Đại học Bách khoa Hà Nội, Việt Nam
Trong nuôi trồng thủy sản (ngành nông nghiệp tập trung vào thủy sản) ở Việt Nam, tạp chất nước là một vấn đề nghiêm trọng làm giảm năng suất của các sản phẩm thực phẩm chính như tôm. Các chất làm sạch không có sẵn, đặc biệt là ở nhiều vùng nông thôn, và chất lượng nước kém ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và gia súc. Để làm sạch nước, người ta thường sử dụng zeolit (kết hợp giữa nhôm, silic và oxy), vì nó có hiệu quả trong việc làm sạch cả nước và đất ở nhiều vùng ở Việt Nam. Cho đến gần đây, zeolit chủ yếu được nhập khẩu từ các quốc gia khác, và do đó nó rất đắt. Do đó, nhiều nông dân và công ty đã không thể làm sạch đầy đủ nước và đất của họ.
Nghiên cứu và phát triển
Zeolit lần đầu tiên được mô tả vào giữa những năm 1700 và được phát hiện là có chất lượng hấp thụ tuyệt vời. Chúng có cấu trúc xốp có thể chứa nhiều ion tích điện dương và là aluminosilicat ngậm nước (khoáng chất chứa alumin và silica, hai khoáng chất phong phú nhất trong vỏ Trái đất) của kim loại kiềm và kiềm thổ, và hình thành tự nhiên ở những nơi như núi lửa. đá và tro tiếp xúc với nước ngầm có tính kiềm. Tính đến tháng 1 năm 2011, 40 zeolit tự nhiên đã được xác định và hơn 150 loại đã được tổng hợp trên khắp thế giới. Các zeolit tổng hợp và tự nhiên thường được sử dụng thương mại vì tỷ lệ hấp thụ cao và đặc tính khử nhiễm độc đáo của chúng, trong số các đặc tính khác. Việc sử dụng zeolit đã thúc đẩy sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp,
Các đặc tính của zeolit khiến chúng trở nên cực kỳ hữu ích để mở rộng sản xuất cây trồng và vật nuôi, và chúng tiếp tục là một công cụ quan trọng cho nông nghiệp nói chung. Đối với nông nghiệp dựa trên đất, nó làm tăng hiệu quả của thức ăn bằng cách giảm các chất độc hại, giảm nguy cơ bệnh đường ruột, kiểm soát độ ẩm và giữ hàm lượng amoniac trong phân gia súc. Trong trường hợp nuôi trồng thủy sản, bổ sung zeolit vào nước làm tăng hiệu quả dinh dưỡng của thức ăn, giảm nguy cơ dịch bệnh, thanh lọc trại giống tái tuần hoàn (cơ sở nuôi trồng thủy sản nơi trứng được ấp trong điều kiện nhân tạo) trong nước, cung cấp không khí giàu oxy cho cá chăn nuôi và vận chuyển, và làm giảm hàm lượng nitơ trong nước chảy của trại giống.
Đối với nhiều ứng dụng này, zeolit tổng hợp được sử dụng do chất lượng cao, nhưng do có nhiều loại hóa chất cần thiết cho quá trình sản xuất nên chúng rất đắt để tổng hợp. Hơn nữa, không dễ dàng tiếp cận các hóa chất cần thiết cho quá trình tổng hợp. Do đó, nhiều nước đang phát triển như Việt Nam không được tiếp cận với zeolit, và các ngành nông nghiệp của họ bị ảnh hưởng. Để phát triển một giải pháp hiệu quả hơn về mặt kinh tế, năm 1998, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Bách khoa Hà Nội (HUT), được sự tài trợ của Chính phủ Việt Nam và do Tiến sĩ Hoàng Trọng Yêm thuộc Bộ môn Hóa hữu cơ, Khoa Hóa Công nghệ tại HUT, đã khởi động một chương trình nghiên cứu và phát triển (R&D) để phát triển trong nước một vật liệu zeolit.
