Ô nhiễm do giao thông làm giảm tuổi thọ

Tuổi thọ trung bình có thể kéo dài thêm 22 tháng đối với những người trong độ tuổi từ 30 trở lên sống ở nơi không bị ô nhiễm


Ô nhiễm môi trường do giao thông làm giảm tuổi thọ
Các chuyên gia và nhà khoa học châu Âu, dưới sự điều phối của Viện Theo dõi Y tế quốc gia Pháp, sau 3 năm nghiên cứu đã đưa ra những con số tổng kết đáng báo động về tình hình ô nhiễm không khí và ảnh hưởng tới đời sống, sức khỏe con người.
Với những kết quả có được, các chuyên gia nhấn mạnh, sự ô nhiễm không khí do giao thông tại các thành phố lớn ở châu Âu đã và đang tác động trực tiếp đến cuộc sống và tuổi thọ người dân.
Tại Pháp, tuổi thọ trung bình tại 9 thành phố lớn của nước này mỗi năm có khoảng 3.000 trường hợp tử vong do ô nhiễm không khí. Marseilles (ở phía Nam nước Pháp) là thành phố bị ô nhiễm nặng nhất, tiếp đến là các thành phố Lille, Paris, Strasbourg…
Trong số 25 thành phố được nghiên cứu trong 3 năm qua, chỉ có thủ đô của Thụy Điển là Stockholm có mức ô nhiễm thấp nhất, dưới mức quy định chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). Bucarest (Rumani) và Budapest (Hungary) là hai thành phố có mức độ ô nhiễm không khí cao nhất tại châu Âu.


Qua nghiên cứu, các chuyên gia cho biết, những người sống ở gần sát những trục giao thông chính cũng bị gia tăng nguy cơ mắc các bệnh kinh niên. Tại 10 thành phố châu Âu, 15% trường hợp trẻ em bị hen xuyễn là do ảnh hưởng của giao thông đô thị. Tuy nhiên, theo các chuyên gia, từ những năm 90 đến nay, do quy định chặt chẽ hơn, lượng dioxyt lưu huỳnh (SO2) đã giảm gần 66% trong không khí. Điều này cũng giúp ngăn ngừa được hàng nghìn trường hợp bị chết sớm ở các thành phố lớn.


Theo các nhà khoa học, tại những thành phố lớn mà không khí có mức độ ô nhiễm dưới mức quy chuẩn của WHO, tuổi thọ trung bình có thể kéo dài thêm 22 tháng đối với những người trong độ tuổi từ 30 trở lên. Đặc biệt, nếu ô nhiễm không khí vượt quá mức quy định thường gây nhiều tốn kém, trong đó có chi phí chữa trị bệnh tật.
Theo Quy chuẩn của WHO, không khí bị ô nhiễm khi có mật độ phân tử siêu mịn vượt qua ngưỡng 10 microgramme/1m3 trung bình cả năm. Phân tử siêu mịn có đường kính dưới 2,5micron.
Phân tử siêu mịn có thể xâm nhập sâu vào phổi, qua các đường hô hấp. Phân tử siêu mịn được tạo ra trong quá trình đốt nhiên liệu. Tại những thành phố lớn, khói xe hơi, đặc biệt là xe chạy diesel, tạo ra 1/3 tổng lượng phân tử siêu mịn./.

Vấn đề ô nhiễm không khí do giao thông : kỳ I : khí thải từ giao thông và hiệu ứng nhà kính?

Trong thực trạng giao thông đô thị quá tải, vấn đề kiểm soát khí thải không tiến hành hiệu quả được ở Việt Nam, sức khỏe của người dân nói riêng và của trái đất nói chung đang phải đặt trong tình trạng báo động. Bài báo này nhằm mục đích đem đến cho bạn đọc những thông tin dễ tiếp cận nhất về vấn đề “ô nhiễm không khí từ các phương tiện giao thông”



Các khí thải từ phương tiện giao thông sinh ra chủ yếu do quá trình đốt nhiên liệu (xăng, dầu diesel ...). Các khí trực tiếp gây nguy hiểm đến sức khỏe con người bao gồm CO, các hidrocarbon chưa cháy hết và các oxit nitơ. Song song đó, sản phẩm cháy hoàn toàn nhiên liệu là CO2 cũng lại là một tác nhân làm trái đất nóng dần lên (hiệu ứng nhà kính).



