MÔN HỌC SINH THÁI HỌC BÁO CÁO Chủ đề MUỘI THAN TRONG ĐÔ THỊ VÀ RỦI RO SỨC KHỎE CON NGƯỜI

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

MÔN HỌC: SINH THÁI HỌC BÁO CÁO

MỤC LỤC

MỤC LỤC IDANH MỤC HÌNH ẢNH III

2 THỰC TRẠNG CỦA MUỘI THAN 8

2.1.Đánh giá quy mô của muội than trong đô thị 8

2.2.Nguyên nhân hình thành muội than 9

2.2.1.Tại Việt Nam 9

2.2.2.Trên thế giới 12

2.3.Đánh giá ảnh hưởng của muội than 17

2.3.1.Quy mô Việt Nam 17

2.3.2.Quy mô trên thế giới 24

3 TÁC HẠI ĐẾN SỨC KHỎE VÀ GIẢI PHÁP 29

3.1.Các báo cáo nghiên cứu ảnh hưởng của muội than đến sức khỏe 29

3.2.Rủi ro đến sức khỏe con người hiện nay 30

3.3.Giải pháp phòng ngừa muội than 32

3.3.1.Thiết bị 32

3.3.2.Các giải pháp khác 34

4 CHÍNH SÁCH VÀ QUY ĐỊNH MÔI TRƯỜNG 35

4.1.Cơ sở pháp lý 35

4.2.Tiêu chuẩn EPA 36

4.2.1.Tiêu chuẩn EPA là gì? 36

4.2.2.Chiến lược của EPA 36

4.2.3.Dự kiến của EPA về muội than đến năm 2032 38

KẾT LUẬN 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Muội than (Nguồn: MDI) 4

Hình 2: Tổ chức đa quy mô của muội than /A Một tập hợp muội bao gồm các hạt hình cầu /B.Cấu trúc bên trong hạt sơ cấp hình cầu /C Đơn vị cơ bản của muội có trật tự gồm các lớp cacbon nhỏ song song [12] 5

Hình 3: Sơ đồ tóm tắt hình thành PAH và muội than trong quá trình đốt cháy [13] 7

Hình 4: Ước tính lượng khí thải muội than sơ đồ (a) hiển thị lượng phát thải muội than toàn cầu ( tổng cộng 7600 Gg; ước tính năm 2000), (b) hiển thị lượng phát thải muội than của Hoa Kỳ (tổng cộng 581 Gg; ước tính năm 2005) (Nguồn:US EPA) 8

Hình 5: Nguyên nhân, hỗn hợp và tác hại của muội than (Nguồn: MDPI) 9

Hình 6: Ô nhiễm không khí do đốt cháy nhiên liệu hóa thạch từ các phương tiện giao thông (Nguồn: Aerosol Magee Scientific) 9

Hình 7: Khói đen từ ống khói của nhà máy than (Nguồn: Nicholas Kusnetz) 10

Hình 8: Rác thải được đốt ở ven sông Nhuệ xã Tiền Phong (Nguồn: Hữu Hải) 11

Hình 9: Nồng độ muội than trong các căn bếp được lấy mẫu [14] 12

Hình 10: Đồ thị thể hiện số liệu nguyên nhân gây nên ô nhiễm không khí và bụi PM2.5 năm 2023 (Nguồn: CCAC) 12

Hình 11: Cháy rừng ở Siberia – Nga (Nguồn: ABC News) 13

Hình 12: Ước tính lượng khí thải muội than và carbon hữu cơ 2000-2012 [16] 14

Hình 13: Sự hình thành muội than trong ống dẫn núi lửa ở phun trào Plinian [20] 15

Hình 14: Quy trình khai thác dầu mỏ (Nguồn: Thanhanoi) 16

Hình 15: Khói chứa muội than thoát ra từ đèn bấc (Nguồn: Berkeley News) 17

Hình 16: Hiện trạng bụi PM2.5 tại Việt Nam năm 2020 [23] 18

Hình 17: Nền nhà của người dân ở tổ dân phố Nhiêu Hà dính đầy bụi than [24] 19Hình 18: Con đường liên huyện Phú Lương - Đại Từ chạy qua xã Phục Linh [25] 19Hình 19: Người dân thôn Vĩnh Phúc phản ánh khói bụi thải ra từ Nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 2.[26] 20

Hình 20: Bảng thống kê số lượng than và khí CO2 [27] 21Hình 21: Mô phỏng số về tác động của khí dung muội than đến khí hậu khu vực ở Đông Nam Á và Việt Nam, đơn vị 𝑚𝑔𝑚2 [27] 21

Hình 22: Hình ảnh muội đen bám trên lá [27] 22Hình 23: Tác động của muội than già đóng vai trò là hạt nhân ngưng tụ đám mây (Nguồn: Phys.org) 26

