Cây xanh và dòng điện sinh học: Khám phá tiềm năng bền vững ẩn giấu trong tự nhiên

Vẹm Sông

23-04-2025

A century-old myrtle tree stands tall and proud in an alley that appears almost deserted. At the end of the alley nestles a small lovely house, besides which tucks a mulberry tree.

Trích “Dream”; Wild Wise Weird (2024)

Cây cối, thường được xem như những người lính canh thầm lặng của thiên nhiên, thực ra chứa đựng một thế giới động lực phức tạp — đó là những hiện tượng điện học tinh vi ít người biết đến. Bài tổng quan gần đây của Ghildiyal và cộng sự [1] đã làm sáng tỏ những quá trình ẩn giấu này, tiết lộ cách mà các đặc tính vật lý của gỗ tạo ra hoạt động điện sinh học (bioelectric activity) với những tác động sâu rộng về mặt khoa học và công nghiệp.

Khác với điện sinh học ở cấp độ tế bào vốn dựa trên thế điện màng (membrane potentials), hành vi điện học được nghiên cứu trong bài này phát sinh từ các đặc tính lý-hóa nội tại của gỗ. Ở gỗ tươi (greenwood), độ ẩm cho phép sự dẫn điện ion (ionic conduction), trong khi ở gỗ khô, gỗ lại thể hiện các tính chất điện môi (dielectric properties) và áp điện (piezoelectric properties) — những đặc tính đã được ứng dụng trong các lĩnh vực như cách điện và khai thác năng lượng [1].

Một trọng tâm chính của nghiên cứu là hiện tượng điện dòng chảy (streaming potential), nơi mà dòng dịch mạch (sap) di chuyển qua các ống dẫn gỗ (xylem channels) tạo ra các dòng điện có thể đo được. Mặc dù trước đây còn nhiều tranh cãi, nghiên cứu gần đây đã khẳng định lại vai trò của hiện tượng này trong việc phản ánh sự vận chuyển nước theo chu kỳ ngày đêm, chịu ảnh hưởng bởi biến động áp suất bên trong và thành phần hóa học của dịch mạch [2]. Ngược lại, hiện tượng điện thẩm thấu (electro-osmosis), trong đó điện trường điều khiển chuyển động của độ ẩm, mở ra cơ hội đổi mới cho các công nghệ sấy gỗ và bảo quản gỗ.

Bài tổng quan cũng nhấn mạnh tiềm năng của hiệu ứng đốt nóng Joule (Joule heating), tận dụng tính dẫn điện của gỗ để tăng tốc các quy trình công nghiệp như sản xuất ván lạng (veneer production) và xử lý kiểm dịch thực vật (phytosanitary treatments) — mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng và thời gian đáng kể [3]. Ngoài ra, những tiến bộ trong công nghệ lập bản đồ điện môi (dielectric mapping) cho phép phát hiện không xâm lấn các khuyết tật bên trong gỗ, hỗ trợ quản lý lâm nghiệp bền vững và nâng cao chất lượng gỗ [4].

Một điểm đặc biệt thú vị là khả năng áp điện (piezoelectricity) của gỗ — chuyển đổi áp lực cơ học thành năng lượng điện. Mặc dù hiệu ứng này ở gỗ tự nhiên còn khá thấp, nhưng các quá trình như phân hủy do nấm (fungal degradation) có thể làm tăng đáng kể tiềm năng này, mở ra những triển vọng mới cho các công nghệ năng lượng tái tạo, bao gồm cảm biến tự cấp nguồn và hệ thống sàn thu hoạch năng lượng [5].

Vượt ra ngoài ứng dụng công nghiệp, cây cối còn tương tác với điện khí quyển (atmospheric electricity), ảnh hưởng tinh tế đến hệ sinh thái xung quanh và điều hướng hoạt động của vi sinh vật thông qua các trường điện tự nhiên. Những tương tác này cho thấy mối liên kết sâu sắc giữa các lực vật lý và các hệ thống sống [6].

Nghiên cứu đã hé lộ rằng cây xanh không chỉ là nền tảng của hệ sinh thái mà còn là những kho tiềm năng công nghệ bền vững. Việc khai thác các hiện tượng điện sinh học tự nhiên này mở ra những hướng đi sáng tạo đầy hứa hẹn. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu để cân bằng giữa lợi ích kinh tế và sự toàn vẹn sinh thái — đảm bảo rằng việc khai thác những dòng điện ẩn của tự nhiên luôn tôn trọng mối liên kết mong manh giữa tiến bộ của con người và thế giới sống [7,8].

Tài liệu tham khảo

[1] Ghildiyal V, et al. (2025). Electrical phenomena in trees and wood: A review. Current Forestry Reports, 11, 7.

[2] Guha A, et al. (2024). How does the diurnal biological clock influence electrokinetics in a living plant? Physics of Fluids, 36, 052015. https://doi.org/10.1063/5.0195088.

[3] Ghildiyal V, et al. (2022). The effect of Joule heating on collapse and water absorption of wood. Wood Material Science & Engineering, 18, 1228-1236. https://doi.org/10.1080/17480272.2022.2121660 

[4] Sahin H, Ay N. (2004). Dielectric properties of hardwood species at microwave frequencies. Journal of Wood Science, 50, 375-380. https://doi.org/10.1007/s10086-003-0575-1 

[5] Sun J, et al. (2021). Enhanced mechanical energy conversion with selectively decayed wood. Science Advances, 7, eabd9138. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abd9138 

[6] Vuong QH, Nguyen MH. (2024). Better Economics for the Earth: A Lesson from Quantum and Information Theories. https://www.amazon.com/dp/B0D98L5K44

[7] Vuong QH, Nguyen MH. (2024). Exploring the role of rejection in scholarly knowledge production: Insights from granular interaction thinking and information theory. Learned Publishing, 37, e1636. https://doi.org/10.1002/leap.1636 

[8] Nguyen MH. (2024). How can satirical fables offer us a vision for sustainability? Visions for Sustainability. https://ojs.unito.it/index.php/visions/article/view/11267