Vấn đề trái đất nóng dần lên do hiệu ứng nhà kính gây nên bởi các khí như CH4, N2O, hơi nước, CO2... đã tạo nên nhiều thiệt hại cho trái đất như hạn hán, lũ lụt, băng tan, hồng thủy ... và con người bắt buộc phải đưa ra những biện pháp để ngăn chặn sự nóng dần lên của trái đất một cách triệt để. Đó là lí do tại sao vào năm 1997, nghị định thư Kyoto đã ra đời nhằm yêu cầu các quốc gia trên thế giới phải có hành động giảm thiểu khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Và trong đó vấn đề giảm thiểu sự phát thải CO2-sản phẩm của quá trình cháy hoàn toàn nhiên liệu được đặt lên hàng đầu.


Như vậy 2 vấn đề mà tôi trình bày ở đây có liên quan gì với nhau ? Và nó có vai trò gì đến vấn đề phát thải các khí ô nhiễm từ các phương tiện giao thông? Câu trả lời là : vấn đề giảm thiểu sự phát thải CO2 để làm giảm vấn đề trái đất nóng dần lên thực sự có vai trò quyết định đến vấn đề ô nhiễm không khí từ giao thông. Vì sao?

Tiếp tục trở lại lịch sử, các nước phát triển phải đối mặt thế nào với hiệp định thư Kyoto? Qua rất nhiều nghiên cứu, một trong những giải pháp từ các nhà sản xuất ô tô là sử dụng động cơ hoạt động trong điều kiện dư nhiều oxy nhằm tăng hiệu suất đốt nhiên liệu, tăng hiệu suất động cơ. Có thể ví dụ đơn giản là trước kia để di chuyển đoạn đường 100 km thì phải tiêu thụ khoảng 6-7 lít xăng, thì với công nghệ đốt nhiên liệu trong điều kiện dư nhiều oxy ta chỉ cần 2-3 lit xăng. Việc giảm sự tiêu thụ nhiên liệu sẽ trực tiếp làm giảm sự phát thải CO2. Vấn đề về các loại động cơ hoạt động trong điều kiện dư nhiều oxy sẽ không được giới thiệu trong khuôn khổ bài báo này để bạn đọc được cô đọng vấn đề (các bạn có thể thảo luận thêm theo đường link ở dưới).

Khi động cơ hoạt động trong điều kiện dư nhiều oxy sẽ giúp chúng ta đạt được 4 lợi điểm quan trọng là
Giảm sự tiêu thụ chất đốt - chúng ta sẽ ít tốn kinh phí hơn cho việc mua chất đốt
tăng hiệu suất động cơ - xe chúng ta sẽ “bốc” hơn
Giảm sự phát thải CO2
Giảm luôn sự phát thải CO và các hidrocarbon chưa cháy hết do hai thành phần này sẽ dễ bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2 hơn rất nhiều.
Bức tranh về khí thải CO, hidocarbon và CO2 có vẻ đã xán lạn hơn, tươi sáng hơn. Tuy nhiên, một thành phần quan trọng trong hỗn hợp khí thải là NOx (đây là ký hiệu viết tắt của NO và NO2, xin ghi chú là không có N2O trong NOx như một số tài liệu ở Việt Nam đề cập) lại bùng lên là một điểm tối cực kỳ khó khăn để giải quyết đó là “Khử các oxit Nitơ trong điều kiện dư nhiều oxy”. Trong môi trường dư nhiều oxy mà lại phải thực hiện việc khử NOx về N2 không độc. Vấn đề lại làm đau đầu các nhà khoa học.
Các phần tiếp theo sẽ giới thiệu đến bạn đọc các kết quả nghiên cứu tại Việt Nam về vấn đề này.

