19/09/2022
Khí thải giao thông đường bộ được cho là nguyên nhân chính gây ô nhiễm không khí (ÔNKK) đô thị. Tuy nhiên các chính sách kiểm soát không khí sạch trong thập kỷ gần đây đã dẫn đến việc giảm sâu lượng phát thải trên mỗi phương tiện giao thông. Điều này đặt ra một câu hỏi về khả năng rằng chúng ta có thể giảm hơn nữa lượng khí thải giao thông đường bộ để cải thiện chất lượng không khí đô thị hay không? Bài viết tóm tắt đặc trưng cơ bản của các chất ÔNKK từ nguồn giao thông cùng với những gợi ý chính sách quan trọng trong việc giảm thải ÔNKK từ nguồn này dựa trên những kinh nghiệm và kết quả phân tích dữ liệu quan trắc không khí ở các siêu đô thị trên thế giới.
Đặc trưng ÔNKK từ nguồn giao thông đường bộ
Giao thông đường bộ góp phần gây ô nhiễm trong khí đô thị thông qua ba cơ chế chủ yếu như sau:
Thứ nhất, đó là các chất dạng bụi và khí được thải ra trực tiếp từ động cơ của phương tiện giao thông.
Thứ hai, các chất gây ÔNKK thứ cấp được hình thành từ khí/hạt sơ cấp kể trên dưới sự tác động của quá trình lý - hóa trong khí quyển.
Thứ ba, các chất ô nhiễm được sinh ra từ sự ma sát giữa mặt đường, lốp xe và phanh xe cũng như bụi được cuốn lên từ mặt đường. Không giống như khí thải trực tiếp từ động cơ, loại khí thải không trực tiếp thoát ra từ động cơ thứ ba này chưa được kiểm soát bởi các các đạo luật quản lý không khí sạch hiện hành.
Một số chất khí thải từ xe cộ được quan tâm nhiều bao gồm các oxít của khí ni-tơ (NOx), lưu huỳnh (SO2), các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) và khí CO. Trong khi đó, các hạt bụi từ nguồn này có thể có kích cỡ rất rộng từ vài nano-mét (nm) tới hàng chục micro-mét. 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 micro-mét [1].
Ảnh hưởng của nguồn giao thông đường bộ tới chất lượng không khí ở các siêu đô thị
Có thể đánh giá ảnh hưởng của nguồn ô nhiễm giao thông lên chất lượng không khí đô thị một cách đơn giản thông qua việc phân tích nồng độ gia tăng của chất ô nhiễm ở khu vực đường giao thông (nồng độ chênh lệch của chất ô nhiễm được đo ở trạm quan trắc gần đường giao thông với trạm nền). Mặc dù đây không phải là thước đo cho toàn bộ đóng góp của giao thông đường bộ vào mức độ ô nhiễm không khí đô thị, nhưng thể hiện thành phần chính trực tiếp do giao thông đường bộ gây ra. Một các tương tự chúng ta cũng có thể ước lượng được sự đóng góp của các nguồn gây ÔNKK đô thị khi so sánh nồng độ giữa trạm nền đô thị và nông thôn [Hình 1].
Hình 1. Sơ đồ về ô nhiễm do giao thông tạo ra trên toàn thành phố (Nguồn dịch từ Harrison - Tạp chí Khoa học khí quyển và khí hậu [2])
Bằng phương pháp này, chúng tôi đã phân tích hơn 11 triệu dữ liệu để ước tính đóng góp của giao thông đường bộ vào mức độ ô nhiễm ở khu vực ven đường và đô thị ở một số siêu đô thị trên thế giới. Kết quả của chúng tôi xác nhận rằng giao thông đường bộ vẫn là một nguồn chủ yếu của nitơ đi-ôxít (NO2) và là một nguồn đáng kể của các chất hạt thô sơ cấp ở các thành phố châu Âu. Tuy nhiên, hiện nó chỉ chiếm một thành phần tương đối nhỏ của bụi mịn (PM2.5) tổng thể tại các vị trí nền đô thị ở các thành phố có sự kiểm soát chặt chẽ về phát thải giao thông.
