Dùng nước mưa tưới cho ruộng… Công nghệ không dùng động lực của RDA giảm lượng thiếu nước tối đa 57%

Tại điểm trình diễn thực chứng ở Hapcheon, tỉnh Gyeongnam, lượng thiếu nước trung bình hằng ngày từng lên tới 98.3㎥ đã giảm xuống còn 41.3㎥. Thời gian hạn hán kéo dài không gián đoạn, tức số ngày thiếu nước liên tiếp tối đa, cũng rút ngắn từ 18~21 ngày xuống còn 13~16 ngày. Đây là con số ghi nhận tại điểm thực chứng Hapcheon, nơi không có điện, không có giếng khoan nước ngầm, cũng không có dòng nước nào để dẫn về sử dụng. Không hề có nguồn động lực để đưa nước tới. Tất cả chỉ là nước mưa, chênh lệch độ cao địa hình, và áp lực do chính dòng nước tự tạo ra.

Đó là câu chuyện về ‘công nghệ cung cấp nước nông nghiệp tích hợp không dùng động lực’ do nghiên cứu viên Yoo Seok-cheol thuộc Khoa Máy nông nghiệp canh tác đồng ruộng, Viện Khoa học Nông nghiệp Quốc gia thuộc Cục Phát triển Nông thôn, dẫn dắt phát triển. Với công nghệ này, nghiên cứu viên Yoo đã nhận giải Bộ trưởng tại ‘Giải thưởng Nghiên cứu và Phát triển An toàn Thảm họa Hàn Quốc’ do Bộ Hành chính và An toàn chủ trì vào ngày 2 tháng 9. Đây là giải thưởng mà Bộ Hành chính và An toàn trao hằng năm từ năm 2019 cho các thành quả nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực an toàn thảm họa của các trường đại học·viện nghiên cứu trên toàn quốc, và năm nay 8 người đã được lựa chọn qua đề cử của cơ quan và đánh giá thuyết trình. 

“Giải thưởng tôi nhận với tư cách đại diện là nhờ nhóm nghiên cứu chung”

Ngay từ phần cảm tưởng nhận giải, nghiên cứu viên Yoo đã dành công lao cho nhóm nghiên cứu. Ông nói “đây không phải việc tôi làm một mình mà là nhờ nhóm nghiên cứu chung” và “Đại học Quốc gia Gyeongsang, Đại học Soonchunhyang, và Viện Khoa học Nông nghiệp Quốc gia đã cùng thực hiện đề tài, nhờ các nhà nghiên cứu nỗ lực hết mình nên tôi mới được nhận giải với tư cách đại diện”. Ông nói thêm “Dù tôi nộp hồ sơ theo đề cử của Viện Khoa học Nông nghiệp Quốc gia, tôi vẫn băn khoăn liệu có thể nhận giải hay không” và “vì không kỳ vọng nên niềm vui sau khi kết quả thẩm định được công bố càng lớn hơn”.

Nghiên cứu dẫn tới giải thưởng là một đề tài chung được thực hiện từ năm 2023 đến năm 2025, nhưng thời gian ông gắn bó với nghiên cứu nước mưa còn dài hơn nhiều. Nghiên cứu viên Yoo đã liên tục theo đuổi các nghiên cứu sử dụng nước mưa từ năm 2013. Ông giải thích bối cảnh rằng “trước đây chúng tôi đã phổ biến các bồn chứa để các hộ nông dân vùng đồng bằng sử dụng, nhưng ở vùng trung du miền núi hoặc vùng cao có hạn chế là khó sử dụng giếng khoan và nước ngầm” và “chúng tôi bắt đầu nghiên cứu lần này nhằm phát triển công nghệ có thể dùng mà không cần điện”.

Khi hạn hán đột ngột diễn ra nhanh trong thời gian ngắn ngày càng tăng do biến đổi khí hậu, nguy cơ thiếu nước tại các vùng trồng cây màu đang trở thành thường trực. Đặc biệt, ở các vùng canh tác trung du miền núi·vùng cao, việc khoan giếng khó khăn và cấp điện cũng không thuận lợi, nên khó áp dụng các phương thức bảo đảm nguồn nước thay thế hiện có như tái sử dụng nước thải hoặc giếng khoan nước ngầm. Có thể nói đây là vùng bị bỏ trống trong việc bảo đảm nguồn nước nông nghiệp thay thế.

