Thực tiễn ứng dụng công nghệ cảm biến trong giám sát chất lượng không khí

Thiếu thông tin về chất lượng không khí: Thách thức lớn đối với lĩnh vực môi trường

Ngày 22/9/2021, sau 15 năm, Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã cập nhật Hướng dẫn toàn cầu về chất lượng không khí (CLKK), trong đó thắt chặt các ngưỡng khuyến nghị đối với 6 chất ONKK chính, trong đó có bụi PM_2.5. Hướng dẫn cũng nêu rõ ô nhiễm không khí (ONKK) hiện là một trong những mối đe dọa môi trường lớn nhất đối với sức khỏe con người, gây ra bảy triệu ca tử vong sớm mỗi năm. 

Theo WHO, ONKK hiện là một trong những mối đe dọa môi trường lớn nhất đối với sức khỏe con người, gây ra 7 triệu ca tử vong sớm mỗi năm. Nhiều nghiên cứu mới nhất cũng chỉ ra rằng dịch COVID-19 có xu hướng nghiêm trọng hơn ở những khu vực bị ô nhiễm không khí nặng hơn.

Tại Hà Nội, nghiên cứu mới đây về tác động của ô nhiễm bụi PM_2.5 đến sức khỏe cộng đồng năm 2019 đã chỉ ra rằng nếu nồng độ bụi PM_2.5 trên địa bàn Hà Nội được kiểm soát, kỳ vọng sống của người dân Hà Nội có thể tăng lên ít nhất từ 2 - 3 năm.

Để cải thiện CLKK, chúng ta cần phải biết được hiện trạng CLKK và phân tích được nguyên nhân gây ONKK để từ đó đưa ra được chiến lược và các chương trình hành động cụ thể. Tuy nhiên, theo tài liệu công bố gần đây của Chương trình Môi trường Liên hợp quốc (UNEP), 60% các quốc gia (tương đương 1,3 tỷ người hay 18% dân số thế giới) đang không được tiếp cận với thông tin liên tục hay báo cáo hàng năm về CLKK từ các trạm quan trắc PM_2.5 mặt đất. Theo dõi CLKK không giúp làm giảm mức độ ô nhiễm, nhưng dữ liệu từ việc quan trắc giúp xây dựng thông tin rõ ràng về hiện trạng và kêu gọi hành động.

Nhìn chung, đã và đang có nhiều nỗ lực kiểm soát ONKK và đạt được một số cải thiện nhất định. Báo cáo Hiện trạng Không khí toàn cầu 2020 đã chỉ ra, phơi nhiễm với nồng độ PM_2.5 trong một số khu vực như Đông Nam Á, Nam Á và châu Đại Dương đã giảm trong giai đoạn 2015-2019.

Ứng dụng công nghệ cảm biến: Thay đổi cách người dân giám sát CLKK

Để giúp người dân biết được sự hữu hình của vấn đề vô hình này, các cơ quan chính phủ, nhà khoa học và các công ty tại nhiều quốc gia trên thế giới đã có nhữngnỗ lực để liên tục cung cấp thông tin theo thời gian thực về tình trạng CLKK. Dữ liệu quan trắc giúp nâng cao nhận thức của cộng đồng về ONKK, đồng thời hỗ trợ đánh giá xu hướng và tác động của , góp phần thực hiện và đánh giá hiệu quả của các giải pháp quản lý CLKK.

Mặc dù các trạm quan trắc truyền thống trên mặt đất vẫn là tiêu chuẩn vàng để đánh giá ONKK và sự phơi nhiễm của con người với các chất gây ô nhiễm mà họ hít thở, nhưng các công cụ này thường đắt đỏ và bị giới hạn về mặt không gian. Do vậy, nhiều quốc gia trên thế giới đang ứng dụng nhiều phương pháp và công nghệ mới để bổ sung dữ liệu từ những nơi không có trạm truyền thống, trong đó có công nghệ cảm biến và vệ tinh.

Các thiết bị cảm biến có kích thước nhỏ gọn, chi phí thấp, cách lắp đặt, vận hành và bảo trì tương đối đơn giản nên có thể được lắp đặt ở nhiều nơi và được nhiều người sử dụng. Còn công nghệ vệ tinh khai thác dữ liệu từ trên cao và sử dụng mô hình tính toán để ước tính nồng độ các chất ô nhiễm trên phạm vi rộng, thậm chí trên quy mô toàn cầu.

Cùng với các trạm quan trắc truyền thống, chúng đưa ra bức tranh đầy đủ hơn về CLKK xung quanh theo thời gian thực. Việc kết hợp phương pháp quan trắc truyền thống với tiến bộ của công nghệ mang đến cơ hội mới để hiểu và truyền đạt thông tin về CLKK. Sự tích hợp này có thể làm giảm chi phí vận hành mạng lưới và cho phép giám sát trên không gian rộng lớn hơn mà các công nghệ giám sát truyền thống khó đạt được.

Trong những năm qua, một loạt mạng lưới quan trắc sử dụng cảm biến chi phí thấp của tư nhân và dự án cộng đồng đã xuất hiện, cung cấp thông tin công khai về CLKK ở nhiều địa điểm mà trước đây không hề có. Những ứng dụng "ngoại" theo dõi CLKK như AirVisual, Air Matters, Air Quality, Windy hay những ứng dụng "nội" đang phát triển nhanh chóng như PAM Air, tMonitor,... khiến người dân trở nên quen thuộc hơn với việc theo dõi các chỉ số CLKK (AQI) hay các bảng xếp hạng về những thành phố ô nhiễm nhất thế giới. Nhờ đó, họ có thể hiểu và tham gia vào quá trình phản ảnh và tham gia cùng chính quyền trong việc xây dựng những giải pháp cải thiện tình trạng ONKK.