Hình 24: Các hạt muội than làm tối bề mặt sông băng Helheim ở phía đông nam Greenland (Nguồn: Worldoceanreview.com) 27

Hình 25: Khí thải tàu ở Đức (Nguồn: Jens Rusch) 28Hình 26:: Khói mù ở miền bắc Ấn Độ, chủ yếu là do đốt sinh khối và ô nhiễm không khí đô thị (Nguồn: NASA)[28] 29

Hình 27: Hình chụp X quang của bệnh nhân mắc bệnh bụi phổi (Nguồn: Vinmec) 31Hình 28: Phổi của công nhân ngành than mắc bệnh bụi phổi [42] 31Hình 29: Túi lọc bụi PPS chuyên xử lý muội than (Nguồn: TATAFILER) 32Hình 30: Cấu tạo hệ thống thu hồi bụi rung giũ khí nén (Nguồn: TATAFILER) 33Hình 31: Máy lọc không khí (Nguồn: Dienmayxanh) 34Hình 32: Dựa trên dữ liệu giám sát không khí giai đoạn 2020-2022, các vùng màu xanh đậm trên bản đồ biểu thị các quận không đáp ứng tiêu chuẩn PM2.5 hàng năm là 9 ug/m3 (Nguồn: US EPA) 38

PPS Polyphenylenesulfide – Túi lọc bụi chịu nhiệt cao cấp

NIOSH National Institute for Occupational Safety & Health –Viện quốc gia về an toàn và sức khỏe

IMO International Maritime Organization –Tổ chức hàng hải quốc tế HFO Heavy Fuel Oil – Dầu nhiên liệu nặng

LNG Liquefied Natural Gas – Khí tự nhiên hóa lỏng

EEDI Energy Efficiency Design Index – Chỉ số thiết kế hiệu quả năng lượng

MARPOL International Convention for the Prevention of Pollution from Ships – Công ước quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm do tàu gây ra

GIỚI THIỆU

1 Lí do chọn đề tài

Muội than hoặc muội đèn, là một chất màu đen dạng bột, được tạo ra từ quá trình đốt cháy toàn bộ các vật liệu có chứa lượng dầu nặng Đặc biệt, sự phổ biến của muội than trong đời sống hàng ngày đồng thời với nguy cơ sức khỏe mà nó mang lại đã làm nổi bật vấn đề này trở thành một ưu tiên đáng quan tâm trong nghiên cứu khoa học và chính sách công cộng Việc hiểu rõ về nguồn gốc và ảnh hưởng của muội than là bước quan trọng để xác định những biện pháp giảm thiểu rủi ro và tăng cường an toàn cho cộng đồng Lí do nhóm chọn đề tài này là vì muội than là một thành phần quan trọng trong nhiều sản phẩm hàng ngày, từ lốp xe đến mực in và gốm sứ và điều này đặt ra một loạt vấn đề về tác động của muội than đến sức khỏe con người và môi trường

2 Tính cấp thiết của đề tài

Tính cấp thiết của việc nghiên cứu về muội than trong đô thị và các rủi ro đối với sức khỏe con người là không thể phủ nhận Theo các chuyên gia nghiên cứu quốc tế, muội than được xem xét là một chất có thể gây bệnh ung thư cho con người, thuộc nhóm 2B - có bằng chứng qua thí nghiệm và một số biểu hiện không đầy đủ trên cơ thể người Một số nghiên cứu cũng chỉ ra rằng con người hít khí chứa than muội thì có nguy cơ mắc ung thư phổi cao hơn Những người sống gần các cơ sở sản xuất muội than hoặc ở các khu vực với mức ô nhiễm cao đang phải đối mặt với nguy cơ cao Đồng thời, việc hiểu rõ về tác động của muội than cũng mở ra cơ hội phát triển các công nghệ sản xuất sạch hơn và giảm thiểu tác động tiêu cực đối với sức khỏe và môi trường Đây là một vấn đề cấp bách, đặc biệt là trong bối cảnh nhu cầu phát triển bền vững ngày càng trở nên quan trọng Việc nâng cao nhận thức và sự hiểu biết của cộng đồng về nguy cơ của muội than là một phần không thể thiếu trong việc đảm bảo an toàn và sức khỏe cho cộng đồng đô thị

3 Mục đích đề tài

Mục đích của đề tài này là tìm hiểu và đánh giá các tác động của muội than đến sức khỏe con người và môi trường trong môi trường đô thị Từ những hiểu biết này, chúng ta có thể đề xuất các biện pháp và chính sách hợp lý nhằm giảm thiểu nguy cơ tác động tiêu cực và tăng cường an toàn cho cộng đồng Đồng thời, nghiên cứu cũng nhằm mục đích nâng cao nhận thức của cộng đồng và thúc đẩy sự hợp tác giữa các bên liên quan để xây dựng một môi trường sống lành mạnh và bền vững cho đô thị Điều này đồng nghĩa với việc tạo ra những chính sách quản lý hiệu quả, cung cấp thông tin chính xác và đáng tin cậy cho cộng đồng

