08/12/2021
Từ năm 2018, ô nhiễm không khí (ÔNKK) từ vấn đề “vô hình” đã dần trở nên “hữu hình” hơn với người dân Việt Nam, thông qua các tin tức cập nhật và liên tục về tình hình chất lượng không khí (CLKK) từ nhiều trang thông tin điện tử, ứng dụng và các kênh truyền thông. Cùng với các trạm quan trắc nhà nước, dữ liệu từ mạng lưới máy đo cảm biến đã góp phần tạo nên bức tranh hữu hình này ở Việt Nam. Các thiết bị cảm biến cũng được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động giáo dục, truyền thông nâng cao nhận thức, giúp tăng cường tiếp cận thông tin về CLKK và là nguồn thông tin tham khảo trực quan, hữu ích cho các nghiên cứu về ÔNKK.
Một số thiết bị đo CLKK sử dụng cảm biến được ứng dụng trong giáo dục STEM và đời sống
Quan trắc CLKK đóng vai trò quan trọng để hạn chế ô nhiễm, giúp cung cấp thông tin rõ ràng về hiện trạng làm cơ sở để các bên liên quan đưa ra hành động kịp thời. Các trạm quan trắc tự động, liên tục do nhà nước vận hành và quản lý (hay còn gọi là trạm quan trắc truyền thống) có chi phí đầu tư thiết bị và vận hành lớn cũng như đòi hỏi chuyên môn. Do đó, số lượng trạm truyền thống ở các nước đang phát triển như Việt Nam thường không nhiều và chưa được đầu tư phân bố tại các địa phương, nên chưa phản ánh được đầy đủ bức tranh hiện trạng môi trường không khí. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, các thiết bị cảm biến ra đời và được coi như một giải pháp bổ sung dữ liệu cho các trạm quan trắc truyền thống.
Ưu điểm của thiết bị cảm biến là kích thước nhỏ gọn, quy trình lắp đặt, vận hành và bảo trì tương đối đơn giản và ít tốn kém nên có thể được lắp đặt ở nhiều nơi và được nhiều người sử dụng. Số liệu đo từ cảm biến có thể hiển thị theo thời gian thực, trung bình một đến năm phút cho dữ liệu một lần, do đó có thể giúp theo dõi thay đổi của CLKK trong ngày hay phát hiện nhanh các điểm nóng về ô nhiễm. Bên cạnh những ưu điểm nổi trội, các thiết bị cảm biến cũng có hạn chế nhất định về giới hạn đo, độ chính xác của dữ liệu theo thời gian, dễ bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường (như nhiệt độ và độ ẩm). Các cảm biến bụi giá rẻ hiện nay, hầu hết vẫn không thể đo được các hạt siêu mịn (có đường kính nhỏ hơn 100 nanomet).
Trên thế giới, nhiều thiết bị cảm biến ra đời từ năm 2010 và năm 2014, Cơ quan BVMT Hoa Kỳ đã xây dựng tài liệu kỹ thuật đưa ra các khuyến nghị cho người sản xuất và sử dụng thiết bị cảm biến. Tại Việt Nam, công nghệ cảm biến đã được sử dụng trong một số hệ thống quan trắc của nhà nước, trong nhiều nghiên cứu và đặc biệt từ năm 2018 cho tới nay rất phổ biến với trường học và cộng đồng cho nâng cao nhận thức, khoa học công dân và bổ sung thông tin quan trắc.
Sử dụng cảm biến trong giáo dục, khoa học công dân và nâng cao nhận thức về ô nhiễm không khí
Năm 2018, một trong những hoạt động đầu tiên sử dụng thiết bị cảm biến làm giáo cụ dạy về ÔNKK là chương trình Nhà Khoa học xanh thực hiện bởi Viện Điện tử Viễn thông, Viện Toán Ứng dụng và Tin học - Đại học Bách Khoa Hà Nội kết hợp cùng Trung tâm Sống và Học tập vì Môi trường và Cộng đồng (Live&Learn). Chương trình đã đưa chủ đề ÔNKK vào học phần Giáo dục khoa học kỹ thuật (STEM). Mỗi buổi học, học sinh được giới thiệu các kiến thức cơ bản về môi trường không khí, tìm hiểu về ÔNKK và trải nghiệm thực tế việc đo đạc CLKK sử dụng các thiết bị cảm biến. Bắt đầu tại 8 trường trung học trên địa bàn Hà Nội và Bắc Ninh, trong suốt thời gian thực hiện đã có hơn 100 thiết bị cảm biến được sản xuất để phục vụ việc dạy và học trong các lớp học STEM và Câu lạc bộ STEM tại các trường.