Ô nhiễm không khí do giao thông : kỳ II-1 : Vấn đề khử NOx trong điều kiện dư nhiều oxy ? Phương pháp SCR-NOx


Bài viết kỳ I giới thiệu tổng quan về vấn đề ô nhiễm không khí do giao thông đã đến cập đến nguyên nhân các loại động cơ đốt trong được phát triển theo hướng hoạt động trong điều kiện dư nhiều oxy. Việc nhiên liệu được đốt trong điều kiện dư oxy sẽ làm tăng hiệu suất cháy nhiên liệu giúp cho động cơ ít hao nhiên liệu hơn. Bên cạnh đó, chúng ta có thể giảm sự phát thải CO, HC và một lợi ích quan trọng nữa là giảm sự phát thải CO2- một thành phần quan trọng gây hiệu ứng nhà kính dẫn đến những biến đổi khí hậu khó lường cho trái đất. Tuy nhiên, vấn đề khó khăn đặt ra là phải chuyển hóa các oxit nitơ (NOx) về N2 trong điều kiện dư O2. Các bài viết tiếp theo sẽ giới thiệu một số phương pháp có thể xem là khả thi nhất hiện nay để giải quyết bài toán hóc búa này.






Các phương pháp xử lý NOx trong điều kiện dư oxy

Một số phương pháp với những khả năng xử lý NOx và phạm vi ứng dụng khác nhau sẽ được giới thiệu đến đọc giả mà cụ thể là :

Phương pháp khử chọn lọc NOx về N2 có sử dụng xúc tác SCR (selective Catalytic Reduction)

Phương pháp bẫy-khử NOx (NOx-trap reduction)

Phương pháp phân hủy nhiệt trực tiếp NOx (direct decomposition NOx)

Trong phạm vi của bài viết này, tôi sẽ tập trung giới thiệu phần I của phương pháp khử chọn lọc NOx có xúc tác SCR-NOx


1. Phương pháp khử chọn lọc NOx về N2 có sử dụng xúc tác SCR (selective Catalytic Reduction)

Phương pháp này liên quan đến việc tiêm thêm các chất khử vào dòng khí thải trong phạm vi hiện diện của một hệ xúc tác. Vai trò của chất khử tiêm vào và của hệ xúc tác là để khử một cách chọn lọc NOx thành N2 [1].


Hiệu quả của việc khử NOx bằng phương pháp SCR phụ thuộc đồng thời vào hoạt tính của hệ xúc tác và bản chất của chất khử được sử dụng. Những chất khử thường được sử dụng là các hydrocarbon, NH3 hoặc urê (urea). Trong các chất khử này thì NH3 cho thấy khả năng cho độ chọn lọc của sự khử NOx về N2 rất cao và đồng thời cũng cho hiệu suất chuyển hóa rất cao. Chúng ta cũng có thể thấy khi dùng NH3 làm chất khử NOx thì sản phẩm của quá trình không thể là NH3, do đó độ chọn lọc của sự khử NOx ở đây chỉ là giữa N2O và N2 [2].



Cần phải chú ý trong quá trình khử NOx là NO2 luôn là tác nhân hoạt động, NO2 sẽ phản ứng trực tiếp với NH3, trong khi NO sẽ bị oxi hóa một phần thành NO2 và tốc độ của quá trình đạt cao nhất khi tỉ lệ NO : NO2 : NH3 trong hỗn hợp là 1 : 1 : 2.


Trong những kết quả nghiên cứu mới nhất của N. Lê Phúc và đồng nghiệp [3,4,5] cũng cho thấy NH3 có tốc độ khử NOx rất nhanh. Và trong quá trình hoạt động, việc tạo NH3 in-situ (tạo ra trong quá trình phản ứng) và NH3 được tạo ra ngay trên bề mặt xúc tác sẽ cho chúng ta một hiệu suất chuyển hóa NOx rất cao và gần như sản phẩm khử chỉ là N2. Tuy nhiên, việc sử dụng trực tiếp NH3 làm tác nhân khử NOx trong điều kiệ thực tế gần như là không thể do việc lưu trữ NH3 là rất khó khăn. Đó là lí do người ta phải tạo ra NH3 một cách gián tiếp từ phản ứng thủy phân và phân hủy urê, và quá trình tạo NH3 trung gian này cũng làm giảm hoạt tính chuyển hóa NOx [6].

