Ô nhiễm không khí từ nguồn giao thông

Khí thải giao thông đường bộ được coi là nguyên nhân chính gây ô nhiễm không khí đô thị, nhưng các chính sách kiểm soát không khí sạch đã dẫn đến việc giảm lượng lớn khí phát thải trên mỗi phương tiện giao thông trong thập kỉ gần đây. Bài này sẽ giới thiệu một vài nét về đặc trưng của bụi từ nguồn giao thông và khuyến nghị về chính sách kiểm soát bụi cho các siêu đô thị trên thế giới

Đặc trưng của bụi từ nguồn giao thông đường bộ

Giao thông đường bộ gây ra ô nhiễm trong khí thông qua: 1) Khí thải (bụi &khí) trực tiếp từ động cơ; 2) Hạt/khí thứ cấp được hình thành trong không khí do quá trình lý hóa lên khí thải trực tiếp và 3) bụi không từ khí thải động cơ bao gồm từ phanh, lốp xe, mặt đường và bụi cuốn từ mặt đường. Các hạt bụi này có kích cỡ từ nm tới hàng chục micrometres. Các hạt bụi tạo ra từ quá trình đốt trong động cơ bao gồm chủ yếu là cacbon graphit rắn với một lượng nhỏ hơn tro kim loại, hydrocacbons và các hợp chất lưu huỳnh. Các hạt bụi này thường thường có đường kính 30-500 nm, trong khi các hạt bụi thứ cấp có kích thước dưới 30 nm và các hạt bụi không từ khí thải động cơ thường có kích cỡ micrometres. Về mặt phân bố kích cỡ hạt theo số lượng, bụi phân bố chủ yếu ở trong khoảng dưới 100 nm với hai đỉnh phân bố trong khoảng 10-30 nm và 50-80 nm, tùy theo từng điều kiện đo đạc khác nhau. Để nhận biết nguồn ô nhiễm từ giao thông, ta có thể dưạ vào đặc trưng về phân bố kích cỡ và thành phần hóa học của bụi [1]. Bụi từ động cơ diesel có đỉnh phân bố hạt ở khoảng 50-100 nm kèm với tỉ lệ nồng độ EC/OC cao hơn các nguồn khác, hoặc bụi từ phanh xe có chứa kim loại Bari nhiều hơn. Các lượng vết kim loại Cr, Mn, Fe, Cu là chỉ dấu quan trọng cho nguồn giao thông cho bụi mịn ở London, trong khi đó Zn, Mn, Fe, Pb lại là dấu hiệu nhận biết nguồn giao thông ở Bắc Kinh [2].

Đóng góp nguồn giao thông tới từng loại bụi

Ở phần lớn các đô thị hiện nay thì giao thông vẫn là nguồn chính của bụi theo số lượng hạt (cần phân biệt với bụi PM2.5/PM10 theo khối lượng hạt. Ví dụ: ở khu vực nền đô thị London, giao thông đóng góp tới 56% tổng số lượng hạt nhưng chỉ đóng góp 10% tổng khối lượng bụi mịn PM2.5). Do kích cỡ nhỏ và kị nước nên các hạt bụi này dễ dàng chui sâu trong phổi. Theo nghiên cứu của chúng tôi ở Bologna (Ý), nếu ta đứng ở khu vực giao thông thì mỗi giờ có tới chục tỷ hạt lắng trong phổi (65% ở phế nang), nhiều gấp 5 lần so với phơi nhiễm ở khu vực dân cư (hình 1, hình trái) [3]. Một nghiên cứu khác ở London cho thấy giao thông là nguồn chính của hạt về số lượng lắng trong phổi (71%), tuy nhiên về mặt thể tích (khối lượng) hạt thì nguồn bụi thứ cấp do vận chuyển từ xa mới là nguồn chính (72%) (Hình 1, bên phải) [4].

Hình 1. Số lượng hạt, tổng diện tích và khối lượng hạn lắng trong phổi mỗi giờ ở khu vực giao thông(hình bên trái) và nguốn của từng hạt ngoài trời lắng trong phổi (hình bên phải).