1 TỔNG QUAN VỀ MUỘI THAN 1.1 Định nghĩa

Muội than là loại vật liệu màu đen, ở dạng hạt mịn kích thước từ khoảng 10 nm đến 1 mm, nhỏ hơn hạt bụi và nấm mốc, xấp xỉ 1/30 kích thước sợi tóc con người Muội than có thể tồn tại ở trạng thái rắn, lỏng hoặc khí dung (aerosols) Muội than được thải vào không khí dưới dạng các hạt nhỏ hoặc các giọt chất lỏng, một số hạt rắn được phát thải trực tiếp vào không khí và được vận chuyển hàng ngàn dặm kilomet từ các nguồn ô nhiễm Muội than chứa hơn > 50% các loại hữu cơ phụ thuộc vào nguồn và nhiên liệu, chẳng hạn như muội than diesel chứa carbon, hydro, oxy, lưu huỳnh và một lượng nhỏ kim loại Đặc biệt lượng nguyên tố carbon trong muội than nhỏ hơn 60% tổng khối lượng của hạt [1-3] Trong đó, các hydrocarbon thơm đa vòng (polycyclic aromatic hydrocarbon – PAH) là chất gây ung thư chính trong muội than [4-6] Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường mô tả muội than chủ yếu gây ra những tác hại cho sức khỏe cộng đồng do kích thước các hạt vật chất nhỏ dễ dàng xâm nhập vào phổi và máu gây ra ảnh hưởng nghiêm trọng dẫn đến tử vong sớm, đau tim, đột quỵ, viêm phế quản cấp tính và hen suyễn trầm trọng đặc biệt là ở trẻ em

Muội than là sản phẩm của các quá trình đốt cháy khác nhau, bao gồm khí thải động cơ diesel, khí thải các hạt vật chất (Particulate Matter – PM) của nhà máy điện đốt than và nồi hơi đốt dầu, đốt nhiên liệu hóa thạch đặc biệt là than đá hoặc từ nhiên liệu công nghiệp, sản xuất, lọc dầu và xe cơ giới Muội than từ khí thải xe cộ xuất phát từ đốt cháy dầu diesel, xăng và các vật liệu nhiên liệu gốc dầu mỏ khác có chứa các hạt cacbon và hydrocacbon thơm đa vòng (PAH) gắn vào nó [6] Thông thường, các hạt khí thải diesel (Diesel exhaust particles - DEP) được tạo thành từ lõi carbon với một số thành phần dễ bay hơi và bán bay hơi (như H2SO4 và chất hữu cơ) được hấp phụ [7,8] Khí thải xe cộ góp phần tạo ra khoảng 50% các hạt vật chất trong đô thị [9], đặc biệt chú ý đến các hạt nhỏ hơn của PM (PM 2,5 và PM 0,1) vì những hạt này có thể xâm nhập sâu vào các phần phế quản của phổi và gây ra nhiều mối nguy hiểm cho sức khỏe [10]

Hình 1: Muội than (Nguồn: MDI)

1.2 Đặc tính của muội than

Muội than sinh ra ngay sau đám cháy có có kích thước lớn hơn 1 µm, không bay trong không khí mà rơi xuống bề mặt gần nhất, khi kích thước hạt giảm (nhỏ hơn 2 mm) khả năng tồn tại trong khí quyển tăng lên, thúc đẩy quá trình vận chuyển đường dài nhờ mưa và dòng chảy cuốn trôi ra sông và đại dương [11] Các hạt muội than lớn hơn và các vật liệu cháy thành than không được vận chuyển sẽ tồn tại trên đất, thời gian và các quá trình tự nhiên như xáo trộn sinh học có thể trộn muội than với đất, thúc đẩy quá trình cô lập carbon và tăng cường khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng Muội than chủ yếu bao gồm các hydrocacbon thơm đa vòng và một số nhóm chức làm cho nó có khả năng chống phân rã Mức độ polymer hóa, cấu trúc cao phân tử và thành phần nhóm chức bề mặt của muội than bị ảnh hưởng bởi loại tiền chất đốt cháy (loại thực vật), thời gian và nhiệt độ đốt cháy khi không có oxy và mức độ cháy sau quá trình đốt cháy lão hóa hoặc phong hóa Cấu trúc thơm của muội than khiến nó bền về mặt hóa học, chức năng bề mặt và khả năng hấp thụ các khoáng chất và hợp chất hữu cơ khác tạo điều kiện thuận lợi cho bề mặt vật lý Những đặc tính này làm tăng tuổi thọ của nó trong môi trường bằng cách làm cho nó ổn định về mặt hóa học và nhiệt động Hơn nữa, muội than có tính kỵ nước và không tan trong dung môi hữu cơ bao gồm cả metan và axeton, và trong các thành phần khác của sol

khí trong khí quyển Tuổi thọ trung bình trong khí quyển của các hạt cacbon đen từ 4 - 12 ngày