Tại nhiều trường học, sau khi lắp đặt các thiết bị đo và hiểu được những thông tin về mức độ ÔNKK và ảnh hưởng đến sức khỏe thông qua chỉ số CLKK (AQI), các trường đã có sự điều chỉnh hoạt động của học sinh theo mức AQI tương ứng. Điển hình ở Hà Nội có trường THCS Pascal thường xuyên treo cờ màu theo chỉ số AQI và thông báo học sinh hạn chế vui chơi hoặc vận động ngoài trời nếu AQI ở mức kém hoặc xấu; trường Mầm non Trăng Đỏ sử dụng đồng hồ có thể xoay các màu AQI để thông báo về CLKK đến phụ huynh và giáo viên một cách trực quan; trường Liên cấp Newton thường xuyên nhắn tin trao đổi về CLKK cho phụ huynh và giáo viên qua các nhóm liên lạc chung. Hàng năm, các cuộc thi thiết kế máy đo, máy lọc không khí sử dụng cảm biến cũng được nhiều đơn vị quan tâm tổ chức. Trong đó, nổi bật nhất là Cuộc thi thiết kế kỹ thuật của Viện Điện tử Viễn thông - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Tổ chức lần đầu vào năm 2019, đến nay cuộc thi đã và đang thu hút được rất nhiều đội đăng ký tham gia.
Nhiều thiết bị đo CLKK sử dụng cảm biến do các nhóm thanh niên thiết kế sáng tạo và có tính ứng dụng cao trong đời sống. Cuối năm 2019, trạm đo CLKK kết hợp năng lượng tái tạo được nhóm Thiết kế xanh 1516 chế tạo và lắp đặt ngay bên ngoài cổng trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội. Hệ thống có màn hình hiển thị chỉ số AQI theo thời gian thực, được sử dụng với mục đích cung cấp thông tin cho người dân, từ đó có hành động bảo vệ sức khỏe phù hợp.
Dữ liệu từ các thiết bị cảm biến đo CLKK còn được sử dụng để theo dõi một số nguy cơ và nguồn gây ô nhiễm. Người dân có thể sử dụng máy đo cầm tay để so sánh CLKK trong nhà và ngoài trời; dùng máy đo đặt tại các vị trí khác nhau trong nhà vào các thời điểm khác nhau (phòng bếp lúc nấu ăn, phòng khách lúc thắp hương, ban công…) để xem sự khác biệt về CLKK. Việc theo dõi thường xuyên dữ liệu đo CLKK có thể giúp cá nhân tìm hiểu một số nguyên nhân gây ô nhiễm xung quanh điểm đo đó.
Dữ liệu từ cảm biến bổ sung cho thông tin và mạng lưới quan trắc hiện có
Tại Việt Nam, đã có nhiều đơn vị tham gia phát triển mạng lưới máy đo nhằm hỗ trợ người dân theo dõi CLKK tại nơi mình sống theo thời gian thực, nhất là tại những địa phương và khu vực chưa có trạm quan trắc tự động, liên tục của nhà nước. Trong ba năm qua, số lượng các đơn vị trong nước và quốc tế tham gia vào sản xuất và lắp đặt các thiết bị cảm biến CLKK ngày càng tăng. Các thiết bị đo được lắp cả ở ngoài trời và trong nhà tại rất nhiều trường học, văn phòng, khu công nghiệp, các địa điểm công cộng và khu dân cư trên toàn quốc. Một số mạng lưới theo dõi CLKK do các trường đại học, viện nghiên cứu phát triển và vận hành có thể kể đến như AirNet (Dự án của Trung tâm Công nghệ tích hợp liên ngành Giám sát hiện trường - FIMO), AirSENSE (Dự án của Sparc Lab - Đại học Bách Khoa Hà Nội) và Healthy Air (Dự án của Viện TN&MT, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh). Các công ty trong nước sản xuất và lắp đặt thiết bị cảm biến đo CLKK có PAMAir, tMonitor, Puritrak… Thông tin về CLKK từ mạng lưới máy đo tư nhân cũng được sử dụng để đưa tin cho công chúng thông qua các bản tin thời tiết hàng ngày trên các kênh truyền thông của Đài truyền hình Việt Nam (VTV), Đài tiếng nói Việt Nam (VOV) và các đơn vị báo chí khác. Số lượng trang thông tin, ứng dụng và thiết bị cảm biến đo CLKK của quốc tế được sử dụng tại Việt Nam cũng khá nhiều và đa dạng, có thể kể đến như AirVisual, Airnow, Aqicn, Google Earth hay Air-quality, Windy, Mekong Air Quality Explorer, PurpleAir, Sensor.Community, BreezoMeter, Plume Labs…
Máy đo CLKK sử dụng cảm biến được đặt gần bếp để theo dõi nồng độ bụi PM2.5 trong quá trình nấu ăn
Dữ liệu công bố từ mạng lưới quan trắc tư nhân đã góp phần không nhỏ giúp cộng đồng có thêm thông tin về thực trạng ÔNKK, từ đó mỗi cá nhân có ý thức bảo vệ sức khỏe của mình khi CLKK diễn biến xấu. Bên cạnh đó, dữ liệu cảm biến còn là số liệu đầu vào quan trọng để các nhà nghiên cứu có thêm cơ sở đánh giá xu hướng và diễn biến của ÔNKK cũng như tác động của các chất ô nhiễm đến sức khỏe con người.