Một trong những yếu tố thúc đẩy dự án này là ngành tôm ở Việt Nam. Tôm là mặt hàng lương thực quan trọng của đất nước và đã vượt qua gạo trở thành mặt hàng nông sản chính ở nhiều tỉnh ven biển và miền Trung. Tuy nhiên, do chi phí cao nên nhiều trang trại nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam không sử dụng các chất làm sạch hóa học như vật liệu zeolit. Khi tôm phát triển, nhiều tác nhân độc hại được tạo ra và lưu thông trong các trại giống, làm giảm chất lượng nước và dẫn đến tôm chết hàng loạt. Những con tôm sống còn lại sau đó có chất lượng kém, thậm chí có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe người tiêu dùng. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng việc sử dụng vật liệu zeolite sẽ giúp giải quyết những vấn đề này rất nhiều và do đó làm tăng sản lượng và chất lượng tôm ở Việt Nam.
Tiến sĩ Yem và nhóm của ông bắt đầu nghiên cứu các cách khả thi để phát triển vật liệu zeolit với các khoáng chất sẵn có tại địa phương. Cuối cùng, họ quyết định tập trung vào cao lanh, một loại vật liệu mềm, giống như đất sét trắng, cực kỳ rẻ và được tìm thấy với số lượng dồi dào trên khắp Việt Nam. Với hàng triệu tấn sẵn có, Tiến sĩ Yem và nhóm của ông biết rằng cao lanh sẽ là ứng cử viên chính cho dự án. Nghiên cứu của họ tập trung vào ba loại zeolit cụ thể: A, P và X. Ba loại này có đặc tính hấp thụ đặc biệt tốt và cũng có khả năng trao đổi ion đáng kể (mức độ mà nước có thể hấp thụ và trao đổi các ion tích điện dương), làm cho chúng đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng nuôi trồng thủy sản.
Nghiên cứu và phát triển của HUT cũng tập trung vào việc xây dựng nguyên mẫu vật liệu zeolit ở quy mô thí điểm và sau đó hoàn thiện quy trình sản xuất để có thể sản xuất ở quy mô công nghiệp, điều này sẽ cho phép zeolit phát triển trong nước thay thế hoàn toàn zeolit nhập khẩu. Cuối cùng, nghiên cứu cũng tập trung vào việc mở rộng ứng dụng zeolit phát triển trong nước từ nuôi trồng thủy sản sang các hình thức canh tác nông nghiệp khác, chẳng hạn như trang trại chăn nuôi gia súc, chế biến và lọc dầu ở Việt Nam. Sau một năm nghiên cứu và phát triển chuyên sâu, vào tháng 9 năm 1999, nhóm nghiên cứu đã phát minh thành công phương pháp biến đổi cao lanh thành zeolit.
Sự phát minh
Những nỗ lực của nhóm nghiên cứu đã dẫn đến việc phát minh ra không phải một phương pháp, mà là 14 phương pháp khác nhau tạo ra các loại zeolit tương ứng khác nhau có nguồn gốc từ cao lanh tự nhiên của Việt Nam. Trong khi các nguyên tắc cơ bản của mỗi phương pháp là giống nhau, chúng khác nhau một chút để mang lại loại zeolit mong muốn. Tính mới của phương pháp tổng thể nằm ở việc nó sử dụng cao lanh hữu cơ được khai thác tại Việt Nam. Ngoài ra, tất cả các vật liệu zeolit không chỉ có thể được sử dụng để tăng năng suất và chất lượng của tôm mà còn có thể được sử dụng để chăn nuôi gia súc khỏe mạnh.
