Hoàn thiện công nghệ nền tảng đèn LED trong nông nghiệp

Từ lâu ở Việt Nam, các chủ trang trại trồng thanh long, hoa hồng, hoa cúc… đã áp dụng giải pháp chiếu sáng nhân tạo để kích thích cây trồng sinh trưởng, ra hoa và đậu quả trái vụ. Họ thường sử dụng các bóng đèn sợi đốt hoặc compact ánh sáng trắng thông thường nên hiệu quả mùa vụ không cao hoặc lại tốn điện. “Thực vật chủ yếu hấp thụ ánh sáng xanh (blue) và đỏ, dùng các loại đèn thông thường với đầy đủ phổ màu sẽ không đạt năng suất như mong muốn cao và tốn nhiều điện năng hơn so với đèn đơn sắc”, anh Dương Đức Duy, Trưởng ban quản lý dự án của Rạng Đông giải thích. Trước thực tế này, từ năm 2015, Rạng Đông đã phối hợp với Viện Tiên tiến KH&CN (AIST) và Viện Sinh học nông nghiệp phát triển đèn compact ánh sáng xanh đỏ, điều chỉnh thời gian ra hoa cho thanh long và hoa cúc. Dẫu vậy thì đèn compact vẫn chưa phải là giải pháp tối ưu, đặc biệt vẫn còn tiêu tốn nhiều điện năng và khó điều chỉnh tỉ lệ ánh sáng xanh, đỏ hơn đèn LED. Do đó, cả nhóm đã quyết định cần giải quyết hạn chế này bằng cách chuyển sang phát triển sản phẩm đèn LED để thay thế bóng compact.

Cơ hội phát triển ý tưởng này đã tới vào năm 2016 khi Dự án FIRST thông báo tài trợ cho các nhóm hợp tác với mục đích góp phần đem lại những sản phẩm công nghệ hữu ích cho thị trường Việt Nam, Rạng Đông đã chủ động xây dựng đề xuất chế tạo sản phẩm đèn LED chiếu sáng có mức giá phù hợp với người dân mà vẫn đảm bảo hiệu quả lên Ban quản lý Dự án FIRST.

Việc làm ra được sản phẩm như mong muốn này ẩn chứa nhiều thách thức với các nhà nghiên cứu. Bước khó nhất để chế tạo đèn LED trong nông nghiệp là công đoạn tạo ra con chip với ánh sáng xanh và đỏ do nhóm nghiên cứu ở phòng thí nghiệm HUST – RALACO LED (Viện AIST) đảm nhiệm. TS. Đào Xuân Việt, trưởng nhóm nghiên cứu và các thành viên đã lựa chọn công nghệ sử dụng phốt pho chuyển ánh sáng xanh thành đỏ, “loại công nghệ mới xuất hiện trên thế giới trong vòng 2 năm trở lại đây và lần đầu tiên được thử nghiệm ở Việt Nam”, anh cho biết. Với công nghệ này, chỉ cần phun phủ hỗn hợp phốt pho đỏ và silicone được trộn bằng thiết bị chân không lên 1 con chip LED có sẵn ánh sáng xanh là sẽ tạo thành được gói LED phát ra ánh sáng xanh và đỏ, giúp tiết kiệm nguyên liệu sản xuất hơn.

Thoạt nghe thì quy trình sẵn có này tưởng chừng đơn giản nhưng thực tế lại rất phức tạp. Những công thức tối ưu cho tỉ lệ bột, tham số phun phủ… đều là những bí quyết công nghệ của riêng các nhà sản xuất nước ngoài. Do đó, “cả nhóm nghiên cứu phải đọc rất nhiều công bố để tìm hiểu bản chất vấn đề. Khó nhất là mỗi tài liệu mà chúng tôi tìm thấy chỉ có một phần nhỏ thông tin về các tham số này”, TS. Đào Xuân Việt cho biết.

Cái khó mà các nhà nghiên cứu vấp phải còn muôn hình vạn trạng, ví dụ “có những vấn đề phát sinh trong quá trình làm nhưng không tài liệu nào đề cập đến, chẳng hạn khi trộn bột phốt pho với silicone lại có hiện tượng vón cục, cả nhóm loay hoay tìm đủ mọi cách từ dùng sóng siêu âm, pha thêm dung môi, thay đổi các thông số của máy trộn,… tạo ra nhiều mẫu bột trộn theo các công thức khác nhau”. Để giải quyết khó khăn này, cả nhóm đã nghĩ ra cách: làm con chip hoàn chỉnh rồi đo tham số quang của mỗi trường hợp và chọn ra công thức trộn phù hợp nhất.

