CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ CÁC NHÂN TỐ TÁC ĐỘNG ĐẾN LƯỢNG KHÍ THẢI CO2 1.1 Tổng quan về phát thải khí CO2 1.1 Khái niệm Carbon dioxide (CO2) là hợp chất có trong khí quyển được cấu thành từ một nguyên tử Cacbon và hai nguyên tử Oxi. Hợp chất này có thể tồn tại dưới dạng rắn, lỏng và khí, tuy nhiên ở điều kiện thường, CO2 tồn tại dưới dang khí. Khí CO2 có thể được sản sinh từ các quá trình diễn ra trong tự nhiên và các hoạt động của con người. Phát thải khí CO2 là việc khí CO2 được thải ra ngoài môi trường làm việc chung hoặc môi trường tự nhiên mà chưa qua xử lý.1 Một số nguồn phát thải CO2 Nguồn phát thải CO2 rất đa dạng, tuy nhiên ta có thể phân chia thành hai nguồn phát thải chính bao gồm: nguồn phát thải tự nhiên và nguồn phát thải nhân tạo.
Nguồn phát thải tự nhiên là các nguồn tạo ra khí CO2 thông qua các quá trình diễn ra trong tự nhiên như quá trình phân hủy, hô hấp của động vật. thực vật, … CO2 được phát thải từ các nguồn nhân tạo xuất phát từ các hoạt động sản xuất của loài người như xây dựng, đốt các loại nhiên liệu hóa thạch, … 1.1 Nguồn phát thải tự nhiên Các chu trình tự nhiên diễn ra trong đại dương, đất, động vật, thực vật và hoạt động của núi lửa là các nguồn phát thải khí CO2 tự nhiên. Trong đó, nguồn phát thải tự nhiên chủ đạo là từ chu trình trao đổi giữa đại dương và khí quyển thông qua quá trình khuếch tán. Bên cạnh đó, quá trình hô hấp của động thực vật và quá trình phân hủy đất là nguồn sản sinh lượng CO2 lớn thứ hai.
Một khối lượng nhỏ CO2 được phát thải do hoạt động phun trào của núi lửa. Lượng CO2 được sản sinh ra từ các nguồn phát thải tự nhiên này sẽ liên tục luân chuyển từ các nguồn phát thải đến các bể chưa carbon đã tồn tại hàng ngàn năm, điều này duy trì lượng 5 CO2 luôn ở mức ổn định và an toàn. Theo nghiên cứu của Le Quere. C và cộng sự (2013), gần 88% lượng CO2 nhân tạo xuất phát từ hoạt động đốt các nhiên liệu hóa thạch để phục vụ cho công nghiệp sản xuất và dịch vụ, còn lại là kết quả của nạn chặt phá rừng và sử dụng đất.
Núi lửa phun trào Khác 1% 3% Quá trình hô hấp và phân Sự trao đổi giữa khí quyển hủy đất và đại dương 26% 43% Quá trình hô hấp của động vật và thực vật 28% Biểu đồ 1.1 Phân bổ nguồn phát thải khí CO2 tự nhiên Nguồn: Tác giả tự tổng hợp Sự trao đổi giữa đại dương và khí quyển Có tới gần 43% lượng khí thải CO2 ngoài tự nhiên là được sản sinh ra từ sự trao đổi giữa khí quyển và đại dương. Quá trình này diễn ra theo cả hai hướng. Đại dương lưu trữ khí carbon dioxide trong nhiều thế kỷ. Khí carbon dioxide hòa tan trong nước biển được đại dương, bị nước xáo trộn trở lại bề mặt của biển và được làm nóng lên bởi nhiệt độ của mặt trời, sau đó bị giải phóng ra khí quyển.
Quá trình này diễn ra liên tục, ước tính mỗi năng tạo ra khoảng hơn 335 tỷ tấn khí CO2. Quá trình hô hấp của động vật và thực vật Quá trình hô hấp của động thực vật cũng là một trong những nguồn phát thải khí CO2 quan trọng, chiểm tới 27,6% lượng khí phải thải tự nhiên. Trong quá trình 6 hô hấp, động thực vật sẽ hít vào khí oxi và thải ra khí carbon dioxide giúp chuyển hóa dinh dưỡng dưới dạng năng lượng phục vụ cho các hoạt động sống cơ bản. Khí CO2 được gọi là sản phẩm phụ của quá trình này.