Muội than được tạo thành từ rất nhiều hạt có kích thước hạt càng nhỏ thì bề mặt riêng càng lớn và bề mặt tối màu nên có tính chất hấp thụ trực tiếp bức xạ mặt trời tới trên tất cả các bước sóng khả kiến và tạo ra lực bức xạ dương trong khí quyển Muội than là vật liệu bền, chịu lửa, ít bị phân hủy trong điều kiện bình thường, có nhiệt độ hóa hơi gần 40000K Các hạt cacbon đen sơ cấp được xếp chồng lên nhau như những tấm than chì, cấu trúc xốp này cung cấp cho muội than những đặc tính vật lý và hóa học về bề mặt cụ thể cũng là khả năng gia cố, độ bền màu và độ dẫn điện tốt Muội than dẫn điện tốt nên được thêm vào cao su tự nhiên hoặc các vật liệu khác để giảm điện trở của chúng, đặc tính này là kết quả của cấu trúc các hạt muội than tiếp xúc với nhau tạo thành các kênh dẫn điện hoặc do "hiệu ứng đường hầm" của các electron nhảy giữa các hạt muội than phân tán Ngoài ra muội than có đặc tính tạo màu, ổn định nhiệt thích hợp cho việc tạo màu cho nhựa và màng, tính chất do kích thước hạt và sự tương tác của cấu trúc với ánh sáng Ngoài ra, muội than có khả năng hấp thụ tia cực tím tốt do khả năng ngăn chặn vết nứt nhờ ứng suất vì vậy muội than được thêm vào các vật liệu khác sẽ ngăn chặn sự suy thoái của tia cực tím

Hình 2: Tổ chức đa quy mô của muội than /A Một tập hợp muội bao gồm các hạt hình cầu /B.Cấu trúc bên trong hạt sơ cấp hình cầu /C Đơn vị cơ bản của muội có trật tự gồm

các lớp cacbon nhỏ song song [12]

1.3 Cấu trúc

Cấu trúc của muội than tương tự như cấu trúc của than chì, khi quan sát bằng kính hiển vi điện tử có thể thấy muội than tồn tại ở dạng tập hợp giống như “quả nho” đóng vai trò là cấu trúc chính Các tập hợp cấu trúc này thu hút lẫn nhau do lực Van der Waals và tạo thành các khối kết tụ, các tấm graphene xếp chồng lên nhau, ngoại trừ trường hợp muội than có cấu trúc ba chiều và ít trật tự hơn thể hiện sự kết hợp của các cấu trúc cacbon vô định hình và tinh thể Cụ thể, các tấm graphene màu đen cacbon song song với nhau nhưng không sắp xếp theo thứ tự, thường tạo thành các lớp bên trong đồng tâm Vì vật liệu chứa một phần đáng kể liên kết cacbon liên hợp có trong vùng tinh thể của hạt cacbon nên nói chung nó là vật liệu dẫn điện Muội than thông thường được tạo ra từ hydrocacbon nên các liên kết lơ lửng ở rìa của các lớp cacbon được bão hòa chủ yếu bằng hydro Ngoài ra, bề mặt hóa học của muội than chứa các dạng cacbon bị oxy hóa khác nhau như carboxylic, phenolic, quinonic và các nhóm chức hữu cơ tương tự với thành phần bề mặt cụ thể tùy thuộc vào điều kiện sản xuất hoặc bảo quản vật liệu Các nhóm oxy bề mặt trong muội than đôi khi được coi là hàm lượng dễ bay hơi Khi vật liệu được sử dụng làm mực xúc tác, chẳng hạn như để sản xuất pin nhiên liệu, thì hàm lượng chất dễ bay hơi thấp được yêu cầu để đảm bảo độ dẫn điện cao Ngược lại, ngành công nghiệp mực in và sơn phủ yêu cầu muội than có bề mặt bị oxy hóa để nâng cao đặc tính hiệu suất bám dính Trong môi trường phân tán trong nước, muội than có thể hiển thị các giá trị pH cơ bản hoặc axit và tồn tại mối tương quan tốt giữa hàm lượng oxy của muội than và pH, với hàm lượng oxy càng cao thì độ pH đo được càng có tính axit Độ pH cơ bản của muội than có hàm lượng oxy thấp có thể được cho là do sự có mặt của các oxit bazơ bề mặt , mặc dù hệ thống điện tử π của các mặt phẳng cơ bản của cacbon cũng được chứng minh là đủ bazơ để liên kết các proton từ dung dịch axit