Sự xuất hiện của những sáng tạo nho nhỏ như thế trong quá trình nghiên cứu không chỉ giúp họ giải quyết nhiệm vụ trước mắt là có được sản phẩm đèn LED theo đúng tiến độ của đề tài mà còn giải quyết vấn đề lớn hơn: tối ưu được một công nghệ nền tảng để sau đó có thể linh hoạt điều chỉnh ứng dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau. Không dễ để có được một nền tảng như vậy nhưng may mắn là các thành viên trong nhóm đều thuộc những chuyên ngành rất đa dạng, “ngoài anh Việt có chuyên ngành vật lý mô phỏng, một số người khác là hóa vô cơ, cơ điện tử…, đó cũng là lợi thế, hỗ trợ cho nhau làm việc”, anh Đức Anh nói. Đây cũng là lý do để họ giải quyết được hiện tượng bọt khí xảy ra trong hỗn hợp phốt pho, silicone, vốn làm giảm hiệu suất chiếu sáng của đèn LED.

Là đơn vị chủ trì dự án, Rạng Đông phải đảm trách cả hai nhiệm vụ là tham gia sản xuất đèn LED và điều phối hoạt động, điều đó có nghĩa phải đảm bảo những yêu cầu nghiêm ngặt của quy trình công nghệ, vừa phải “chạy đi chạy lại” kết nối công việc giữa các thành viên, đồng thời phải hoàn thành các thủ tục giấy tờ với Ban quản lý Dự án FIRST.

Thuận lợi lớn nhất mà Rạng Đông có được là đã từng hợp tác với các nhà khoa học và bản thân Rạng Đông cũng có Trung tâm R&D để nghiên cứu, tạo điều kiện đẩy nhanh tiến độ phần nghiên cứu trong phòng thí nghiệm ở Viện AIST, đưa việc nghiên cứu, sản xuất thử nghiệm và ứng dụng thành một mạch công việc thông suốt. Các công ty thành viên còn lại trong nhóm hợp tác đều đảm trách một phần công việc quan trọng, ví dụ như công ty điện tử Thành Long chuyên sản xuất bảng mạch, công ty Hòa An sản xuất các tấm phủ ngoài đèn,… Họ đều sẵn sàng phối hợp với Rạng Đông trong công việc, ngay cả khi có những thay đổi bất ngờ so với kế hoạch vạch ra ban đầu. Chẳng hạn khi tiến độ dự án bị chậm do vấn đề kinh phí, Rạng Đông đã đề xuất các bên tự thực hiện một số gói công việc thay vì đợi nguồn tài trợ. “Rất may là các đơn vị đều đồng ý và cố gắng tận dụng nguồn lực để chủ động thực hiện một số khâu trung gian như đo lường một số chỉ tiêu”, anh Duy cho biết. “Nếu không có Dự án FIRST thì khó có thể quy tụ được ngần ấy đơn vị để giải quyết trọn vẹn vấn đề, và không thể có được một công nghệ đủ tốt để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực”.

Khi nhắc đến điều này, anh Duy còn muốn đề cập đến vai trò của Viện Sinh học Nông nghiệp và ĐH Cần Thơ, những đơn vị nghiên cứu uy tín và có quan hệ gắn bó với nhiều địa phương trải dài từ Bắc vào Nam nên có thể thuyết phục người dân chấp nhận thử nghiệm một loại đèn LED mới hoàn toàn. Nhận được những phản hồi từ quá trình thử nghiệm, Nhóm hợp tác đã rút ra được rất nhiều bài học quý để điều chỉnh một số yếu tố kỹ thuật, nhờ đó bắt tay vào sản xuất với số lượng lớn 8 chủng loại đèn cho 6 lĩnh vực, bước đầu bán được hơn 117 nghìn sản phẩm đèn LED với giá trị khoảng 18 tỷ đồng.

Sự đón nhận của người tiêu dùng là động lực lớn để nhóm hợp tác tiếp tục mở rộng các hướng nghiên cứu trong tương lai. “Dự án đã kết thúc nhưng các thành viên vẫn tiếp tục hợp tác để hoàn thiện sản phẩm và chuyển hướng sang những đối tượng khác như dưa lưới, đông trùng hạ thảo,...”, anh Duy cho biết.