Ô nhiễm không khí từ nguồn đốt sinh khối

Đốt sinh khối được cho là một trong những nguồn chính gây ô nhiễm không khí ở thành phố trên thế giới, đặc biệt ở các nước đang phát triển nơi mà nhiên liệu từ gỗ, rơm rạ và các chất thải nông nghiệp khác được cho là nguồn nhiên liệu quan trọng trong việc sưởi ấm và đun nấu.

Theo nghiên cứu tổng quan của tôi thì quá trình đốt cháy sinh khối ước tính đã thải ra khoảng 41–79% OC (1264–2750Gg / năm) và 27–50% EC (398,3–716Gg / năm) ở Trung Quốc trong giai đoạn 2000–2012. Trong đó, đốt rác thải nông nghiệp thải ra khoảng 13% OC, cháy rừng đóng góp 2–11% OC và đốt nhiên liệu sinh học dân dụng chiếm 56% lượng phát thải OC do con người gây ra [1].

Hình 1. Biểu đồ về phát thải OC (a) và EC (b) từ các nguồn khác nhau ở Trung Quốc vào năm 2012, và phát thải OC (c) và EC (d) theo lĩnh vực công nghiệp (Gg).

Đặc trưng của bụi từ nguồn đốt sinh khối

So với các nguồn gây ô nhiễm khác thì bụi từ nguồn đốt sinh khối có những đặc trưng rất riêng. Do đó việc nhận biết và tính toán một cách định lượng nguồn bụi này có vẻ tương đối dễ hơn các nguồn khác.

Về đặc điểm vật lý: Tùy theo các điều kiện đốt cũng như từng loại nhiên liệu khác nhau mà bụi sinh ra có phân bố kích cỡ hạt khác nhau. Thông thường ở điều kiện đốt mở, hầu hết các nghiên cứu đã chỉ ra sự phân bố hạt ở kich cỡ với đường kính trung bình khoảng 120 nm. Cũng giống như bụi thoát ra từ khí thải của động cơ đốt trong, bụi mới sinh từ đốt sinh khối có tính kị nước hoặc ít háo nước.

Tuy nhiên, trong quá trình vận chuyển trong khí quyển, các hạt có thể tăng tính háo nước dẫn tới gia tăng kích thước hạt với đường kính trung bình của chúng lên đến > 200 nm. Sự hình thành thứ cấp của các thành phần hòa tan như sulphat và các hợp chất hữu cơ phân cực là nguyên nhân làm tăng khả năng hút ẩm của các hạt khói trong quá trình này [2].

Về đặc điểm hóa học: Chỉ dấu nổi bật nhất để nhận biết nguồn này là sự đóng góp của levoglucosan trong thành phần hóa học của bụi. Đây là một hợp chất hữu cơ được hình thành từ quá trình nhiệt phân carbohydrate chẳng hạn như cellulose. Đốt sinh khối sinh ra nhiều hợp chất carbon hữu cơ hơn carbon đen nên tỷ lệ OC/EC từ đốt sinh khối cao (>7), do đó tỷ lệ OC/EC cũng là chỉ dấu để nhận biết nguồn này. Ngoài ra Kali cũng là một chỉ dấu quan trọng. Mời các bạn tham khảo chi tiết đặc trưng hóa học của nguồn ở Trung Quốc và nước ta ở mục tài liệu tham khảo [1,3].

Các phương pháp tính toán sự đóng góp của nguồn bụi sinh khối

Dưới đây tôi liệt kê những phương pháp tính toán mà nhóm nghiên cứu chúng tôi từng làm [4]:

1) Dùng các chỉ dấu hóa học để tính toán, ví dụ tỷ lệ Levoglucosan/OC cho đốt rơm tầm 0.03-0.04, cho đốt gỗ tầm 0.08. Do đó nếu ta đo đạc hàm lượng levoglucosan ta có thể ước lượng được sự đóng góp của đốt sinh khối tới bụi mịn.