Chính sách giảm thiểu nguồn ô nhiễm không khí từ giao thông

Về chính sách, dưới đây là những kiến nghị của chúng tôi đối với từng loại đô thị khác nhau [4]:

1) Các thành phố phát triển trên thế giới có sự kiểm soát chặt chẽ về lượng khí thải giao thông (London, Paris & Berlin):

Những thành phố này đã đạt tiến bộ lớn trong việc kiểm soát lượng khí thải PM2.5. Nguồn giao thông hiện đại diện cho một thành phần tương đối nhỏ của PM2.5 tại các vị trí nền đô thị và nhiều khu vực ven đường vẫn sẽ vượt tiêu chuẩn của WHO ngay cả khi nguồn này bị loại bỏ. Lợi ích lớn nhất từ việc kiểm soát hơn nữa lượng khí thải giao thông đường bộ sẽ từ việc giảm nồng độ khí NO2. Sử dụng xe điện sẽ có lợi ngay lập tức đối với NO2 nhưng chắc chắn sẽ dẫn đến nồng độ ozone cao hơn. Nó cũng sẽ dẫn đến sự giảm nhẹ các hạt nitrat tạo ra tại chỗ. Việc chuyển sang sử dụng xe điện chạy pin sẽ chỉ mang lại lợi ích nhỏ đối với việc phát thải các hạt bụi không từ khí thải động cơ so với các loại xe động cơ đốt trong hiện đại. Do đó, cần phải phát triển các biện pháp kiểm soát tốt hơn đối với bụi đường/phanh. Khi các biện pháp kiểm soát kỹ thuật ngày càng tiến bộ đối với khí thải của phương tiện giao thông nhưng chí có lợi ích ngày càng nhỏ với chi phí ngày càng cao thì câu trả lời cuối cùng cho các thành phố này phải nằm ở việc giảm lưu lượng giao thông đường bộ.

2) Các thành phố ở nước ít phát triển hơn nhưng có kiểm soát chặt chẽ về khí thải giao thông (Bắc Kinh, Istanbul):

Ở Bắc Kinh đã đạt được nhiều thành tựu trong việc giảm lượng khí thải từ xe cộ, bao gồm việc áp dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp và công nghệ xử lý khí thải tiên tiến. Sự đóng góp của phát thải khí thải từ xe tải nhẹ chạy bằng nhiên liệu xăng là nhỏ trong trường hợp PM2.5, dẫn tới lợi ích thu được từ việc loại bỏ khí thải từ giao thông sẽ là nhỏ lên bụi PM. Vì vậy nên ưu tiên việc giảm ô nhiễm từ các nguồn khác hơn (cả cục bộ và lẫn ở vùng lân cận). Tương tự các thành phố phát triển như London, sử dụng xe điện sẽ dẫn đến giảm đáng kể nồng độ NO2 và giảm nhẹ các sol khí nitrat nhưng điều này có thể gây ra sự gia tăng ôzôn khi không kiểm soát thêm lượng khí thải VOC. Do đó, việc xây dựng chính sách cần có mô hình hóa học-vận chuyển chất chính xác để lập kịch bản và xây dựng lộ trình cho quá trình làm sạch chất lượng không khí đối với tất cả các chất ô nhiễm.

3) Các thành phố ở nước kém phát triển hơn và kiểm soát khí thải giao thông kém:

Không có sẵn nhiều dữ liệu ở các thành phố này nhưng phương tiện giao thông ở các thành phố này vừa cũ, vừa kém bảo dưỡng và vẫn chưa có sự chuyển đổi sang nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp. Giao thông có thể là một nguồn chính của một số chất ô nhiễm, ví dụ như ở Delhi. Dựa trên dữ liệu lịch sử ở các nước phương Tây, có thể có những cải thiện lớn về chất lượng không khí từ việc nâng cấp loại xe và đưa vào sử dụng nhiên liệu chất lượng hơn với hàm lượng lưu huỳnh cực thấp.

Tài liệu tham khảo:

1. A review of particle number size distributions from seven major sources and implications for source apportionment studies. Atmos. Environ. 122, 114-132 (2015
2. Insight into PM2.5 Sources by Applying Positive Matrix Factorization (PMF) at an Urban and Rural Site of Beijing. ACP discussion (in review).
3. Source apportionment of the lung dose of ambient sub-micrometre particulate matter. Aerosol Air Qual. Res. 16, 1548-1557 (2016).
4. Factors controlling the lung dose of road traffic-generated sub-micrometre aerosols from outdoor into indoor environments. Air Qual. Atmos. Health 11, 615-625 (2018).
5. More mileage in reducing urban air pollution from road traffic. Environ. Inter. (2021).