Zeolit tổng hợp được hình thành do quá trình kết tinh chậm của gel silic-nhôm với sự có mặt của kiềm và các mẫu hữu cơ. Một khía cạnh độc đáo của các phương pháp được phát minh là cao lanh cung cấp cả silicat và các đặc tính hữu cơ cần thiết chỉ trong một loại khoáng chất. Điều này đẩy nhanh quá trình kết tinh đồng thời duy trì mức chất lượng cao. Các loại zeolite mà họ phát triển cũng được điều chỉnh một cách cẩn thận để sử dụng trong các trại sản xuất giống và các ứng dụng nuôi trồng thủy sản khác. Ngoài ra, do lượng cao lanh trong nước dồi dào và tính chất đơn giản của thiết bị cần thiết để sử dụng nó để tạo ra vật liệu zeolit, phương pháp sản xuất có thể dễ dàng sử dụng ở nhiều vùng của Việt Nam, bất kể đặc điểm địa lý cụ thể. Tất cả những yếu tố này dẫn đến một sản phẩm cực kỳ hợp lý.
Phương pháp bao trùm bao gồm một số giai đoạn quan trọng. Đầu tiên, cao lanh tự nhiên thể hiện các đặc tính thích hợp được xác định và thu thập. Cấu trúc, thành phần và chất lượng của cao lanh thu được sau đó được phân tích. Sau đó, cao lanh được làm khô, nghiền và vôi hóa (cứng lại bằng cách lắng đọng hoặc chuyển hóa thành canxi cacbonat hoặc hợp chất canxi không hòa tan khác), làm cho nó sẵn sàng cho quá trình kết tinh zeolit. Khi các tinh thể zeolit đã được tạo ra, chúng được thêm vào các sản phẩm thích hợp (chẳng hạn như phân bón và thức ăn cho tôm, trong số các sản phẩm khác) và cũng được đưa vào nước trong các trại sản xuất giống và đất trong các cánh đồng nông nghiệp.
Các nhà nghiên cứu tại HUT cũng đã phát triển quy trình cần thiết để bổ sung các zeolit tổng hợp của họ vào các sản phẩm thương mại và môi trường tự nhiên khác nhau này. Vì công việc của họ nhắm mục tiêu đặc biệt vào ngành tôm, nên quá trình này hướng tới việc sử dụng hiệu quả các zeolit mới dựa trên cao lanh trong các ứng dụng nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, nó cũng có tiềm năng thích nghi và sử dụng trong nhiều tình huống nông nghiệp khác.
Quản lý IP
Năm 2005, HUT thành lập bộ phận sở hữu trí tuệ (IP) trực thuộc Văn phòng Khoa học và Công nghệ của trường. Bộ phận SHTT có nhiều nhiệm vụ, đó là: tư vấn và hỗ trợ các nhà nghiên cứu, giảng viên và sinh viên về bảo đảm quyền SHTT (IPR); giám sát và quản lý SHTT; thúc đẩy các hoạt động SHTT; phát triển và đào tạo các chuyên gia SHTT; cung cấp thông tin bằng sáng chế và tin tức IP cho HUT; và hợp tác quốc tế với các thực thể SHTT khác.
Để đảm bảo rằng các mục tiêu này được thực hiện một cách hiệu quả, Bộ phận IP tuân theo một quy trình cụ thể để đảm bảo quyền sở hữu trí tuệ. Đầu tiên, (các) nhà sáng chế liên hệ với Bộ phận SHTT và tiết lộ sáng chế cho họ, sau đó Bộ phận SHTT đánh giá công nghệ đã phát triển. Sau đó, (các) tác giả sáng chế hoàn thành và nộp đơn đăng ký bảo hộ quyền sở hữu trí tuệ và bất kỳ tài liệu bắt buộc nào khác theo hướng dẫn của Bộ phận sở hữu trí tuệ. Sau đó, Bộ phận SHTT sẽ thực hiện các sửa đổi cần thiết và đệ trình lên Cục Sở hữu trí tuệ Việt Nam (NOIP). Tất cả phí nộp đơn do Bộ phận SHTT thanh toán thay mặt cho HUT. Trong trường hợp có bất kỳ thay đổi nào hoặc bất kỳ hành động nào khác từ Cục SHTT, Bộ phận SHTT sẽ thực hiện những thay đổi này với sự phối hợp của (các) nhà sáng chế. Khi bảo vệ IP chẳng hạn như bằng sáng chế được bảo đảm, Bộ phận SHTT lưu giữ chứng chỉ gốc và chuyển tiếp một bản sao cho (các) nhà sáng chế. Tất cả các IPR được bảo mật vẫn là tài sản của HUT.
