Đột phá trong công nghệ biến CO₂ thành đường ăn

Một nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Sinh học Công nghiệp Thiên Tân, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS), vừa phát triển thành công phương pháp chuyển đổi methanol – một loại rượu đơn giản – thành đường trắng (sucrose), tạo tiền đề biến khí CO₂ thu giữ được thành thực phẩm.

Đường trắng thường được sử dụng trong nấu ăn, làm bánh. Ảnh minh hoạ.

Phương pháp này dựa trên hệ thống biến đổi sinh học ngoài cơ thể (in vitro biotransformation – ivBT), có thể tổng hợp sucrose mà không cần trồng mía hay củ cải đường – những cây trồng tiêu tốn rất nhiều đất đai và nước. Bên cạnh sucrose, hệ thống còn được điều chỉnh để tạo ra nhiều loại carbohydrate phức tạp khác như fructose và tinh bột.

Nhóm nghiên cứu cho biết trong công bố trên tạp chí Science Bulletin (tháng 5/2025): “Chuyển hóa nhân tạo CO₂ thành thực phẩm và hóa chất là chiến lược đầy hứa hẹn để giải quyết đồng thời các thách thức về môi trường và dân số, đồng thời góp phần hiện thực hóa mục tiêu trung hòa carbon”.

Trước đây, việc giảm CO₂ thành các phân tử đơn giản đã đạt nhiều tiến bộ, nhưng tổng hợp carbohydrate chuỗi dài – thành phần rất phổ biến trong tự nhiên – vẫn là thách thức lớn. Nhờ thiết kế và tối ưu quy trình, nhóm Trung Quốc đã xây dựng được các bước phản ứng ngắn, tiêu tốn ít năng lượng, đạt hiệu suất chuyển hóa cao tới 86%.

Hệ thống ivBT mới không chỉ lần đầu tiên biến methanol thành sucrose mà còn có thể tổng hợp tinh bột với mức tiêu hao năng lượng thấp hơn các phương pháp trước. Ngoài ra, nền tảng này còn được mở rộng để tạo ra nhiều hợp chất khác như amylose, amylopectin, cellobiose và các oligosaccharide, những chất có thể ứng dụng trong thực phẩm và dược phẩm.

Theo nhóm nghiên cứu, methanol dùng trong quá trình có thể sản xuất từ quá trình hydro hóa CO₂ hoặc tận dụng chất thải công nghiệp. Trước đó, vào năm 2021, một nhóm khác thuộc Viện Vật lý Hóa học Đại Liên (cũng trực thuộc CAS) đã công bố công nghệ sản xuất methanol từ CO₂ ở nhiệt độ thấp, hiệu quả cao, mở đường cho ứng dụng CO₂ làm nguyên liệu thô bền vững.

Hiện Trung Quốc tiêu thụ khoảng 15 triệu tấn đường mỗi năm, trong đó 5 triệu tấn phải nhập khẩu. Việc trồng mía và củ cải đường với quy mô lớn đang đặt áp lực nặng nề lên tài nguyên đất và nước, nhất là khi dân số toàn cầu không ngừng tăng và khí hậu biến đổi. Vì vậy, phát triển công nghệ sản xuất đường “không cần cây trồng” được coi là hướng đi chiến lược.

Nhóm tác giả nhấn mạnh: “Hệ thống của chúng tôi cung cấp một phương án đầy triển vọng, độc lập với thực vật, để tổng hợp mới các loại carbohydrate đa dạng về cấu trúc”. Họ kỳ vọng nền tảng này sẽ đặt nền móng cho các nhà máy sinh học linh hoạt và “âm carbon” trong tương lai.

Dù kết quả ban đầu rất khả quan, nhóm nghiên cứu thừa nhận cần tiếp tục tối ưu enzyme, cải thiện độ bền của hệ thống và xác minh khả năng mở rộng quy mô công nghiệp trong các nghiên cứu tiếp theo.