Muội than có thể được biến tính bằng nitơ bằng cách xử lý muội than bằng amoniac ở nhiệt độ cao (600°C–900°C) Vật liệu thu được có chứa nitơ loại amino-, pyridin- hoặc acridine trong cấu trúc của chúng và vật liệu thu được cho thấy hoạt tính xúc tác tăng mạnh trong các phản ứng oxy hóa do sự kết hợp nitơ này Các halogen phản ứng với muội

than bằng cách thay thế hydro, kèm theo sự hình thành hydro halogenua Bằng cách xử lý muội than bằng clorua, tất cả hydro có thể được loại bỏ khỏi muội than và thay thế bằng clorua đã được hấp phụ hóa học Sự thay thế ngược của clorua bằng hydro có thể được thực hiện bằng cách đun nóng vật liệu trong khí hydro, các nhóm chức hoặc polyme khác nhau có thể được ghép vào muội than thông qua phản ứng với các gốc tự do như 2-isobutyronitrile có thể được liên kết với bề mặt carbon bằng cách tạo ra chúng thông qua việc đun nóng dung dịch azo-diisobutyronitrile với sự có mặt của muội than Các gốc tự do được biết là có khả năng xâm nhập là các nhóm chức năng bề mặt loại quinone Polystyrene có thể được ghép vào muội than thông qua phản ứng trùng hợp triệt để các dung dịch styren với sự có mặt của muội than Nhìn chung, các điều kiện tổng hợp muội than cho phép điều chỉnh kích thước hạt, độ kết tinh và các khuyết tật trong cấu trúc bên trong của hạt, cũng như tính chất hóa học bề mặt ban đầu của chúng Loại thứ hai có thể được sửa đổi sau quá trình tổng hợp để điều chỉnh các đặc tính của vật liệu cho ứng dụng mục tiêu

Hình 3: Sơ đồ tóm tắt hình thành PAH và muội than trong quá trình đốt cháy [13]

2 THỰC TRẠNG CỦA MUỘI THAN

2.1 Đánh giá quy mô của muội than trong đô thị

Muội than có mặt khắp nơi ở cả thành thị và nông thôn, do đó chúng ta đều thường xuyên tiếp xúc với muội than từ nhiều nguồn khác nhau.

Hình 4: Ước tính lượng khí thải muội than sơ đồ (a) hiển thị lượng phát thải muội than toàn cầu ( tổng cộng 7600 Gg; ước tính năm 2000), (b) hiển thị lượng phát thải

muội than của Hoa Kỳ (tổng cộng 581 Gg; ước tính năm 2005) (Nguồn:US EPA)

Theo Hình 4, nhận xét được trên toàn cầu, tỉ lệ muội than được hình thành nhiều

nhất từ quá trình đốt không hoàn toàn các nguyên liệu hóa thạch, gỗ và các nguyên liệu khác Tuy nhiên tùy thuộc vào nơi ở sẽ có sự thay đổi về tỉ lệ này, giả sử ở sơ đồ (b), do phương tiện giao thông được sử dụng nhiều ở Hoa Kỳ nên tỉ lệ muội than hình thành từ các phương tiện giao thông là rất lớn (chiếm hơn 52%) Hiện nay, phần lớn lượng muội than ngày nay được tạo ra ở các nước đang phát triển, người ta cho rằng Châu Phi, Châu Á và Châu Mỹ Latinh chịu trách nhiệm tổng cộng cho tới 88% lượng muội than thải vào bầu trời của chúng ta ngày nay Chỉ riêng Trung Quốc và Ấn Độ đã chiếm tới 1/3 lượng ô nhiễm đó

Hình 5: Nguyên nhân, hỗn hợp và tác hại của muội than (Nguồn: MDPI)

2.2 Nguyên nhân hình thành muội than

2.2.1 Tại Việt Nam

a) Giao thông

Các phương tiện giao thông đô thị như ô tô, xe máy, các loại xe sử dụng cơ giới đã thải ra khí thải gây ô nhiễm không khí, trong đó có khí CO2 và các hạt bụi carbon từ động cơ đốt nhiên liệu

Hình 6: Ô nhiễm không khí do đốt cháy nhiên liệu hóa thạch từ các phương tiện giao thông (Nguồn: Aerosol Magee Scientific)

b) Khí thải công nghiệp:

Các nhà máy và cơ sở sản xuất trong các khu vực đô thị thải ra khí thải và chất thải gây ô nhiễm môi trường, trong đó có muội than Hiện nay, theo Báo cáo của tạp chí Hòa Bình Xanh, Việt Nam đang có 20 nhà máy nhiệt điện than đang vận hành với tổng công suất đặt máy 13.110 MW, tiêu thụ khoảng 45 triệu tấn than/năm, với lượng tro, thạch cao thải ra hơn 15.700 triệu tấn/năm Trong quá trình đốt than sinh điện, các nhà máy nhiệt điện phát sinh nhiều loại chất thải: bụi thải, khí thải, chất thải rắn có tro xỉ, rác bẩn, chất thải lỏng với dầu cặn, nước ẩm có lẫn dầu sau khi làm mát thiết bị, nước thải có lẫn hóa chất, nước thải sinh hoạt… Đặc trưng của khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than chủ yếu phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nhiên liệu Nguồn nguyên liệu chính được sử dụng cho quá trình sản xuất là than antraxit- loại than có hàm lượng tro cao, khi đốt tạo ra lượng khói lớn nên khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than có những đặc trưng như lò hơi đốt than có khí thải chủ yếu mang theo tro bụi, CO2, CO, SO2 , SO3 và NOx do thành phần hoá chất có trong than kết hợp với oxy trong quá trình cháy tạo nên Ngoài ra còn có các khí thải của phương tiện giao thông đi lại trong nhà máy, các chất hữu cơ bay hơi bị rò rỉ từ ống dẫn, bụi than trước quá trình đốt thường xuất hiện ở các cảng than, cảng lật toa, kho chứa than, quá trình chuyển than và vận chuyển sản xuất…

Hình 7: Khói đen từ ống khói của nhà máy than (Nguồn: Nicholas Kusnetz)

c) Xử lý rác thải:

Quá trình xử lý rác thải trong các khu vực đô thị như thu gom và tái chế rác thải sinh hoạt, ủ phân, chôn lấp hoặc đốt rác ở các bãi rác lộ thiên hoặc được đốt trong không gian mở tạo ra CO2 và khói có chứa các hạt gây hại cho sức khỏe như hạt muội than nhỏ màu đen có tác động khí hậu rất lớn dù chỉ trong thời gian ngắn Theo báo cáo của “Tài Nguyên và Môi Trường”, các nhà nghiên cứu ước tính muội than từ đốt chất thải trong không gian mở có tác động nóng lên toàn cầu tương đương với từ 2 - 10% lượng khí thải CO2 toàn cầu

Hình 8: Rác thải được đốt ở ven sông Nhuệ xã Tiền Phong (Nguồn: Hữu Hải) d) Sinh hoạt cá nhân:

Các hoạt động sinh hoạt hàng ngày của cư dân đô thị như nấu nướng, sưởi ấm, sử dụng hóa chất,… cũng góp phần ra muội than và các chất gây ô nhiễm khác Gỗ có truyền thống lâu đời là nguồn nhiên liệu địa phương để sưởi ấm trong nhà, nhưng việc đốt gỗ không may cũng góp phần tạo ra lượng khí thải Muội than được hình thành khi gỗ bị đốt cháy ở nhiệt độ cao không có oxy, tạo ra sự cháy không hoàn toàn, sản phẩm của quá trình đốt cháy không hoàn toàn là các nguyên tố carbon không cháy hết Nồng độ đo được

của muội than được trình bày trong Hình 9 đối với tất cả các loại nhiên liệu sử dụng củi,

tại địa điểm cố định cho thấy muội than trung bình tổng thể trong 1 giờ để nấu và không nấu lần lượt là 6,95µgm-3 và 62,48µgm-3 [14]

Hình 9: Nồng độ muội than trong các căn bếp được lấy mẫu [14]

Hình 10: Đồ thị thể hiện số liệu nguyên nhân gây nên ô nhiễm không khí và bụi PM2.5 năm 2023 (Nguồn: CCAC)

2.2.2 Trên thế giới

Ô nhiễm bụi mịn không khí, đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng trên toàn thế giới với nhiều nguyên nhân đến từ động cơ diesel, đốt sinh khối như gỗ, cỏ khô, hoặc rơm và khí thải ra từ nhà máy điện đốt than, các nguồn đốt nhiên liệu hóa thạch khác bao gồm một phần đáng kể các hạt vật chất hoặc PM trở thành chất gây ô nhiễm không khí Trong số các nguồn phát thải muội than quan trọng là cháy rừng đặc biệt ở Nga, trung bình khoảng 70 nghìn tấn muội than mỗi năm trong giai đoạn từ 2000 đến 2013 [15] Vùng rừng phương bắc ở Nga, nơi tạo điều kiện cho các vụ cháy rừng quy mô lớn, kéo dài gần như toàn bộ phần phía đông của đất nước và biên giới phía bắc của chúng tiếp giáp với

biên giới phía nam của Bắc Cực Điều này tạo điều kiện cho việc vận chuyển các sản phẩm đốt rừng, bao gồm cả muội than đến Bắc Cực và lắng đọng chúng trên bề mặt băng tuyết