Bằng sáng chế, mô hình tiện ích và nhãn hiệu
Theo quy trình và hướng dẫn quản lý SHTT do Bộ phận SHTT thực hiện, Tiến sĩ Yem và nhóm nghiên cứu của ông đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho Cục SHTT cho các công nghệ và quy trình do họ phát minh ra liên quan đến vật liệu zeolit được phát triển từ cao lanh khai thác trong nước. Nói chung, vào năm 2006, HUT đã thực hiện các ứng dụng bằng sáng chế và mô hình tiện ích cho mỗi phương pháp trong số 14 phương pháp được phát minh của mình liên quan đến zeolit được phát triển trong nước.
Bốn trong số các ứng dụng là để tổng hợp các loại vật liệu zeolite khác nhau, trong khi một ứng dụng là để tổng hợp vật liệu nano-zeolite. Ba ứng dụng dành cho phương pháp sản xuất ba loại zeolit khác nhau từ cao lanh được khai thác ở Việt Nam, trong khi một ứng dụng để sản xuất một loại zeolit từ cao lanh nói chung. Hai ứng dụng dành cho phương pháp sản xuất hai loại zeolit khác nhau từ cao lanh không qua quá trình nung (phân hủy, ôxy hóa hoặc mất độ ẩm khi gia nhiệt), trong khi hai ứng dụng khác để sản xuất hai loại zeolit từ metakaolin khai thác trong nước (a dạng cao lanh mạnh hơn). Cuối cùng, một ứng dụng là sản xuất một loại zeolit từ metakaolin của Việt Nam với các đặc tính khoa học cụ thể là giữ cho nó ổn định nhiệt.
Để tiếp thị thành công vật liệu zeolite mới, Bộ phận SHTT đã đăng ký bốn nhãn hiệu cho bốn loại zeolite khác nhau: “Bk-z4a”, “Bk-z13x”, “Bk-zsr,” và “Bk-zcr”. Mỗi nhãn hiệu đều có tên zeolite bằng tiếng Việt và kèm theo logo của Trường.
Cấp phép
HUT có một loạt các mối quan hệ hiện có giữa các nhóm R&D và các doanh nghiệp thương mại, và một khi các công ty biết đến lợi ích của phát minh này, trường Đại học đã được tiếp cận với nhiều yêu cầu cấp phép. Hơn nữa, công nghệ này đã được trưng bày tại nhiều triển lãm và hội chợ trên khắp Việt Nam, và điều này càng thu hút được nhiều sự quan tâm hơn từ những người được cấp phép tiềm năng. Vào tháng 10 năm 2006, HUT đã ký một thỏa thuận cấp phép quan trọng với một công ty lớn của Việt Nam (vì lý do bảo mật, “Công ty”) để chuyển giao công nghệ và cung cấp bí quyết kỹ thuật cần thiết để tiếp tục thương mại hóa.
Ngoài thỏa thuận cấp phép lớn này, Trường cũng ký kết nhiều thỏa thuận cấp phép với các công ty sản xuất sản phẩm chăn nuôi gia súc ở tỉnh Bắc Giang. Tiến xa hơn nữa về công nghệ, HUT đã ký thỏa thuận cấp phép bổ sung để xử lý nước ở các tỉnh phía Bắc là Hà Tây và Vĩnh Phúc. Do mạng lưới mạnh mẽ và các hoạt động tiếp cận do Trường thực hiện để thúc đẩy công nghệ, HUT ngày càng nhận được nhiều yêu cầu cấp phép hơn từ các công ty, viện nghiên cứu và các sở khoa học và công nghệ cấp tỉnh.