Thu gom nước-tiền xử lý-lưu trữ-vận chuyển, 4 bước tạo nước nông nghiệp không cần điện

Công nghệ được phát triển là một hệ thống tích hợp trong đó ‘thu gom nước-tiền xử lý-lưu trữ-vận chuyển’ gồm 4 bước tự động tuần hoàn mà không cần cấp điện. Điểm cốt lõi là không để nước chảy tràn do mưa, vốn không kịp thấm xuống đất khi trời mưa mà chảy theo bề mặt, trôi đi vô ích, mà giữ lại làm nước nông nghiệp.

Khi được hỏi về nguyên lý vận hành, nghiên cứu viên Yoo đã giải thích theo dòng chảy của nước. Suối nhỏ tạm thời là những dòng nước nhỏ chảy theo sườn dốc vùng núi khi có mưa. Ông nói “ở khu vực trung du miền núi, khi mưa xuống, chúng tôi tận dụng các dòng suối nhỏ có nước chảy, kết nối đường ống với thiết bị thu gom nước, và nước sau khi đi qua sẽ chảy vào bồn nước chính dung tích 5 tấn”, đồng thời cho biết “các tạp chất lớn được lọc ở thiết bị thu gom nước, còn những tạp chất nhỏ được lọc bằng bộ lọc hydrocyclone do chúng tôi tự phát triển”. Ông nói thêm “khi bồn nước chính đầy, lượng nước tràn sẽ đi qua bộ lọc thêm một lần nữa rồi chuyển sang bồn nước tiếp theo, được thiết kế để có thể đến cả cấp hộ nông dân và làng”.

Theo nhóm nghiên cứu, hiệu suất tách của hydrocyclone, thiết bị sử dụng lực ly tâm để tách đất và tạp chất, đạt tối đa 96%, và khả năng thu gom nước tối đa của thiết bị thu gom nước là 8.4㎥ mỗi giờ.

Cách đưa nước đã lưu trữ đến ruộng phụ thuộc vào địa hình. Nghiên cứu viên Yoo giải thích “chúng tôi phân biệt khu vực cao và khu vực thấp để vận chuyển nước, ở vùng thấp thì dùng chênh lệch độ cao để nước tự chảy nhờ trọng lực, còn vùng cao thì dùng bơm va đập thủy lực để đưa nước lên”. Bơm va đập thủy lực là thiết bị đẩy nước lên cao bằng áp lực sinh ra khi dòng nước đang chảy thì dừng lại, và cột áp tối đa không dùng động lực của loại bơm do nhóm nghiên cứu phát triển là 12m. Con số này tương đương chiều cao của một tòa nhà khoảng 4 tầng.

Ở điểm này, việc vượt qua giới hạn của sản phẩm thương mại được xem là một thành quả kỹ thuật. Nghiên cứu viên Yoo cho biết “khi sử dụng bơm va đập thủy lực thương mại, có vấn đề là nước bị tiêu hao nhiều, rò rỉ và thất thoát lớn” và “chúng tôi đã tự phát triển bộ phận cốt lõi là van một chiều xả thải để khắc phục phần đó và đã hoàn tất nộp đơn xin cấp bằng sáng chế”.

Tổng cộng có 4 bằng sáng chế mà nhóm nghiên cứu đã nộp đơn liên quan đến công nghệ lần này. ‘Hệ thống giám sát và điều khiển phục vụ tưới tiêu cây trồng trên ruộng’(10-2025-0182493), ‘Thiết bị thu gom và xử lý nước chảy tràn do mưa, và phương pháp xử lý nước chảy tràn do mưa sử dụng thiết bị này’(10-2025-0046790), ‘Hệ thống tưới ruộng không dùng động lực’(10-2025-0117299), ‘Hệ thống cung cấp nước nông nghiệp không dùng động lực sử dụng nước chảy tràn do mưa’(10-2025-0166502). 