Sử dụng cảm biến trong nghiên cứu khoa học
Hiện đã có rất nhiều viện, trường đại học trong nước ở Thái Nguyên, Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Bình Dương sử dụng cũng như chế tạo các thiết bị cảm biến để phân tích về ô nhiễm không khí và tác động đến sức khỏe. Nhóm nghiên cứu của TS. Lý Bích Thủy tại Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Đại học Bách Khoa Hà Nội đã xuất bản nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng cảm biến CLKK trong phân tích xu hướng biến thiên nồng độ bụi theo không gian và thời gian, giám sát CLKK gần nguồn thải và quan trắc phơi nhiễm. Năm 2019, nhóm của TS. Thủy đặt các cảm biến đo bụi PM2.5 và CO ở gần bếp than tổ ong để xem xét tác động đến sức khỏe con người, thấy rằng, cùng với mức nền không khí xung quanh, phơi nhiễm với khói độc từ bếp than tổ ong đã tạo ra nguy cơ ung thư ở mức trung bình cho cả người đứng gần và đứng xa bếp. Qua đó, Sở TN&MT Hà Nội đã vận động chính quyền xóa bỏ toàn bộ bếp than tổ ong trên địa bàn thành phố. Sau một năm rưỡi hành động, Hà Nội đã xóa bỏ được khoảng 96,23% số bếp than tổ ong và chỉ còn khoảng 2.000 bếp than cần giải quyết, tính đến giữa năm 2021.
Xu hướng gần đây của các bên nghiên cứu là sử dụng kết hợp dữ liệu từ cảm biến cùng với vệ tinh và trạm quan trắc truyền thống để làm rõ hiện trạng, đặc điểm, nguồn và ảnh hưởng của ô nhiễm bụi mịn. Trong đó, Đại học Công nghệ (Đại học Quốc gia Hà Nội) cùng nhiều nhà khoa học khác đã thực hiện Báo cáo Hiện trạng bụi PM2.5 ở Việt Nam giai đoạn 2019 - 2020 sử dụng dữ liệu đa nguồn từ trạm quan trắc truyền thống, cảm biến và dữ liệu vệ tinh.
Có thể thấy, tại Việt Nam, tiềm năng và nhu cầu sử dụng công nghệ cảm biến trong giám sát CLKK là rất lớn. Chúng ta cần tham khảo các kinh nghiệm và xu thế quốc tế để thúc đẩy ứng dụng công nghệ cảm biến cho nhiều mục đích như giáo dục, nâng cao nhận thức, nghiên cứu, bổ sung dữ liệu cho hệ thống quan trắc nhà nước. Ở các nước phát triển như Mỹ, các thiết bị cảm biến cũng được ứng dụng đa dạng trong giáo dục và đời sống. Mặc dù thông tin từ cảm biến chưa đạt chất lượng và hiệu lực pháp lý như các thiết bị quan trắc theo quy định, nhưng cũng có thể được sử dụng như chỉ dấu cho những quyết sách của chính quyền. Trên thực tế, đã có một số cơ quan quản lý ở tiểu bang tại Mỹ dùng những cảm biến chi phí thấp để sàng lọc, tìm ra nơi họ thực sự muốn đặt các trạm đo chuẩn. Hiện tại, Mỹ cũng bắt đầu có xu hướng tích hợp cả hai hệ thống dữ liệu (cảm biến và trạm quan trắc nhà nước). Hay tại các nước châu Âu, dù đã có các trạm quan trắc đạt chuẩn nhưng người dân tại nhiều thành phố đang tham gia vào chương trình khoa học công dân để tự lắp máy đo và tham gia cùng một mạng lưới gọi là Sensor.Community để theo dõi các diễn biến về bụi mịn và các chất ô nhiễm quanh gia đình mình.
Đây là những kinh nghiệm và cách tiếp cận mà Việt Nam có thể học tập, khi tận dụng được thế mạnh của cả hệ thống trạm quan trắc của nhà nước lẫn mạng lưới cảm biến giá rẻ. Trong thời đại 4.0, công nghệ và kỹ thuật quan trắc phát triển nhanh, phục vụ nhu cầu thông tin khác nhau của xã hội, cần khuyến khích các tổ chức, cá nhân tham gia nhiều hơn nữa vào giám sát CLKK. Ngoài ra, để tăng tính minh bạch và chính xác cho thông tin, các bên cần đảm bảo số liệu công bố cho cộng đồng phải kèm theo thông tin về vị trí quan trắc, phương pháp quan trắc, độ chính xác của thiết bị hoặc giới hạn báo cáo của phương pháp và chịu trách nhiệm về số liệu công bố của mình. Như vậy sẽ khuyến khích khoa học phát triển, các tổ chức sáng tạo và cộng đồng tham gia nhiều hơn trong giám sát CLKK, phù hợp với các chủ trương, chính sách của Đảng và Nhà nước.
Nguyễn Quỳnh Giao
Dự án Chung tay vì không khí sạch
Trung tâm Sống và Học tập vì Môi trường và Cộng đồng (Live&Learn)
(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường, số 11/2021)