Thương mại hóa
Thỏa thuận cấp phép với Công ty vào năm 2006 dẫn đến việc công ty xây dựng một nhà máy có thể sản xuất zeolit loại X và P cho các ứng dụng nuôi trồng thủy sản với công suất 3.000 tấn mỗi năm. Nhà máy được xây dựng tại Khu kinh tế Đình Vũ, tỉnh Hải Phòng, miền Bắc Việt Nam. Tất cả cao lanh và các nguyên liệu tự nhiên cần thiết khác để sử dụng trong nhà máy này đều được lấy từ các tỉnh lân cận như Hải Đông và Phú Thọ, và các nhà nghiên cứu của HUT cung cấp cho Công ty sự hỗ trợ và bí quyết công nghệ. Ngoài mốc quan trọng này, đến năm 2011, nhiều bên được cấp phép khác cũng đang tiến hành các bước để thương mại hóa công nghệ này.
Kết quả kinh doanh
Với việc thương mại hóa thành công nhà máy sản xuất tại Khu kinh tế Đình Vũ, đến năm 2011, sản lượng đạt giá trị bảy tỷ đồng Việt Nam (VND), tương đương khoảng 335.000 đô la Mỹ hàng năm. Do nhu cầu về zeolit trung bình tăng đều đặn hàng năm, nên việc thương mại hóa hơn nữa có khả năng mang lại nhiều doanh thu hơn và cũng làm giảm bớt sự phụ thuộc của đất nước vào hàng nhập khẩu đắt đỏ. Đầu năm 2011, mục tiêu ngắn hạn của HUT là giành được 10% thị phần vật liệu zeolite chất lượng cao, mang lại 650 tỷ đồng (tương đương 31 triệu USD). Mục tiêu này chỉ tính đến các ứng dụng nuôi trồng thủy sản. Nếu nó được mở rộng sang các ứng dụng khác như chăn nuôi gia súc – một hoạt động nông nghiệp quan trọng khác – thì giá trị sẽ tăng lên 2,4 nghìn tỷ đồng (tương đương 115 triệu đô la Mỹ) hàng năm.
Hơn cả việc tăng sản lượng sản phẩm nuôi trồng và kết quả tài chính, công nghệ của HUT đã làm sạch các trại giống, hồ và sông, và điều này đã làm tăng chất lượng nước cho người, động vật và môi trường. Do đó, ngành nông nghiệp nói chung đã được hưởng lợi, vì đất sạch đã làm tăng khối lượng và sức khỏe của gia súc và các động vật khác được chăn nuôi, và do đó chất lượng của các sản phẩm thu được.
Đơn giản, tinh khiết và sáng tạo
Phụ thuộc vào hàng nhập khẩu đắt đỏ có thể là gánh nặng cho một nền kinh tế mới nổi như Việt Nam. Với sự phát triển của công nghệ độc đáo của HUT để tạo ra zeolit từ cao lanh sẵn có và dồi dào cùng với việc sử dụng chiến lược hệ thống sở hữu trí tuệ và cấp phép, ngành nông nghiệp nước này đang trên đà tăng mạnh khả năng tự cung tự cấp. Không bị gánh nặng bởi hàng nhập khẩu đắt đỏ, zeolite sản xuất trong nước có thể đảm bảo vật nuôi khỏe mạnh hơn, có thể giúp nhiều công ty và nông dân mở rộng quy mô và do đó góp phần phát triển hơn nữa nền kinh tế. Do đó, tăng cường tiếp cận với zeolit có thể làm sạch các trại giống và đồng ruộng, làm sạch nước và tăng phúc lợi kinh tế và sức khỏe của người dân trên khắp đất nước.
Nguồn: WIPO