưởng cho hệ sinh thái trên đảo Sulawesi, nhưng ít nhất nó là cú đánh cược an toàn.

\”Có thể chúng tôi phải dùng cây này trước tiên để thuyết phục chính phủ Indonesia tin rằng khai khoáng thực vật có hiệu quả,\” bà chia sẻ.

Tjoa hi vọng rằng khai khoáng thực vật sẽ trở thành một phần trong mỗi khu mỏ khai thác khoáng sản, và các hãng khai thác được yêu cầu phải bảo tồn một phần rừng nhiệt đới trong khu vực khai thác của mình.

Sử dụng cây xanh thay vì máy móc cơ khí hạng nặng để khai khoáng có lẽ sẽ tạo ra ít chất thải hơn, bảo tồn môi trường sinh thái tốt hơn, và sản sinh ra ít chất thải độc hại hơn. \”Điều đó,\” Tjoa nói, \”thật là phi thường.\”

Bài tiếng Anh đã đăng trên BBC Future.