2) Sử dụng mô hình xác định nguồn như PMF/CMB lên các thành phần hóa học cơ bản

3) Sử dụng mô hình PMF lên khối phổ AMS

4) Tính toán lượng black carbon từ nồng độ BC đo được qua sự hấp thụ sol khí trên các bước sóng khác nhau

5) Dùng phương pháp các-bon phóng xạ C14

Ngoài ra còn cố thể sử dụng các mô hình lan truyền trên phát thải để tính toán sự đóng góp của đốt sinh khối từ nguồn địa phương/ từ xa, kết hợp với các hình ảnh dữ liệu vệ tinh để tính toán open biomass burning.

Đóng góp của nguồn bụi sinh khối

So với các nguồn khác thì sự đóng góp của bụi sinh khối hiện ra tương đối rõ ràng. Tôi biết có nhiều anh chị chuyên gia về ô nhiễm không khí từ nguồn đốt sinh khối ở nước ta, nhưng vẫn xin mạn phép múa rìu qua mắt thợ nốt vài điểm dưới đây:

1) Theo tôi đóng góp của nguồn đốt sinh khối là lớn ở Hà Nội cả về mặt từ nguồn địa phương lẫn lan truyền từ các vùng khác. Nguồn này đóng góp rất lớn tới thành phần hữu cơ của bụi. Mời các anh chị đọc loạt bài về ô nhiễm không khí từ nguồn đốt sinh khối ở Hà Nội từ nhóm của anh Hoàng Anh Lê [5].

2) Đã có 1 số nghiên cứu dùng mô hình tại điểm tiếp nhận để định lượng đóng góp nguồn này. Ví dụ, theo nhóm cô Kim Oanh, thì nguồn này đóng góp trung bình năm 16-25% ở Quảng Ninh [6] Một nghiên cứu khác thì chỉ ra nguồn đốt sinh khối lan truyền từ xa theo mùa kèm các hạt hình thành từ sự ôxi hóa các hợp chát dễ bay hơi (có nguồn gốc sinh học- BVOCs) đóng góp tới 17% nguồn bụi ở Hà Nội. Các nghiên cứu này rất hữu ích, tuy nhiên vẫn có những sai số trong giả định nên theo tôi cần nhiều nghiên cứu thêm về vấn đề này.

Vừa qua, tôi có đọc 1 vài số liệu về thành phần hóa học của bụi mịn ở Hà Nội và đã ước lượng tổng cộng nguồn này (cả địa phương và lan truyền). Theo dữ liệu tôi có, nguồn này là một nguồn lớn gây ra ô nhiễm không khí ở Hà Nội, đặc biệt trong những haze events. (theo tôi nguồn này có thể chiếm chiếm tầm 10-16 ug/m3, tức 21-33% of PM2.5. Xin lưu ý đây chỉ là con số ước lượng của cá nhân tôi, và tôi không có số liệu gốc đạt chuẩn. Cập nhật: Theo nghiên cứu mới nhất của nhóm guồn ô nhiễm ở Bắc Kinh thì lượng than kém chất lượng trong hoạt động sinh hoạt là một trong những nguồn có thể đóng góp tới 7% lượng levogluscosan (tài liệu tham khảo số 4 và 1 bài báo khác đang trong quá trình bình duyệt, nên tôi sẽ cập nhật khi bài báo được chấp thuận) do đó luợng thì đóng góp của của nguồn Biomass burning được ước lượng trong bài này sẽ giảm đi đáng kể). Một vài câu hỏi tôi chưa tìm ra câu trả lời như bao nhiều % từ lượng đốt để nấu ăn, sưởi ấm và đốt đồng, hoặc đóng góp từ các loại biomass khác nhau, cũng như giữa bụi sơ cấp và thứ cấp từ nguồn này.

Chính sách cho nguồn đốt sinh khối

Tôi cho rằng đã có nhiều chính sách về nguồn này ở các nước khác cũng như nước ta. Ví dụ, một trong những chính sách khi tôi nghiên cứu về ô nhiễm không khí ở Bắc Kinh là họ đã cấm open biomass burning, đặc biệt siết chặt trong những đợt bụi kéo dài. Tôi xin để ngỏ ở đây để tìm hiểu thêm. Bạn nào có tài liệu về chính sách cho đốt sinh khối ở nước ta, làm ơn chia sẻ tôi với. Cũng rất hi vọng nhận được góp ý của các bạn.