Hình 11: Cháy rừng ở Siberia – Nga (Nguồn: ABC News)

Tại Mexico, lượng phát thải muội than và carbon hữu cơ từ các vụ cháy rừng từ năm 2000 đến năm 2012, kết quả cho thấy lượng phát thải trung bình là 5955 Mg/năm đối với muội than và 62085 Mg/năm đối với carbon hữu cơ Với việc quản lý cháy rừng hợp lý thì lượng khí thải có thể được giảm thiểu và các loại đất tránh bị ảnh hưởng bởi cháy rừng như vùng cây bụi và đồng cỏ Lượng khí thải trung bình hàng năm từ các vụ cháy rừng ước tính lần lượt là 5955 và 62.085 tấn muội than và carbon hữu cơ, chiếm từ 2 đến 9% tổng lượng khí thải quốc gia, trong đó muội than là chất gây ô nhiễm nhà kính tồn tại trong thời gian ngắn, đồng thời cũng thúc đẩy quá trình tan băng tuyết và giảm lượng mưa, có tiềm năng nóng lên toàn cầu ước tính gần gấp 5000 lần CO2 [16]

Hình 12: Ước tính lượng khí thải muội than và carbon hữu cơ 2000-2012 [16]

Cháy rừng ở Bắc Cực có nhiều dạng, nhưng đáng lo ngại nhất là “cháy rừng zombie [17] còn gọi là đám cháy của “thây ma” có thể làm tan lớp băng vĩnh cửu trong khi vẫn âm ỉ dưới tuyết hoặc băng [18] phát ra CO2 và các hạt muội than sau khi băng tuyết tan chảy và ngọn lửa phun trào trên bề mặt

Ngoài thiên tai cháy rừng, núi lửa cũng là một trong số nguyên nhân tạo ra muội than, đây là lò phản ứng hóa học tự nhiên với nhiều phản ứng hóa học xảy ra trong điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao và nhiều loại hợp chất hóa học, đặc biệt là trong các vụ phun trào Plinian tạo ra các cột tro kéo dài hàng chục km vào tầng bình lưu và lan rộng thành hình chiếc ô, tạo ra các lớp tro bụi phóng xạ lan rộng Theo sơ đồ chung của vụ phun trào Plinian [19] khi magma di chuyển từ buồng magma vào ống dẫn núi lửa, các

khí hòa tan trong đó thoát ra và tạo thành bong bóng (Hình 13)

Hình 13: Sự hình thành muội than trong ống dẫn núi lửa ở phun trào Plinian [20]

Sự giải phóng khí trong khi magma đang dâng lên gây ra sự kết tinh của magma nóng chảy và hình thành các vật liệu pyroclastic Ở khu vực này, khí núi lửa được bao quanh bởi vật liệu pyroclastic nóng (magma kết tinh) ở nhiệt độ ∼1000°C trong môi trường không có oxy (hoặc oxy yếu) Ở đây, cacbon đen có thể được tạo ra từ quá trình phân hủy nhiệt metan CH4 trên bề mặt nóng của pyrolast:

𝑛𝐶𝐻4𝑃𝑦𝑟𝑜𝑐𝑙𝑎𝑠𝑡𝑠→ 𝐶𝑛 + 2𝑛𝐻2

Ngoài ra, muội than rò rỉ vào môi trường nước thông qua quá trình lũy tiến từ các bãi luyện than, các hệ thống chứa than, hoặc các vùng đất đã bị ô nhiễm bởi muội than Khi muội than tiếp xúc với nước có xu hướng tạo thành huyền phù hoặc kết tụ trong nước, gây ô nhiễm và ảnh hưởng đến đời sống sinh vật trong hệ sinh thái nước Việc khai thác than đá thường đòi hỏi lượng nước lớn để làm mát các thiết bị, hệ thống và xử lý chất thải Sử dụng lượng nước đáng kể này không chỉ làm cạn kiệt nguồn nước mặt mà còn ảnh hưởng đến nguồn nước ngầm tại các khu vực khai thác than Muội than có thể gây ra biến đổi đáng kể trong môi trường nước, bao gồm sự thay đổi pH, nồng độ oxy hóa, và sự phát triển của các sinh vật thuỷ sản và thực vật nước, từ đó gây ra sự suy thoái của hệ sinh

thái nước và ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn và quá trình sinh sản của các loài sống trong

môi trường nước

Hình 14: Quy trình khai thác dầu mỏ (Nguồn: Thanhanoi)

