Carbon đen, chất ô nhiễm nguy hiểm, là tác nhân chính góp phần gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu. Các hạt gây hại này được phát thải vào khí quyển khi nhiên liệu hóa thạch và sinh khối bị đốt cháy không hoàn toàn, điển hình như khói từ động cơ diesel, nhà máy nhiệt điện than hoặc các hoạt động nấu nướng, sưởi ấm bằng than củi trong hộ gia đình.
Thực tế tác động của carbon đen có thể được giảm thiểu đáng kể, nhưng đòi hỏi những hành động khẩn cấp để chuyển đổi sang các nguồn năng lượng sạch hơn.
Vì sao cần đo lường carbon đen?
Carbon đen gây hại cho môi trường và sức khỏe con người. Việc đo lường chính xác chất này đóng vai trò quan trọng vì những lý do sau:
Thứ nhất, hỗ trợ hoạch định chính sách khí hậu nhanh chóng. Với khả năng tác động mạnh trong ngắn hạn đến khí hậu, các số liệu đo lường và ước tính phát thải carbon đen chính xác sẽ giúp cải thiện tình hình khí hậu khi các chính sách giảm thiểu được triển khai hiệu quả.
Do nguồn phát thải carbon đen khác nhau giữa các quốc gia và khu vực, nên đặc điểm phát thải cũng rất đa dạng. Việc hiểu rõ đặc điểm phát thải theo vùng sẽ giúp xây dựng các chính sách phù hợp, hiệu quả hơn trong ứng phó với biến đổi khí hậu.
Hiện nay, nhiều quốc gia chưa có biện pháp quản lý riêng đối với carbon đen, mà chỉ gộp chung trong các danh mục như bụi mịn PM2.5. Tuy nhiên, đang có nhiều ý kiến kêu gọi ban hành quy định độc lập đối với carbon đen. Các số liệu đo lường và ước tính chính xác sẽ là nền tảng cho những chính sách chuyên biệt này.
Thứ hai, hiểu rõ toàn diện tác động của carbon đen. Không giống nhiều chất ô nhiễm khác, carbon đen gây ảnh hưởng đa chiều, từ sức khỏe, chất lượng không khí đến biến đổi khí hậu toàn cầu. Nó có thể gây ra các bệnh về phổi và tim mạch, đồng thời góp phần làm tan băng, thay đổi hình thái mây và ảnh hưởng đến tuần hoàn khí quyển.
Việc xác định nguồn gốc và đặc điểm phát thải cũng giúp đánh giá chính xác ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái xung quanh. Các phép đo chính xác sẽ giúp giới khoa học và nhà quản lý hiểu và xử lý các tác động này một cách toàn diện hơn.
Cách đo lường carbon đen
Có nhiều phương pháp đo carbon đen, nhưng phổ biến nhất là phương pháp nhiệt/quang và phương pháp hấp thụ ánh sáng.
Phương pháp nhiệt/quang là một phương pháp gián tiếp để đo “carbon nguyên tố” (EC) trong khí quyển, loại carbon có tính chất rất gần với carbon đen nên thường được dùng làm đại diện. Các hạt bụi trong không khí được thu gom lên giấy lọc, sau đó được nung nóng theo từng mức để làm bốc hơi các thành phần carbon.
Tuy nhiên, carbon hữu cơ (OC) cũng có thể bị bốc hơi trong quá trình này, khiến kết quả đo EC bị sai lệch. Để khắc phục, người ta sử dụng hiệu chuẩn quang học, dùng laser hoặc ánh sáng để phân biệt OC và EC trên giấy lọc. Ưu điểm của phương pháp này là độ chính xác cao và phân biệt tốt giữa các loại carbon, nhưng nhược điểm là chi phí đầu tư ban đầu lớn, thao tác phức tạp và không phù hợp với đo thời gian thực.
Trong khi đó, phương pháp hấp thụ ánh sáng đo carbon đen dựa trên khả năng hấp thụ ánh sáng ở bước sóng 880 nm, bước sóng mà ít chất khác có thể hấp thụ. Bằng cách đo cường độ ánh sáng truyền qua giấy lọc trước và sau khi thu mẫu, người ta có thể ước lượng lượng carbon đen dựa trên độ suy giảm ánh sáng.
Giá trị này sau đó được quy đổi bằng Định luật Beer-Lambert để tính ra khối lượng carbon đen. Trong số các kỹ thuật dựa trên hấp thụ, phương pháp Aethalometer là phổ biến nhất do chi phí hợp lý và khả năng đo theo thời gian thực.
Những thách thức trong việc đo lường carbon đen
Thiếu phương pháp chuẩn hóa toàn cầu. Hiện chưa có một tiêu chuẩn quốc tế thống nhất về đo lường carbon đen, gây khó khăn trong việc so sánh và tích hợp dữ liệu giữa các nước. Một số tổ chức quốc tế đã đưa ra hướng dẫn tạm thời, đồng thời các chương trình như Global Atmosphere Watch (GAW) và EURAMET đang nỗ lực xây dựng các tiêu chuẩn chung.
Khó phân biệt với các loại khí dung khác. Carbon đen thường xuất hiện cùng nhiều chất phát thải khác từ quá trình đốt cháy không hoàn toàn, khiến việc phân tách và đo riêng lẻ trở nên phức tạp. Hiện nay, các công nghệ tiên tiến như máy đo đa bước sóng Aethalometer hay thiết bị phân tích từng hạt đơn lẻ (SP2) đang được phát triển để khắc phục vấn đề này.
Khó khăn trong đo ở các khu vực xa xôi. Như tại các khu vực hẻo lánh như Bắc Cực hay ngoài đại dương, điều kiện khắc nghiệt và việc thiếu cơ sở vật chất khiến việc triển khai thiết bị đo gặp trở ngại. Để vượt qua, các giải pháp như vệ tinh hoặc thiết bị bay không người lái đang được nghiên cứu và ứng dụng.
Gánh nặng kinh tế và vận hành. Mỗi phương pháp đo đều có yêu cầu khác nhau về chi phí đầu tư và vận hành. Trong khi các nước phát triển dễ dàng triển khai các công nghệ hiện đại, thì các quốc gia đang phát triển lại gặp khó khăn do hạn chế về ngân sách và nhân lực chuyên môn. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp với điều kiện kinh tế và kỹ thuật của từng nơi là một thách thức lớn.
Chìa khóa ứng phó biến đổi khí hậu
Đo lường và phân tích chính xác carbon đen là một thách thức không thể bỏ qua nếu muốn đưa ra các chính sách ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu. Dù công nghệ ngày càng phát triển, vẫn còn nhiều rào cản phải vượt qua. Việc khắc phục những khó khăn này sẽ giúp cung cấp dữ liệu tin cậy hơn, góp phần quan trọng trong hoạch định chiến lược khí hậu toàn cầu.
Do đó, cần đẩy mạnh phát triển công nghệ đo carbon đen và tăng cường hợp tác quốc tế trong thời gian tới.