Jangsu và Hapcheon, kiểm chứng riêng ở hai nơi có điều kiện khác nhau

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thực chứng tại hiện trường ở 2 địa điểm là huyện Jangsu, tỉnh tự trị đặc biệt Jeonbuk và huyện Hapcheon, tỉnh Gyeongnam, nơi có điều kiện khí hậu·địa hình khác nhau, từ tháng 4 năm 2023 đến tháng 11 năm 2025. Có lý do để chọn hai nơi này.

Nghiên cứu viên Yoo giải thích “chúng tôi quyết định thử ở những nơi có điều kiện địa hình và khí hậu khác nhau” và “Jangsu là khu vực trung du miền núi có dòng chảy tràn thường xuyên ngay cả khi không mưa, còn Hapcheon là khu vực chỉ có thể gom nước mưa khi trời mưa”. Ông nói thêm “chúng tôi thực chứng bằng cách chia thành nơi luôn có dòng chảy và nơi nước mưa được gom lại, và cả hai nơi đều là khu vực thiếu nước”.

Kết quả thực chứng tại hai nơi cho thấy lượng thiếu nước trung bình hằng ngày giảm tối đa 57% . Trong trường hợp huyện Hapcheon, lượng thiếu nước hằng ngày từ 98.3㎥ đã giảm xuống còn 41.3㎥. Số ngày thiếu nước liên tiếp tối đa rút ngắn từ 18~21 ngày xuống 13~16 ngày, và hệ thống tích hợp tự sản xuất trung bình 27㎥ mỗi ngày, cung cấp ổn định nước tưới. Trong kiểm chứng khí hậu tương lai áp dụng SSP2-4.5 và SSP5-8.5 trong số 18 mô hình khí hậu toàn cầu(GCM) và các kịch bản đường phát triển kinh tế - xã hội chung(SSP) , hiệu quả giảm lượng thiếu nước cũng tiếp tục được xác nhận.

Chất lượng nước lưu trữ cũng đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn nước nông nghiệp. Kết quả phân tích nước đã xử lý tại điểm thực chứng ở Daegok-ri, Janggye-myeon, huyện Jangsu cho thấy pH 7.87, EC 0.001dS/m, TOC 5.832㎎/L, SS 26.8㎎/L, T-N 0.9㎎/L, T-P 0.0㎎/L, tất cả 6 hạng mục đều nằm trong tiêu chuẩn. 

Theo nghiên cứu viên Yoo, phản ứng của các hộ nông dân cũng không tệ. Ông cho biết “khi trình diễn ở Hapcheon năm ngoái, phản ứng của nông dân khá tốt” và “công nghệ này được đánh giá là có thể bảo đảm nguồn nước ngay cả ở vùng trung du miền núi và vùng cao”. 

Hệ thống giám sát phải chiến đấu với độ ẩm trong bồn nước

Quá trình phát triển không phải lúc nào cũng suôn sẻ. Điểm gây khó khăn nhất, bất ngờ thay, không phải thiết bị thu gom và đưa nước đi, mà là hệ thống giám sát giúp nông dân kiểm tra có thể sử dụng bao nhiêu nước.

Nghiên cứu viên Yoo nói “chúng tôi đã phát triển một ứng dụng để nông dân có thể kiểm tra trong bồn còn bao nhiêu nước và có thể dùng bao nhiêu, nhưng trong quá trình thực chứng, cảm biến mực nước siêu âm được sử dụng đã giảm độ chính xác khi hơi ẩm tích tụ trong bồn nước” và “phần đó đã trở thành vấn đề”.

Giải pháp là thay đổi chính phương thức đo mực nước. Thay vì phương thức không tiếp xúc, nhóm chọn thiết bị đọc mực nước bằng áp suất nước trong trạng thái ngập trong nước. Nghiên cứu viên Yoo giải thích “khi chuyển từ cảm biến mực nước siêu âm sang cảm biến mực nước áp suất, vấn đề đo mực nước đã được giải quyết” và “nhờ đó, hệ thống giám sát nước chảy tràn do mưa dựa trên ứng dụng đã vận hành trơn tru”.