(NH2)2CO + H2O ➔ CO2 + 2H2O

Tuy nhiên, urê không thể được sử dụng dưới dạng tinh chất được do ở trạng thái thông thường thì urê là một chất ở dạng bột và không thể đưa vào hỗn hợp khí thải với một lượng xác định được. Và đó là lí do người ta phải sử dụng urê dưới dạng dung dịch, và một loại dung dịch urê rất nổi tiếng đã được thương mại hóa có tên gọi là AdBlue (dung dịch 32,5% urê).

Ở đây cần nhấn mạnh rằng đối với phương pháp SCR trên cơ sở phản ứng giữa NH3 và NOx thì ta có thể dùng bất kỳ tiền chất nào miễn là nó có thể tạo thành NH3 trong quá trình phản ứng. Ví dụ ngoài urê, ta cũng hoàn toàn có thể dùng ammonium carbamate, hay thậm chí sử dụng các hệ xúc tác có khả năng khử rất mạnh NOx về NH3, chính NH3 này lại là tác nhân để khử tiếp lượng NOx còn lại về N2 [3, 4, 5]

Lắp đặt hệ thống SCR trong xử lý NOx từ động cơ hoạt động trong điều kiện dư oxy (lean-burn và diesel)





Hệ thống SCR-AdBlue nổi bật với các thành phần sau

Bình chứa dung dịch AdBlue
Thiết bị điện tử để kiểm soát lượng AdBlue tiêm vào. Đây là một thông số cực kỳ quan trọng vì nếu tiêm thiếu AdBlue sẽ dẫn đến thiếu chất khử NH3 cho việc khử NOx. Ngược lại, nếu tiêm quá dư AdBlue sẽ dẫn đến việc dư NH3 và dẫn đến việc ô nhiễm NH3 do NH3 cũng là một tác nhân độc (xem thêm các bài viết của Lê Tiến Khoa về vấn đề ô nhiễm NH3 : [Ô nhiễm NH3] Kì 1 : Tổng quan về ô nhiễm NH3, [Ô nhiễm NH3] Kì 2 : Các xúc tác cho phản ứng oxy hóa NH3)
Đầu tiêm Adblue : việc tiêm AdBlue phải đạt được sự tiếp xúc tối đa với bề mặt xúc tác cũng như NOx, việc tiêm một lượng đúng và đủ không tốt vẫn có thể dẫn đến hiện tượng NH3 slip (NH3 tiêm vào và đi ra, không tiếp xúc với các nguồn NOx)
Hệ xúc tác SCR
Một đầu dò NOx ở đầu ra của xúc tác để biết được hàm lượng NOx trước khi thải ra ngoài
Thực tế mong muốn có thể tiêm một hàm lượng đúng của Adblue để khử NOx là gần như không thể, do đó hiện nay các nhà khoa học đã phát triển theo hướng tiêm dư AdBlue để chắc chắn có dư NH3 cho việc khử NOx, sau đó, người ta gắn thêm một hệ xúc tác chỉ để oxy hóa một cách chọn lọc NH3 dư này thành N2.




Như vậy với hệ thống ở hình trên, chúng ta thấy hệ thống xúc tác bao gồm đến 4 hệ xúc tác (thực tế có thể là 5 đối với động cơ diesel)

Hệ xúc tác đầu tiên (hệ V) nhằm oxy hóa NOx thành NO2 và cũng giúp quá trình oxy hóa các tác nhân độc hại do quá trình cháy không hoàn toàn như CO, HC.
Hệ thứ 2 là hệ xúc tác giúp cho sự thủy phân urê thành NH3 được thuận lợi (hệ H)
Hệ thứ 3 là hệ xúc tác chính SCR-NOx bằng NH3 (hệ S)
Hệ cuối cùng là hệ xúc tác cho phản ứng oxy hóa NH3 dư thành N2
Như chúng ta cũng thấy, do phải thêm một bình chứa dung dịch AdBlue cùng hệ thống điện tử khá phức tạp nên phương pháp SCR-NOx hiện nay hầu như chỉ phù hợp với các phương tiện cỡ lớn như xe tải, xe bus..






Ở phần tiếp theo, chúng ta sẽ bàn về bản chất của các hệ xúc tác này