Ý tưởng trồng trọt trên sao Hỏa từ lâu vẫn được xem như chuyện khoa học viễn tưởng bởi bề mặt hành tinh này gần như không có đất màu mỡ. Dù chứa nhiều khoáng chất, lớp bụi đặc trưng của sao Hỏa lại thiếu các chất hữu cơ thiết yếu cho sự phát triển của cây trồng.

Tuy nhiên, các nhà khoa học tại Đức đã tìm ra hướng đi mới. Nhóm nghiên cứu đã xây dựng một hệ thống khép kín, trong đó bụi mô phỏng sao Hỏa và khí CO₂ được chuyển hóa thành phân bón, nhiên liệu và sinh khối thực vật thông qua hoạt động của vi sinh vật. Thành tựu này mở ra triển vọng giúp các sứ mệnh trên sao Hỏa giảm phụ thuộc vào nguồn tiếp tế từ Trái đất.

“Nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào việc sản xuất phân bón tại chỗ cho hoạt động canh tác cây trồng bền vững trên sao Hỏa”, nhóm nghiên cứu viết.

Trọng tâm của công nghệ là vi khuẩn lam (cyanobacteria), thường được gọi là tảo lam. Đây là những sinh vật cực nhỏ nhưng có khả năng sinh tồn cao trong môi trường khắc nghiệt. Loài vi sinh này có thể sử dụng nguồn CO₂ vốn rất dồi dào trong khí quyển sao Hỏa để phát triển, đồng thời tạo ra oxy và khai thác dưỡng chất từ lớp bụi giàu khoáng.

Để kiểm chứng, các nhà khoa học đã sử dụng vật liệu mô phỏng đất sao Hỏa mang tên MGS-1, kết hợp với CO₂ để nuôi cấy vi khuẩn lam. Kết quả cho thấy chúng có thể phát triển và tạo sinh khối hoàn toàn dựa trên các nguồn tài nguyên sẵn có trên hành tinh đỏ.

Sau khi nuôi cấy đủ lượng, sinh khối vi khuẩn được xử lý bằng quá trình lên men kỵ khí nhằm giải phóng các chất dinh dưỡng mà thực vật có thể hấp thụ. Quá trình này được tối ưu ở nhiệt độ khoảng 35°C, đồng thời điều chỉnh để tạo ra lượng amoni phù hợp, vốn là một thành phần quan trọng đối với sự phát triển của cây.

Loại phân bón thu được tiếp tục được thử nghiệm trên loài bèo tấm (Lemna sp.), loài thực vật thủy sinh giàu protein và sinh trưởng nhanh. Kết quả vượt ngoài kỳ vọng: mỗi gam vi khuẩn lam khô có thể hỗ trợ tạo ra 27 gam sinh khối thực vật tươi có thể ăn được.

Không chỉ dừng lại ở đó, quá trình lên men còn tạo ra khí methane - một nguồn năng lượng tiềm năng có thể được thu giữ và sử dụng làm nhiên liệu, góp phần gia tăng tính hiệu quả cho toàn bộ hệ thống.

Theo nhóm nghiên cứu, mô hình này có thể trở thành nền tảng cho các hệ sinh thái khép kín trên sao Hỏa, nơi con người có thể tự sản xuất thực phẩm, oxy và năng lượng từ chính tài nguyên tại chỗ. Đây là yếu tố then chốt để xây dựng các khu định cư bền vững ngoài hành tinh.

Dù vậy, các thí nghiệm hiện mới được tiến hành trong điều kiện kiểm soát trên Trái đất. Những yếu tố khắc nghiệt như bức xạ cao, nhiệt độ cực thấp và trọng lực yếu trên sao Hỏa vẫn là thách thức lớn cần được tiếp tục nghiên cứu.

Trong thời gian tới, các nhà khoa học sẽ tìm cách tích hợp hệ thống này với những công nghệ hỗ trợ sự sống khác. Nếu thành công, không chỉ các sứ mệnh không gian được hưởng lợi, mà công nghệ này còn có thể mở ra giải pháp canh tác bền vững tại những vùng đất nghèo dinh dưỡng trên Trái đất.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Chemical Engineering Journal.