CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ LĨNH VỰC TRỒNG TRỌT 1. Tổng quan về phát thải khí nhà kính 1. Một số khái niệm Hiệu ứng nhà kính: Hiệu ứng nhà kính là nguyên nhân tăng nhiệt độ ở bề mặt trái đất và thay đổi dạng khí hậu. nhiệt độ trung bình toàn cầu được xác định bởi sự cân bằng giữa năng lượng từ mặt trời và năng lượng nhiệt từ mặt đất.
Hiện tượng các tia bức xạ sóng ngắn của Mặt Trời xuyên qua bầu khí quyển đến mặt đất và được phản xạ trở lại thành các bức xạ nhiệt sóng dài rồi được một số khí trong bầu khí quyển hấp thụ từ đó làm cho khí quyển nóng lên, được gọi là hiệu ứng nhà kính. Khí nhà kính (KNK): là những khí, thành phần của khí quyển, được tạo ra do tự nhiên và các hoạt động của con người. Chúng có khả năng hấp thụ các bức xạ sóng dài được phản xạ từ bề mặt Trái đất khi được chiếu sáng bằng ánh sáng mặt trời, sau đó phân tán nhiệt lại cho Trái đất, gây nên hiệu ứng nhà kính. Các KNK được qui định trong Công ước khí hậu bao gồm: các-bon đioxit (CO2), nitơ oxit (N2O), mê- tan (CH4), hidro-florua-cácbon (HFCs), perfloro-cácbon (PFCs), sulfur hexaflorit (SF6) (IPCC, 2013).
Phát thải khí nhà kính: là sự sinh ra các khí nhà kính từ bề mặt trái đất vào khí quyển và đóng góp vào hiệu ứng khí nhà kính (Collin dictionary). Tiềm năng gây nóng lên toàn cầu (Global Warming Potential – GWP): Tiềm năng gây nóng toàn cầu của một chất KNK nào đó được định nghĩa là tỉ số đo khả năng bẫy nhiệt của một đơn vị khối lượng của chất khí đó với một đơn vị khối lượng khí CO2 trong cùng một thời gian (năm) so sánh (ngắn có thể là 20 năm, thông thường là 100 năm hoặc dài hơn đến 500 năm). Nói cách khác, GWP là một chỉ số được sử dụng để ước lượng các tác động tiềm tàng trong tương lai của các loại KNK khác nhau đối với khí hậu toàn cầu theo nghĩa tương đối (IPCC, 2001). Ví dụ: Tính trên một đơn vị khối lượng cơ sở của chất khí và trong một khoảng thời gian 100 năm, GWP của CH4 cao gấp 28 lần so với CO2 và GWP của N2O cao gấp 2265 lần so với CO2 (IPCC, 2014).1: Giá trị quy đổi tiềm năng nóng lên toàn cầu của một số KNK chính Tiềm năng gây nóng lên toàn cầu Công thức trong 100 năm (GWP100) Khí nhà kính hóa học SAR AR4 AR5 (IPCC, 1995) (IPCC, 2007) (IPCC, 2014) Các-bon đioxit CO2 1 1 1 Mê-tan CH4 21 25 28 Nitơ oxit N2 O 310 298 265 Căn cứ theo nguồn gốc phát sinh, mức độ phát thải tuyệt đối và xu hướng phát thải cũng như mức độ ảnh hưởng đến tổng tiềm năng phát thải KNK của các quốc gia, các nguồn phát thải được chia thành 4 nhóm chính: Năng lượng; Quy trình công nghiệp và sử dụng sản phẩm; Nông nghiệp, lâm nghiệp và sử dụng đất; Chất thải.