Bảo đảm độ bền với mục tiêu phổ biến ra hiện trường cũng là một nhiệm vụ. Nghiên cứu viên Yoo cho biết “khi áp dụng và thực chứng tại hiện trường, độ bền của thiết bị thu gom nước và hydrocyclone là yếu tố then chốt” và “do khi phổ biến có thể phát sinh vấn đề hư hỏng hoặc khó duy trì, chúng tôi tập trung nghiên cứu nhằm giảm chi phí bảo trì so với thiết bị thông thường để nông dân và hiện trường dễ dàng duy trì·sửa chữa”. 

Chi phí đầu tư ban đầu 8,7 triệu won…rẻ hơn giếng khoan

Về tính kinh tế, yếu tố then chốt để mở rộng phổ biến, hệ thống này cũng được đánh giá là có lợi hơn phương thức giếng khoan nước ngầm. Chi phí đầu tư ban đầu của hệ thống tích hợp không dùng động lực, bao gồm 5 bồn nước 5 tấn, là 870 triệu won, thấp hơn 37.4% so với 1390 triệu won của hệ thống giếng khoan nước ngầm dùng năng lượng mặt trời. Chi phí vận hành·bảo trì hằng năm cũng là 75 triệu won, thấp hơn 25% so với phương thức giếng khoan(100 triệu won). Chi phí vận hành gồm 50 triệu won chi phí vệ sinh bồn nước, 15 triệu won chi phí thay thế vật tư tiêu hao cho đường ống·van·khớp nối và bơm va đập thủy lực, và 10 triệu won chi phí thuê bên ngoài phân tích chất lượng nước.

Nghiên cứu viên Yoo nói “khi đánh giá tính kinh tế, chi phí lắp đặt cơ sở của chúng tôi ở mức 800 triệu won, trong khi nếu lắp đặt giếng khoan nước ngầm thì tốn khoảng 1400 triệu won” và “chúng tôi cho rằng công nghệ của mình có tính kinh tế hơn giếng khoan nước ngầm, vì vậy đang kỳ vọng mở rộng phổ biến”. 

2027 mục tiêu đưa vào dự án…cũng dùng cho chăn nuôi·cảnh quan·nước chữa cháy

Công nghệ này đã chuyển sang giai đoạn chính sách. Nhóm nghiên cứu đã gửi đề xuất chính sách tới Bộ Nông nghiệp, Lương thực và Nông thôn vào tháng 12 năm 2025, đề nghị đưa công nghệ này vào đối tượng hỗ trợ của ‘Dự án phát triển nguồn nước ứng phó hạn hán’ . Nghiên cứu viên Yoo cho biết “hiện việc này đang được thúc đẩy và chúng tôi đang cố gắng thương mại hóa với mục tiêu năm 2027” và “các chính quyền địa phương cũng liên hệ vì tò mò về công nghệ như thế này”. Ông nói thêm “khi trao đổi lại với Bộ Nông nghiệp, Lương thực và Nông thôn, họ cho biết nếu có nhu cầu từ các địa phương thì có thể phản ánh vào dự án” và “chúng tôi cho rằng nếu yêu cầu từ các địa phương tiếp tục xuất hiện thì có thể được đưa vào, nên đang liên tục thúc đẩy”.

Kế hoạch cũng là mở rộng lĩnh vực ứng dụng. Nghiên cứu viên Yoo nói “chúng tôi cho rằng công nghệ này có thể được sử dụng đầy đủ không chỉ trong nông nghiệp mà cả trong chăn nuôi hoặc cảnh quan, và có kế hoạch mở rộng sang các lĩnh vực ngoài nông nghiệp”. Ông cũng đề cập khả năng sử dụng làm nguồn cấp nước tạm thời trong ứng phó thảm họa, đặc biệt là nước chữa cháy. Ông nói “nước đã lưu trữ có thể dùng trong tình huống khẩn cấp như hỏa hoạn chỉ bằng cách nối ống, nên tôi cho rằng phần đó cũng hoàn toàn khả thi”. Về áp dụng ở nước ngoài, ông cũng nói “tôi cho rằng hoàn toàn có thể tích hợp áp dụng”.

Do cấu trúc cho phép tăng dần số bồn nước theo từng giai đoạn, quy mô cung cấp cũng có thể được mở rộng. Nghiên cứu viên Yoo giải thích “vì đây là phương thức lắp đặt bồn nước theo từng giai đoạn, lượng nước có thể đủ cung cấp cho hầu hết các làng nông thôn”.

