Nông dân phụ thuộc vào phân bón tổng hợp để đạt sản lượng cao nhằm đáp ứng nhu cầu lương thực toàn cầu, nhưng điều này tác động nặng nề tới môi trường. Phần lớn quá trình sản xuất phân bón phụ thuộc vào khí đốt tự nhiên hoặc than đá, chiếm hơn 2% lượng phát thải làm nóng lên toàn cầu. Phân bón hóa học là tác nhân khiến cho nước sử dụng trong nông nghiệp trở thành nguồn gây hại cho cuộc sống hoang dã. Với người trồng trọt, chi phí phân bón cũng rất khó dự đoán, do giá cả phụ thuộc vào sự sẵn có của các thương phẩm như nitơ, phốt pho, kali và khí đốt.

Điều này thúc đẩy công cuộc tìm kiếm các giải pháp thay thế phân bón vô cơ và bước đầu gặt hái được kết quả. Các tập đoàn nông nghiệp lớn như Bayer, Corteva và Archer-Daniels-Midland và một loạt công ty khởi nghiệp đang thử nghiệm một số giải pháp hạn chế sử dụng phân bón thông thường, gồm chuyển sang sử dụng vi sinh vật, chất thải hữu cơ tái chế và chất thay thế khác ít khí thải và không chứa hóa chất.

Công cuộc tìm kiếm giải pháp gia tăng sau khi giá phân bón tại Mỹ cao kỷ lục hồi tháng 3 năm ngoái do cuộc chiến trên đất Ukraine khiến cho 1/5 lượng xuất khẩu phân bón toàn cầu tắc nghẽn hồi năm ngoái và nguồn cung khí đốt giảm. Mặc dù giá đã giảm trong vài tháng qua, chỉ số giá ở Bắc Mỹ vẫn cao hơn 80% so với cùng kỳ ba năm trước. “Bất ổn gần đây thực sự khiến chúng tôi tập trung hơn về các giải pháp có thể đưa ra ngay lúc này,” Kelly Gillespie, phó chủ tịch phụ trách dịch vụ hệ sinh thái kỹ thuật số của Bayer cho biết.

Bayer đang hỗ trợ các công ty khởi nghiệp sử dụng vi sinh vật giúp cây trồng tiếp cận chất dinh dưỡng tự nhiên từ môi trường. Trong số đó có Sound Agriculture ở Emeryville, California, sản xuất chất kích thích dành cho vi sinh vật. Sản phẩm Source của công ty giúp vi sinh vật khai thác nhiều nitơ trong khí quyển hơn và chuyển đổi nó thành dạng có thể sử dụng được cho cây trồng, đồng thời phân hủy phốt phát trong đất. Tài liệu tiếp thị của công ty gọi Source là “cà phê cho vi sinh vật.”

Đối với Bob Pawlowski, 56 tuổi, người trồng ngô, đậu nành và lúa mì trên diện tích 6,5 km2 tại Verona, New York, chi phí phân bón vô cơ tăng vọt thúc đẩy nỗ lực khám phá thế giới vi sinh vật. Ông thấy giá nitơ, chất bổ sung quan trọng nhất cho bắp, tăng gần gấp đôi năm 2022. Năm ngoái, ông chi 13.250 đô la vào Source, giúp ông giảm 64.655 đô la chi phí phân bón hằng năm, tương đương 30%, đồng thời tăng năng suất. Pawlowski cho biết ông kỳ vọng ngày càng nhiều người trồng bắt đầu cân nhắc kỹ lưỡng các giải pháp thay thế phân bón. “Mọi người đang cố gắng tìm cách tiết kiệm thêm chút trong việc canh tác.”

Đầu tư vào lĩnh vực này là một phần của nỗ lực lớn làm thay đổi công nghệ dùng trong nông nghiệp., Các nhà đầu tư mạo hiểm bơm 10,5 tỉ đô la Mỹ vào công nghệ nông nghiệp năm 2021, tăng 58% so với năm 2020, và năm 2023 có khả năng chứng kiến khoản tài trợ kỷ lục hướng đến thương mại hóa công nghệ nông nghiệp nhiều hơn, theo quỹ PitchBook.

Corteva, doanh nghiệp lớn trong lĩnh vực hạt giống và cây trồng, cho biết sản phẩm Utrisha N dạng bột của họ cải thiện việc sử dụng nitơ bằng cách giúp cây trồng chuyển hóa nitơ từ không khí thành amoniac để chúng có thể hấp thụ. Tập đoàn chế biến thực phẩm Archer-Daniels-Midland đang nỗ lực phát triển một sản phẩm không cần xử lý hóa chất và có lượng khí thải các-bon thấp hơn so với phân bón truyền thống. Tập đoàn hóa chất Yara International tại Oslo, Na Uy biến chất thải hữu cơ thành phân bón và có kế hoạch dùng thủy điện sản xuất phân bón để cắt giảm 90% lượng phát thải so với sản phẩm làm từ khí đốt.

Một rào cản đối với bất kỳ ai bán sản phẩm thay thế phân bón là việc thuyết phục nông dân chuyển đổi từ sản phẩm họ đang tin dùng. Ben Riensche, người có trang trại rộng gần 57 km2 ở Iowa, cho biết ông thử một vài sản phẩm thay thế phân bón truyền thống mỗi năm trên vài mảnh ruộng nhỏ, nhưng không thành công với bất kỳ loại nào. “Một vài sản phẩm thực sự rất tồi,” ông nói.

Có cơ sở để lạc quan khi nhiều công ty nỗ lực tìm giải pháp cho các vấn đề khí hậu, Kirk Haney cổ đông điều hành tại quỹ đầu tư mạo hiểm Radicle Growth ở San Diego chuyên đầu tư vào công nghệ nông nghiệp cho biết . “Công nghệ sẽ giúp sản xuất nhiều thực phẩm hơn hoặc dinh dưỡng nhiều calo hơn,” Haney nói, “trong khi sử dụng phân bón ít hơn và giảm tác động đến môi trường.”