Nguyên nhân và các nguồn phát thải khí nhà kính Các nguyên nhân chính gây gia tăng phát thải khí nhà kính được liệt kê sau đây: - Phát thải từ năng lượng: Là một trong những nguồn phát thải KNK lớn nhất hiện nay với tỷ trọng lớn nhất là 53,05% tổng lượng phát thải (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2014). Phát thải trong lĩnh vực năng lượng chia thành 3 nhóm: phát thải do đốt cháy nhiên liệu hóa thạch (trong các ngành công nghiệp năng lượng, hoạt động giao thông vận tải.); Phát thải tức thời (tức là lượng khí, hơi thải ra từ các thiết bị nén do rò rỉ, không mong muốn hoặc không thường xuyên từ quá trình khai thác, chế biến, vận chuyển nhiên liệu.) và hoạt động thu hồi và lưu trữ các bon. Trong đó, phát thải từ đốt nhiên liệu hóa thạch đóng góp đến 70% tổng lượng phát thải, tiêu biểu là từ các nhà máy điện và nhà máy lọc dầu… - Phát thải từ các quá trình công nghiệp và sử dụng sản phẩm (IPPU): phát thải từ lĩnh vực IPPU phát sinh trong các quy trình xử lý công nghiệp; việc sử dụng KNK trong các sản phẩm và sử dụng các bon trong các nhiên liệu hóa thạch không nhằm mục đích sản xuất năng lượng. Trong suốt các quy trình này, nhiều loại KNK được tạo ra bao gồm: CO2, CH4, N2O, HFCs và PFCs.
Lĩnh vực IPPU đóng góp khoảng 7% lượng khí thải tạo ra từ các nước trong phụ lục I (UNFCCC, 2008) và xấp xỉ 6% ở các nước không thuộc phụ lục I. 9 - Phát thải từ nông nghiệp, lâm nghiệp và sử dụng đất: các nguồn chủ yếu gây phát thải bao gồm phát thải CH4 và N2O từ chăn nuôi, trồng lúa nước, đất canh tác nông nghiệp, hoạt động đốt trong sản xuất nông nghiệp; Phát thải/hấp thụ CO2 trong lĩnh vực nông, lâm nghiệp và thay đổi sử dụng đất. Nói chung, lĩnh vực nông nghiệp, lâm nghiệp và sử dụng đất đóng góp khoảng 30% lượng phát thải KNK toàn cầu, chủ yếu là do CO2 phát thải từ những thay đổi trong sử dụng đất (phần lớn là do phá rừng nhiệt đới) và CH4, N2O từ trồng trọt và chăn nuôi gia súc. Tổng phát thải khí nhà kính năm 2010 trong lĩnh vực nông nghiệp Việt Nam là 89.751,8 ngàn tấn CO2 tương đương, trong đó phát thải từ canh tác lúa nước chiếm 49,4%, từ quá trình tiêu hóa thức ăn: 10,72%, từ quản lý phân bón: 9,69%, từ đất nông nghiệp: 26,95%, từ đốt phụ phẩm nông nghiệp: 2,15 % (Bộ TNMT, 2014).
- Phát thải từ chất thải: Các loại KNK có thể phát sinh trong lĩnh vực chất thải bao gồm: CO2, CH4 và N2O. Các nguồn phát sinh KNK chính trong lĩnh vực chất thải được ghi nhận là từ: chôn lấp chất thải rắn; xử lý sinh học chất thải rắn; thiêu hủy và đốt theo phương thức đốt mở chất thải; xử lý và xả nước thải. Thông thường, CH4 phát thải từ các bãi chôn lấp chất thải rắn chiếm tỷ lệ lớn nhất trong tổng lượng KNK của lĩnh vực này. CH4 trong xả và xử lý nước thải cũng đóng một vai trò tương đối quan trọng.
Những nguồn KNK và hoạt động sau của con người gây phát thải KNK được liệt kê sau đây: - Các-bon đioxit (CO2): đốt nhiên liệu hóa thạch, chất thải rắn, gỗ và các sản phẩm từ gỗ; sản xuất xi măng. Hoạt động của con người cũng có thể ảnh hưởng tới khả năng hấp thụ CO2 trong khí quyển của cây xanh và đất (ví dụ phá rừng hoặc tái trồng rừng). - Mê-tan (CH4): khai thác than, sản xuất khí đốt tự nhiên, phân hủy rác bằng cách vùi lấp trong đất, và khí thải do tiêu hóa của động vật. Ngoài ra, đầm lầy và tổ mối cũng là những nguồn chứa khí tự nhiên tiềm năng.
- Oxit nitơ (N2O): sử dụng phân đạm, sản xuất công nghiệp, đốt chất thải rắn và nhiên liệu hóa thạch. 10 - Chloro-fluoro-cácbon (CFC), hydro-chloro-fluoro-cácbon (HCFC), hydro-fluoro- cácbon (HFCs), perfluoro-cácbon (PFCs), sulfur hexa-fluoride (SF6): có trong các sản phẩm thương mại, sản phẩm công nghiệp và sản phẩm gia dụng. Nếu như sự gia tăng nồng độ khí CO2 trong khí quyển chủ yếu do sử dụng nhiên liệu hoá thạch và thay đổi sử dụng đất, thì CH4 và N2O phát thải chủ yếu từ hoạt động nông nghiệp. Khí CO2, CH4 và N2O là các khí nhà kính góp phần gây ra hiệu ứng ấm lên toàn cầu lần lượt ở mức 60%, 15% và 5% (IPCC, 2007).