Cụ thể, mức gia tăng nồng độ bụi mịn từ khu vực giao thông bên đường ở sáu thành phố lớn (Luân-Đôn, Pa-ri, Berlin, Istanbul, Bắc Kinh và Hồng Kông) rất giống nhau, dao động khoảng từ 2 microgram trên một mét khối (μg/m3) ở Berlin và Istanbul đến cỡ 5 μg/m3 ở Pa-ri, Bắc Kinh, Luân - Đôn và Hồng Kông. Tỷ lệ phần trăm gia tăng so với nền đô thị theo giao thông dao động từ 7,5% (Bắc Kinh) đến gần 50% (Luân-Đôn). Điều này được phản ánh trong Hình 2, cho thấy sự gia tăng nồng độ rất lớn bên lề đường ở Luân-Đôn và Pa-ri nhưng mức độ gia tăng nhỏ ở Bắc Kinh và Berlin.
Ở chiều ngược lại, mức gia tăng khí NO2 do giao thông rất lớn ở tất cả các thành phố, dao động từ 14 μg/m3 ở Berlin đến 59 μg/m3 ở Pa-ri. Tỷ lệ tăng NO2 so với nền đô thị do giao thông dao động từ 38% ở Bắc Kinh đến 170% ở Luân Đôn (Hình 2- phía dưới). Tương tự, mức tăng NOx bên đường cũng là rất lớn, lần lượt là 47, 127 và 230 μg/m3 ở Berlin, Hồng Kông và Luân-Đôn. Khi tính đến sự đóng góp của giao thông đường bộ đối với nitrat thứ cấp và sol khí hữu cơ cũng như các hạt bụi thô, giao thông đường bộ tiếp tục có tác động đáng kể đến chất lượng không khí đô thị, mặc dù mức độ ảnh hưởng ở các thành phố là rất khác nhau.
Chính sách nào trong việc kiểm soát ÔNKK từ giao thông?
Theo nghiên cứu của chúng tôi, mặc dù xu thế đóng góp của giao thông đang giảm ở các thành phố phát triển trên thế giới đặc, nguồn giao thông vẫn đóng góp lớn vào ÔNKK đô thị. Sự đóng góp này cho từng chất ô nhiễm giữa các thành phố rất khác nhau. Do đó, không có một câu trả lời chung duy nhất cho tất cả các thành phố. Tùy thuộc hoàn cảnh từng đô thị cũng như điều kiện hạ tầng giao thông kinh tế ở các quốc gia khác nhau, chúng ta có những giải pháp tối ưu riêng cho từng thành phố.
Hình 2. Sự gia tăng nồng độ ô nhiễm khu vực đường giao thông và nền đô thị trong giai đoạn 2016 - 2018 (Nguồn [3])
Dựa trên những dữ liệu phân tích về xu hướng cũng như chính sách về quản lý ÔNKK từ nguồn giao thông ở các siêu đô thị lớn trên thế giới, chúng tôi cũng đã đưa ra những khuyến nghị về chính sách tiêu biểu cho ba loại đô thị với các hoàn cảnh khác nhau. Tất nhiên không phải tất cả các thành phố sẽ hoàn toàn phù hợp với những mô tả của ba loại đô thị này. Dưới đây là khuyến nghị của chúng tôi:
Với các thành phố phát triển trên thế giới có sự kiểm soát chặt chẽ về lượng khí thải giao thông (Luân-Đôn, Pa-ri)
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. Sử dụng xe điện sẽ có lợi ngay lập tức đối với NO2 nhưng chắc chắn sẽ dẫn đến nồng độ chất ô nhiễm ô-zôn bề mặt 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.
Với 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 Luân-Đôn, 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.
Với các thành phố ở nước ít 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.
TS. Vũ Tuân
Đại học hoàng gia Luân - Đôn, Anh Quốc
(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường, số Chuyên đề Môi trường không khí năm 2022)
Tài liệu tham khảo
T.V. Vu, D. C. S. Beddows, J.M. Delgado-Saborit and R. M. Harrison. “Source Apportionment of the Lung Dose of Ambient Submicrometre Particulate Matter”. In: Aerosol and Air Quality Research 16 (2016), pp. 1548–1557.
R.M. Harrison. “Urban atmospheric chemistry: a very special case for study”. In: npj Climate and Atmospheric Science 1 (2018), pp. 20175.
R.M. Harrison, T.V. Vu, H. Jafar, Z. Shi. “More mileage in reducing urban air pollution from road traffic”. In: Environment International (2021) pp. 106329.