Cập nhật: Một bình luận rất đáng lưu tâm từ PGS.TS Vũ Thanh Ca. Tôi rất cảm ơn ý kiến đóng góp của anh.

PGS.TS Vũ Thanh Ca cho rằng: “Một phần rất lớn đốt sinh khối ở VN hiện nay là đốt rác. Do thiếu đất để làm bãi rác, tất cả các địa phương tại khu vực nông thôn Đồng bằng, thậm chí Trung du Bắc Bộ đều đốt, bằng lò thủ công. Trong một lớp khai mạc mạng lưới báo chí về môi trường gần đây, khi nêu vấn đề này, tôi nghe có chuyên gia nói cách đây (1/2/2021) khoảng 2 tuần, Nam Định và Thái Bình, mặc dù tỉnh đã cấp tiền xây các khu đốt rác thủ công, gần đây phải cấm hoạt động của các lò này do tác hại rất xấu tới sức khỏe người dân. Không biết có đúng không và không biết lệnh cấm này có bền vững không? Và các vùng nông thôn mới có phân loại rác thải để giảm lượng đốt cũng như thay các lò đốt thủ công bằng lò công nghệ cao hay không? Để giải quyết vấn đề ô nhiễm không khí ở Việt Nam, ngoài các biện pháp như cấm xe máy, thúc đẩy việc sử dụng gạch không nung để giảm sản xuất gạch Tuy-nen, tôi rất mong các địa phương triệt để phân loại rác thải, với các vùng nông thôn thì chôn lấp chất thải hữu cơ dễ phân hủy tại vườn và thúc đẩy mạnh mẽ nền kinh tế tuần hoàn, tăng cường tái chế để giảm lượng rác phải đốt”.

Hồi đáp của Tuân: Cảm ơn góp ý rất hay của anh. Tôi chưa có câu trả lời cho vấn đề đóng góp đốt sinh khối trong việc đốt rác . Phần đốt sinh khối ở đây tính dựa trên levoglucosan, tức đã bao gồm cả rác thải sinh khối (chứa cellulose), nhưng lại không bao gồm các loại rác thải khác. Muốn tính riêng cho các lò đốt rác thủ công thôi, thì chắc cần thêm 1 vài tracers. Nếu có nhiều lò thủ công ở các địa phương thì theo tôi việc đo đạc đặc trưng của bụi từ các lò này là cần thiết để có thể giúp phân tách nguồn chính xác hơn. Rất tán thành với ý kiến của anh về xử lý rác thải và giảm thải ô nhiễm từ sản xuất gạch.

PS1: Mời các bạn đọc thêm về mô hình xác định bụi và đặc điểm của nguồn giao thông ở các posts trước của tôi ở đây: Mô hình nguồn, Nguồn Giao thông

PS2: Sáng nay viết bài này lại nhớ tới hình ảnh “một bếp lửa chờn vờn sướng sớm” và “coi khói đốt đồng để ngậm ngùi”. Ôi, cái mùi thơm của rơm thật là khó có thể quên :)

Tài liệu tham khảo:

1. Characterization and source apportionment of carbonaceous PM2.5 particles in China - A review
2. A review of hygroscopic growth factors of submicron aerosols from different sources and its implication for calculation of lung deposition efficiency of ambient aerosols
3. Carbonaceous aerosol composition in air masses influenced by large-scale biomass burning: a case-study in Northwestern Vietnam
4. Source Apportionment of Carbonaceous Aerosols in Beijing with Radiocarbon and Organic Tracers: Insight into the Differences between Urban and Rural Sites
5. Renewable energy from biomass surplus resource: potential of power generation from rice straw in Vietnam
6. Chemical characterization and sources apportionment of fine particulate pollution in a mining town of Vietnam