Trung bình hàng năm, quá trình này diễn ra và sản sinh ra xấp xỉ 215 tỷ tấn khí carbon dioxide. Quá trình hô hấp và phân hủy đất Rất nhiều sinh vật sống ở trong đất tạo ra năng lượng phục vụ cho sự sống như rễ cây, nấm, vi sinh vậy, … thông qua quá trình hô hấp. Các chất hữu cơ phân hủy cũng là một trong số đó (xác động thực vật chết). Quá trình hô hấp và phân hủy này sản sinh ra khoảng 25,6% lượng khí thải được phát thải tự nhiên.
Carbon dioxide là sản phẩm phụ của các quá trình này. Ước tính có khoản 215 tỷ tấn CO2 được sản sinh ra từ nguồn phát thải này mỗi năm. Núi lửa phun trào Lượng khí thải sinh ra bởi quá trình này chiếm khoảng 0,8% lượng phát thải CO2 tự nhiên. Núi lửa phun trào giải phóng các vật chất như magma, bụi, tro và các loại khí ẩn sâu dưới bề mặt của Trái Đất.
Carbon dioxide là một trong những khí đó. Quá trình này hàng năm tạo ra khoản 0,62 tỷ tấn khí thải CO2. Các loại khí phổ biến được phát thải khi núi lửa phun trào như hơi nước, CO2, SO2, … được hấp thụ bởi magma, sau đó sẽ bị giải phóng vào khí quyển.2 Nguồn phát thải nhân tạo Khối lượng CO2 nhân tạo ít hơn rất nhiều so với khối lượng phát thải tự nhiên nhưng cũng đã gây tác động tiêu cực và phá vỡ sự cân bằng của chu kỳ carbon đã tồn tại từ trước Cách mạng Công nghiệp. Sau khi nền công nghiệp phát triển thịnh vượng, lượng CO2 do con người tạo ra là con số nhiều hơn đáng kể.
Các hoạt động trong sản xuất và sinh hoạt như đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, hay chặt phá rừng là những tác nhân chủ yếu chính tăng nồng độ CO2 trong không khí. Le Quere (2013) đã nhận định, có đến 87% lượng khí CO2 nhân tạo được phát thải do việc đốt dầu mỏ, than đá và khí tự nhiên, 9,5% là xuất phát từ hoạt động chặt phá rừng và sử dụng đất, phần còn lại xuất phát từ phần lớn các quy trình công nghiệp. Hoạt động khai thác và sử dụng nhiên liệu hóa thạch 7 Con người đốt cháy nhiên liệu như than đá, dầu, khí tự nhiên, … để tạo ra năng lượng. Hầu hết thành phần carbon tích trữ trong nhiên liệu được chuyển hóa thành CO2 ngoài môi trường.
Các loại nhiên liệu không tái tạo được dùng nhiều nhất là than (chiểm 43% lượng khí CO2 thải ra do đốt cháy nhiên liệu), dầu (chiếm 20%) và khí tự nhiên (chiếm khoảng 20%). Có thể thấy rằng, than là loại nhiên liệu chứa hàm lượng carbon cao nhất, cũng là nhiên liệu có lượng tiêu thụ lớn. Ước tính mối tấn than đốt sẽ phải thải ra 2,5 tấn khí carbon dioxide. Nhà máy điện, cở sở nhà máy công nghiệp, phương tiện vận tải là ba ví dụ diển hình đại diện cho các ngành chủ yếu sử dụng năng lượng hóa thạch đó là ngành điện- nhiệt, công nghiệp và giao thông.
Lượng CO2 do con người tạo ra ít hơn nhiều so với lượng CO2 được phát thải tự nhiên. Tuy nhiên, chúng đã làm mất đi sự cân bằng vốn có trong chu kỳ Carbon. Cùng với sự phát triển của kinh tế xã hội, hoạt động của con người là nguyên nhân chính làm gia tăng nồng độ CO2 trong khí quyển. Khối lượng khí nhà kính được phát thải nhân tạo lớn nhất đến từ ngành sản xuất điện và nhiệt.