Trọng tâm của nghiên cứu tiếp theo sẽ chuyển từ phát triển công nghệ sang phổ biến. Nghiên cứu viên Yoo nói “chúng tôi đã nghiên cứu nước mưa từ lâu và tôi nghĩ đã bảo đảm được mức độ nâng cao công nghệ”, đồng thời nhấn mạnh “điều quan trọng là với công nghệ này, chúng tôi có thể mở rộng và phổ biến đến mức nào”. Ông cũng nhắc tới việc Cục trưởng Cục Phát triển Nông thôn Lee Seung-don đã nhấn mạnh phổ biến công nghệ. Nghiên cứu viên Yoo cho biết “vì Cục trưởng cũng nhấn mạnh việc phổ biến, nghiên cứu tiếp theo sẽ thúc đẩy nghiên cứu thực chứng theo hướng mở rộng phổ biến và xúc tiến công nhận là máy nông nghiệp công nghệ mới”. Việc mở rộng sang phương thức lai kết hợp với nước ngầm quy mô nhỏ để ứng phó hạn hán cực đoan cũng là đối tượng xem xét. 

Từ chống chịu thảm họa trong nhà kính đến nước mưa, rồi an toàn máy nông nghiệp

Nghiên cứu viên Yoo gia nhập Khoa Kỹ thuật Phòng ngừa Thảm họa, Bộ phận Kỹ thuật Nông nghiệp của Viện Khoa học Nông nghiệp Quốc gia thông qua tuyển dụng công khai vào tháng 10 năm 2013. Là người quê ở Jeonju, ông theo học chuyên ngành máy nông nghiệp và hoàn thành chương trình cử nhân, thạc sĩ tại Đại học Quốc gia Jeonbuk. Ông giải thích bối cảnh gia nhập rằng “tôi nghe tin Cục Phát triển Nông thôn sẽ chuyển về Jeonju, và cũng muốn phát huy chuyên ngành của mình”.

Hành trình nghiên cứu của ông xuyên suốt các vấn đề thảm họa và an toàn tại hiện trường nông nghiệp. Từ năm 2016, ông thực hiện nghiên cứu về độ an toàn của các cơ sở nhà kính chống chịu thảm họa trong lĩnh vực làm vườn và cây trồng đặc sản tại Khoa Kỹ thuật Phòng ngừa Thảm họa, và khi phòng nghiên cứu của ông được sáp nhập vào Khoa Máy nông nghiệp canh tác đồng ruộng năm ngoái, trọng tâm đã chuyển sang các nghiên cứu tập trung vào an toàn nền tảng sản xuất. Hiện ông cũng đồng thời nghiên cứu trong lĩnh vực an toàn máy nông nghiệp. GPS Đó là nghiên cứu phân tích tình hình sử dụng máy nông nghiệp bằng dữ liệu GPS, trong đó tại khu trình diễn ở Baeksan-myeon, thành phố Gimje, tỉnh tự trị đặc biệt Jeonbuk, nhóm gắn thiết bị đầu cuối GPS lên máy kéo, máy cấy, và máy gặt đập liên hợp để phân tích mức độ tối ưu hóa công việc. Nghiên cứu viên Yoo giải thích “trong hoạt động dịch vụ làm thuê nông nghiệp do Hợp tác xã Nông nghiệp Baeksan thực hiện, chúng tôi gắn thiết bị đầu cuối lên máy gặt đập liên hợp và các thiết bị khác để phân tích khối lượng công việc bằng dữ liệu GPS ”.

Khi được hỏi muốn gửi lời gì tới các hộ nông dân đang gặp khó khăn vì hạn hán, nghiên cứu viên Yoo lại nhắc đến hiện trường. Ông nói “biến đổi khí hậu ngày càng khắc nghiệt khiến việc canh tác ngày càng khó khăn” và “trong tình hình như vậy, chúng tôi sẽ nỗ lực tạo ra những công nghệ hữu ích tại hiện trường để nghiên cứu của mình có thể phần nào giảm bớt khó khăn cho các hộ nông dân”.