Chia sẻ tại hội thảo trực tuyến "Từ vô hình tới hữu hình - Ứng dụng công nghệ cảm biến trong giám sát CLKK: Kinh nghiệm quốc tế và tiềm năng cho Việt Nam" diễn ra sáng 30/9, TS. Andrea Clements, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA), cho biết cảm biến thường cung cấp dữ liệu theo thời gian thực. Tại Hoa Kỳ, các cảm biến PurpleAir được người dân sử dụng rộng rãi, nhằm truyền tải dữ liệu từ cộng đồng và được sử dụng để thảo luận với các cơ quan giám sát CLKK địa phương. 

Các nguồn dữ liệu này thậm chí còn được tích hợp vào bản đồ các đám cháy trên AirNow. Sự tương đồng tốt hơn giữa dữ liệu cảm biến và trạm tiêu chuẩn giúp đưa ra bức tranh xuyên suốt hơn về CLKK, bản tích hợp các dữ liệu từ vệ tinh về khói cũng như các thông tin về đám cháy, từ đó cung cấp thông tin nhanh chóng cho các cộng đồng bị ảnh hưởng bởi các đám cháy.

Còn theo ông Sean Khan, Giám đốc Chương trình toàn cầu Hệ thống giám sát CLKK của UNEP, UNEP đang thúc đẩy rất nhiều nỗ lực cải thiện CLKK toàn cầu, trong đó đánh giá các mạng lưới LCS giám sát CLKK và kết hợp quan trắc vệ tinh và mặt đất tại các quốc gia đang phát triển mà đang thiếu hụt dữ liệu CLKK..

Tại Việt Nam, trong bối cảnh mạng lưới quan trắc không khí của nhà nước còn chưa thể đáp ứng nhu cầu nắm bắt thông tin về CLKK, một mạng lưới quan trắc phổ thông, tự phát do các nhóm nhỏ trong nước lắp đặt đã hình thành và phát triển với tốc độ nhanh chóng. Các mạng lưới này thu thập dữ liệu từ hàng ngàn thiết bị cảm biến chi phí thấp do các gia đình hay tòa nhà tự lắp đặt, các mạng lưới này chia sẻ công khai dữ liệu quan trắc CLKK theo thời gian thực lên các nền tảng công nghệ để tất cả mọi người dễ dàng theo dõi. 

Có thể kể đến các mạng lưới nổi bật như PAM Air của Công ty D&L; mạng lưới FairNet của trường Đại học (ĐH) Công nghệ, ĐH Quốc gia Hà Nội; dự án AirSENSE (Hệ thống quan trắc chất lượng không khí cho môi trường và giáo dục STEM) của ĐH Bách khoa Hà Nội, hay mạng lưới quan trắc chất lượng không khí (AirNet) tại Hà Nội của Trung tâm Công nghệ tích hợp liên ngành giám sát hiện trường, Trường ĐH Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà Nội,... Đây là những nguồn cung cấp dữ liệu CLKK phong phú và phần nào bù đắp các vùng thông tin còn trống.

Dữ liệu mới đầy đủ hơn, dễ theo dõi hơn đã bắt đầu làm thay đổi nhận thức về ONKK, khiến chúng trở nên "hữu hình" hơn với tất cả mọi người. Họ bắt đầu có thói quen kiểm tra tình hình CLKK mỗi khi ra khỏi nhà, và quan tâm đến những giải pháp giảm thiểu ONKK.

Theo TS. Lý Bích Thủy, ĐH Bách Khoa Hà Nội, hiện các cảm biến giá thành thấp này đang được ứng dụng rộng rãi trong phân tích xu hướng biến thiên nồng độ theo thời gian và không gian, trong giám sát CLKK gần nguồn phát thải và trong quan trắc tiếp xúc.

Chia sẻ thêm về vấn đề này, TS. Hoàng Dương Tùng, Chủ tịch Mạng lưới không khí sạch Việt Nam, nguyên Phó Tổng cục trưởng Tổng cục Môi trường, cho biết, tại Việt Nam, hệ thống quan trắc CLKK chưa được đầu tư nhiều cả về số lượng và chất lượng. Phần lớn các tỉnh, thành phố chưa có trạm quan trắc chuẩn tự động do chi phí đầu tư và vận hành lớn (khoảng 5 - 10 tỷ đồng đầu tư ban đầu và 1 tỷ đồng chi phí vận hành hằng năm). Chúng ta cũng gặp rất nhiều khó khăn trong phân tích nguyên nhân gây ô nhiễm không khí do không kiểm soát được nguồn thải đến từ phương tiện giao thông, công trình xây dựng, làng nghề, nhà máy hay các hoạt động dân sinh như đốt rác, đốt rơm rạ.

Để lấp đầy khoảng trống này, nhiều địa phương đã thực hiện quan trắc định kỳ với tần suất phụ thuộc vào kinh phí của từng địa phương. Thế nhưng, việc chia sẻ số liệu quan trắc thì gần như là không có. Do đó, theo ông Tùng, bên cạnh số liệu quan trắc thì việc đồng bộ, chia sẻ dữ liệu cũng như đảm bảo chất lượng dữ liệu cũng là những thách thức lớn. Do đó, cần thúc đẩy phát triển xây dựng mạng lưới quan trắc nhiều hơn để có thể chia sẻ số liệu đến người dân được nhiều hơn, bởi nếu chỉ trông chờ vào các trạm quan trắc có chi phí rất do nhà nước đầu tư thì sẽ không khả thi.

Tại Hội thảo, các chuyên gia cũng nhận định cần phải khẩn trương xây dựng khung chính sách để phối hợp đồng bộ các giải pháp kiểm soát ONKK trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là quan trắc CLKK./.

Ngọc Diệp