Những loại nhiên liệu có hàm lượng Carbon cao như than đá sẽ được sử dụng nhiều để tọ ra điện năng. Có thể thấy rằng, các quy trình sản xuất công nghiệp là những hoạt động tiêu tốn rất nhiều năng lượng. Ngoài ra, con người cũng cần tiêu thụ năng lượng cho các hoạt động sống hàng ngày và giải trí như chiếu sáng, sưởi ấm và một số thiết bị điện khác Ngành giao thông cũng bao gồm nhiều hoạt động phát thải lượng khí CO2 lớn. Đây là ngành tiêu thụ nhiều năng lượng nhiên liệu xăng dầu như dầu hỏa, dầu diesel, xăng, ….
Lượng CO2 phát thải từ ô tô, vận chuyển hàng hóa và xe tải là chủ yếu trong ngành này. Bên cạnh đó, vận tải biển cũng đóng góp không nhỉ khi tạo ra gần 14% lượng khí thải CO2 của ngành. Số lượng và tần xuất của tàu chuyên trở ít hơn nhiều so với giao thông đường bộ, tuy nhiên, chúng lại sử dụng các loại nhiên liệu thô không tinh chế và chất lượng thấp. Do đó, vận chuyển đường biển chiếm 1 tỷ tấn khí CO2.
Mức phát thải này thậm chí lớn hơn mức phát thải bình quân hàng năm của một số nước phát triển như Anh, Canada, Đức, … Công nghiệp cũng là lĩnh vực đóng góp không nhỏ vào lượng CO2 phát thải nhân tạo, bao gồm các hoạt động sản xuất, xây dựng, khai thác và nông nghiệp. 8 Trong số đó, sản xuất hàng hóa dịch vụ là ngành tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch nhiều nhất, điển hình như công nghiệp sản xuất xi măng, nhiệt độ phải lên đến 1450 độ mới có thể chế tạo xi măng. Hoạt động phá rừng và sử dụng đất Hoạt động chặt phá rừng và chuyển đổi sử dụng đấy làm gia tăng khoảng hơn 22% lượng khí thải carbon dioxide. Chu trình Carbon của cây cối và các loài thực vật khác diễn ra, hấp thụ CO2 và chuyển hóa thành các chất cần thiết để duy trì hoạt động sống.
Tuy nhiên, khi nạn phá rừng xảy ra, thực vật bị đốt cháy hoặc bị chết sẽ thải ra lượng carbon lưu trữ trong cây, giải phóng chúng trở lại bầu khí quyển, gây biến đổi khí hậu toàn cầu. Có thể hiểu rằng, điều quan trọng ở rừng không phải ở chỗ chúng có thể làm giảm lượng CO2 mà rừng là những hồ chứa carbon khổng lồ. Khi đó, một khu rừng bị tàn phá hoặc đốt cháy, hầu hết lượng carbon trong đó sẽ bị giải phóng trở lại khí quyển, từ đó khiến lượng CO2 tăng lên.2 Một số hậu của của sự gia tăng lượng khí thải CO2 Lượng CO2 mà Trái Đất hấp thụ tạo ra luôn vận động xoay vần, giúp duy trì sự cân bằng qua hàng thế kỷ. Tuy nhiên, có thể thấy rằng, con người đang phát triển với tốc độ nhanh chóng, điều này vừa là tín hiệu tích cực song cũng là tín hiệu báo động đối với chất lượng môi trường đang ngày càng xuống cấp.
Việc phát triển kinh tế xã hội đem lại cho con người cuộc sống tốt đẹp hơn, chất lượng được cải thiện hơn nhưng cũng đã tạo ra mối đe dọa trực tiếp đến cuộc sống của mọi sinh vật trên hành tinh do môi trường xuống cấp nghiêm trọng. Nguồn phát thải tạo ra do sự phát triển của loài người đang ngày một nhiều theo cấp số nhân, và chu trình carbon không bị đảo lộn trật tự khi không thể hấp thụ hết lượng phải thải ngày một lớn đó.