Khí CH4 và N2O còn liên quan đến sự suy giảm lớp ôzôn (O3) ở tầng bình lưu của bầu khí quyển (IPCC, 1997). Khí CH4 hình thành chủ yếu từ sự phân hủy yếm khí các chất hữu cơ, các xác bã thực vật và động vật ở đất ngập nước và ruộng lúa, sự lên men đường ruột trong dạ dày của các loài đại gia súc móng guốc (Maunder, 1992). Các hoạt động sinh nhiều khí CH4 gồm canh tác lúa nước, chăn nuôi, chôn lấp rác thải và sự phân hủy tự nhiên của tàn dư thực vật trong hệ sinh thái đầm lầy. Khí CH4 còn bị rò rỉ từ trong lòng địa quyển ra khí quyển qua các hoạt động khai khoáng hoặc chế biến khoáng sản (than đá, dầu khí, …).
Đất lúa ngập nước là một trong những nguồn phát thải CH4 đáng kể do môi trường kị khí trong đất lúa nước là điều kiện lý tưởng cho quá trình sản sinh và phát thải khí CH4 (Corton, 1995). Theo Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA, 2016), hoạt động của con người đóng góp khoảng 50% lượng CH 4 trong khí quyển, còn lại là từ sự rò rỉ ở các lớp thổ nhưỡng và đại dương. Tổng lượng khí CH 4 phát thải hàng năm trên toàn cầu ước tính khoảng 30 – 60 tỉ tấn, tương đương khoảng 750 – 1.250 tỉ tấn CO2tđ (Soyez and Grab, 2008), trong đó khoảng 60% liên quan đến hoạt động của con người như nông nghiệp, sử dụng nhiên liệu hoá thạch và xử lý chất thải. Khí CH4 được xem là khí gây hiệu ứng nhà kính quan trọng thứ hai.
Khí N2O sản sinh từ nguồn gốc tự nhiên và từ nhân tạo (hoạt động nông nghiệp và công nghiệp). Nguồn thải N2O chủ yếu hiện nay từ sử dụng phân bón hóa học trong nông nghiệp, do đốt các nhiên liệu hóa thạch, phân giải các hợp chất hữu cơ, sản xuất các chất nylon, đốt sinh khối, phá rừng (Li, 2000). Theo kết quả công bố bản Báo cáo Đánh giá thứ hai của IPCC (1996) về Tiềm năng gây nóng toàn cầu 11 (GWP), khí N2O có khả năng giữ nhiệt trong khí quyển gấp 298 lần so với khí CO2 trong thời gian 100 năm. Khí N2O có khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại nhưng lại kém hoạt động (khí trơ) trong tầng bình lưu.
Trong tầng đối lưu N2O bị phá huỷ bởi các nguyên tử ôxy (O) hình thành NO. Chất khí này sẽ phản ứng với O3 dẫn đến làm phá huỷ tầng ôzôn (O3) trong khí quyển. Vì thời gian tồn tại của N2O trong khí quyển vào khoảng hơn 100 năm nên có ảnh hưởng lâu dài đối với nhiệt độ Trái Đất. Khí N2O là loại khí tham gia khoảng 6-8% thành phần gây hiệu ứng nhà kính.
Lượng N2O trong khí quyển hấp thụ trong tầng bình lưu là 10,5 Tg/năm. Nồng độ N2O trong khí quyển năm 2005 là 0,319 ppm, tăng gần 1,2 lần so với thời kỳ tiền công nghiệp (Bảng 1. Hàng năm, tổng lượng N2O thải vào bầu khí quyển khoảng 17,7 Gg N2O (Mosier và cộng sự, 1998). Hiện trạng phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực trồng trọt Nông nghiệp đóng vai trò quan trọng đối với hầu hết các quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các nước đang phát triển.
Hơn 60% dân số thế giới sống ở nông thôn và các sản phẩm nông nghiệp giúp duy trì an ninh lương thực.