Bên cạnh đó, muội than xuất phát từ khí thải động cơ tạo ra từ các tàu thương mại chạy trong địa phương cũng như các tàu và các nguồn khác cách đó hàng nghìn km Lượng khí thải muội than từ tàu thuyền ở Bắc Cực đã tăng nhanh gấp 10 lần so với phần còn lại của thế giới, với lượng muội than do tàu biển thải ra ở Bắc Cực tăng 85% trong giai đoạn 2015-2019 so với mức tăng 8% trên toàn cầu [21] Khí thải của tàu thương mại chiếm tỷ lệ ngày càng tăng ở Bắc Cực [22] do tàu là phương tiện vận chuyển hàng hóa hợp lý và hiệu quả nhất mặc dù nhiên liệu thải ra các hạt muội than

Theo một nghiên cứu dịch tễ học gần đây ở Nepal do các nhà nghiên cứu tại Trường Y tế Công cộng của UC Berkeley dẫn đầu, những phụ nữ sử dụng đèn dầu hỏa trong nhà có tỷ lệ mắc bệnh lao cao gấp 9,4 lần so với những gia đình không sử dụng Khi đốt đèn, dầu hỏa cháy trên đầu bấc tạo ra ánh sáng, khói và muội than Dầu hỏa là một chất lỏng hydrocarbon dễ cháy có nguồn gốc từ dầu mỏ, đây là nhiên liệu đèn phổ biến nhất ở Ấn Độ và nhiều quốc gia khác ở Châu Phi, Đông Nam Á và Châu Mỹ Latinh Trên toàn thế giới, ước tính có khoảng 300 triệu hộ gia đình không có điện tiêu thụ 77 tỷ lít nhiên liệu chủ yếu là dầu hỏa mỗi năm

Hình 15: Khói chứa muội than thoát ra từ đèn bấc (Nguồn: Berkeley News)

2.3 Đánh giá ảnh hưởng của muội than

2.3.1 Quy mô Việt Nam

a) Ảnh hưởng đến chất lượng không khí và sức khỏe ở Việt Nam

Theo Báo cáo Hiện trạng bụi PM2.5 tại Việt Nam giai đoạn 2019 - 2020 sử dụng dữ liệu đa nguồn, nồng độ bụi PM2.5 trung bình năm 2020 của Việt Nam cao thứ 21 trong danh sách 106 quốc gia Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), đã có 7 triệu ca tử vong sớm do phơi nhiễm với ô nhiễm không khí trên toàn cầu mỗi năm, tình trạng ô nhiễm không khí do bụi PM2.5 tại nhiều tỉnh, thành phố ở Việt Nam đều vượt giới hạn cho phép của quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng không khí xung quanh (QCVN 05:2013/BTNMT) và có xu hướng tăng Một số báo cáo quốc tế cũng chỉ ra tình trạng ô nhiễm không khí nghiêm trọng ở Việt Nam Theo chỉ số hiệu quả môi trường (EPI) năm 2020 của Đại học Yale, phơi nhiễm với ô nhiễm không khí ở Việt Nam xếp hạng 115 trên tổng số 180 quốc gia [23]

Hình 16: Hiện trạng bụi PM2.5 tại Việt Nam năm 2020 [23]

Phân bố mức độ ô nhiễm muội than qua các tháng ở khu vực Châu Á nói chung và Việt Nam nói riêng Không khí bị ô nhiễm nặng nề ảnh hưởng đến sinh hoạt và sức khỏe của những hộ gia đình gần những khu công nghiệp, xưởng sản xuất,… Một số nguyên nhân muội than đến từ các bãi than trong quá trình nghiền, sàng than, xe tải lớn vận chuyển gây ra, đặc biệt vào những ngày mưa, nước than đen chảy ra đường giao thông ngấm xuống đất và chảy vào nhà dân, điều đó ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân như bị bệnh về đường hô hấp, ung thư phổi,…

Hình 17: Nền nhà của người dân ở tổ dân phố Nhiêu Hà dính đầy bụi than [24]

Muội than một phần cũng ảnh hưởng đến mỹ quan đô thị khi đường sá bụi bẩn, không khí ngột ngạt, ô nhiễm, mặt đường dính bụi than đen và lề đường ứ đọng đầy bùn đất Trong môi trường ô nhiễm vì bụi than, bên trong các căn nhà, từ vật dụng, cầu thang đến mọi ngóc ngách đều bám bụi than, vì lý do đó một số hộ gia đình phơi quần trong nhà để đảm bảo sạch sẽ.

Hình 18: Con đường liên huyện Phú Lương - Đại Từ chạy qua xã Phục Linh [25]

Theo kết quả công bố tại hội thảo do Trung tâm Phát triển sáng tạo xanh (GreenID - thuộc Liên hiệp các Hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam), khói thải từ nhiệt điện than có