Khí thải, Triệu tấn Thành phần khí thải Tổng CO2e Н2О СО CO2 H2 NOx N2 Tên lửa đẩy
LB Nga
0 0.5 1 1.5 2 2.5
H2O CO CO2 NOx
T ri ệ u t ấ n
Hình 3.5. Lượng khí thải từ tên lửa đẩy của LB Nga trong 50 năm
Từ đó, ước tính lượng khí thải do tên lửa đẩy của LB Nga trong một năm: Bảng 3.8. Khí thải từ tên lửa đẩy của LB Nga trong 1 năm
Khí thải, Triệu tấn Thành phần khí thải Tổng CO2e (triệu tấn) Н2О СО CO2 H2 NOx N2 Tên lửa đẩy
LB Nga/1 năm
0,04 0,014 0,026 0,001 0,004 1.273
Hiện nay, lượng khí thải do tên lửa đẩy của LB Nga chiếm khoảng 20% tổng lượng khí thải bình qn của tên lửa đẩy tịan thế giới [19]. Do vậy có thể ước tính lượng khí thải do tên lửa đẩy của thế giới thải ra bầu khí quyển hàng năm.
Bảng 3.9. Khí thải từ tên lửa đẩy thế giới trong 1 năm Khí thải, Khí thải, Triệu tấn Thành phần khí thải Tổng CO2e (triệu tấn) Н2О СО CO2 H2 NOx N2 Tên lửa đẩy/1 năm 0,2 0,065 0,15 0,005 0,02 6,38
Trên đây là một số kết quả tinh tốn sơ bộ về lượng khí nhà kính từ các tên lửa đẩy (mục đích dân sự) thải ra bầu khí quyển dựa trên các số liệu đã được công bố. Tuy nhiên, lượng tên lửa đẩy chưa được công bố, cũng như số lượng tên lửa quân sự của toàn thế giới đã và đang sử dụng lớn hơn rất nhiều so với số lượng tên lửa đẩy dân sự đã được công bố ở trên.
Phân tích thành phần một số tên lửa quân sự
Tên lửa quân sự sử dụng rất nhiều loại nhiên liệu khác nhau mức độ gây ơ nhiễm bầu khí quyển khi chúng hoạt động. Dưới đây chúng ta xem xét định tính về thành phần khí thải từ các vụ phóng tên lửa qn sự.
Đơn cử chỉ xét 3 cặp nhiên liệu sau của tên lửa quân sự của Việt Nam [7,8]: N2O4 và C7.21H13.29 (tên lửa Scud), n5.786o15.926h4.922 và C7.21H13.29 (tên lửa C-125), O2 và c1h4 (tên lửa RB-01). Khi các tên lửa này hoạt động sinh ra một loạt các khí nhà kính mạnh/1kg nhiên liệu.
Sử dụng phần mềm chun dụng "Tính tốn nhiệt khí động lực học trong buồng đốt động cơ tên lửa _Astra" của tập đồn vũ khí chiến lược của LB Nga, hiện đang được sử dụng tại Viện tên lửa – Viện khoa học Công nghệ Quận sự, Bộ Quốc phòng. Nhập số liệu đầu vào là các cặp nhiên liệu tên lửa, điều kiện cháy (áp suất buồng đốt, áp suất tại tiết diện ra của loa phụt, vv), đầu ra thu được thành phần sản phẩm cháy chính là các khí thải của tên lửa khi chúng hoạt động. Kết quả thu được như sau:
Du lieu dau vao
p=4 , áp suất tại buồng đốt tên lửa OX=(N2O4[-212.5]), Chất oxy hóa
FUEL=(C7.21H13.29[-1958]), Chất cháy
Alpha=0.8. _________________________________________________________________ Cong thuc hon hop lam viec: N 17.2793 O 34.5585 C 14.7856 H 27.2539 He so ty le ly thuyet O/G = 4.84581 _________________________________________________________________ Thanh phan san pham chay mol/kg H 0.0005811 H2 2.73632 OH 0.000068 H2O 10.8903 N2 8.63963 NO 0.1408e-5 NH3 0.2600e-5 CO 5.90305 CO2 8.88255 Du lieu dau vao i=0, p=4 , pa=0.01, ox=(n5.786o15.926h4.922[-246.5]), fuel=(c7.21h13.29[-1958]), alpha=0.84, _________________________________________________________________
Cong thuc hon hop lam viec: N 13.8785 O 38.2008 H 36.0642 C 13.1603 He so ty le ly thuyet O/G = 5.33203 _________________________________________________________________
Thanh phan san pham chay mol/kg
O 0.0000104 O2 0.0000369 H 0.0072727 H2 1.98557 OH 0.0036319 H2O 16.0411 N2 6.9392 NO 0.00015 CO 4.16479 CO2 8.99553
Du lieu dau vao i=0, p=12.8, pa=0.018, ox=(o2[-398.3]), fuel=(c1h4[-4687]), alpha=0.84; _________________________________________________________________
Cong thuc hon hop lam viec: O 48.1371 C 14.3265 H 57.3061 He so ty le ly thuyet O/G. = 3.98923 _________________________________________________________________
Thanh phan san pham chay mol/kg
O 0.0001431 O2 0.0004266 H 0.0340362 H2 3.61946 OH 0.0205203 H2O 25.0063 CO 5.54375 CO2 8.78278
Đơn giản về mặt định tính, chúng ta có thể thấy hàng loạt các loại khí nhà kính được sản sinh khi các tên lửa quân sự hoạt động. Các số liệu về tên lửa
nhiên, đây cũng là nguồn phát thải khí nhà kính đáng kể mà thế giới cần quan tâm.
b. Tác động của khí nhà kính do máy bay đến bầu khí quyển
Về mặt lý thuyết nếu cháy hồn tồn thì sản phẩm cháy từ động cơ máy bay chỉ có СО2, Н2О, N2 và O2, cũng như SO2, Tuy nhiên các phản ứng cháy thường khơng hồn tồn. Do đó, ngồi những thành phần trên cịn bao gồm một số sản phẩm cháy khác.
Thống kê khí thải của hàng khơng vào khí quyển năm 1992 [14,15].
Bảng 3.10. Thành phần khí thải hàng khơng thế giới năm 1992
CO2, triệu tấn
H2O,triệu tấn
NOx,triệu tấn CO, triệu tấn S, triệu tấn Hàng không 370 170 1,8 1,6 0,06 Tổng khí thải thế giới 19 000 5,3.105 75 600 65 Hàng không chiếm 2% 0,03 2,4 0,3 0,1
Lượng khí thải NOx do hàng không bay dưới âm đo được năm 1992 các khu vực, nghìn tấn [14]
Bảng 3.11. Thành phần khí NOx của hàng khơng thế giới năm 1992 [14]
Vùng Châu âu Châu Á Thái bình dương Bắc Mỹ Bắc Phi NOx hàng không 41 36 36 143 36 So với tổng lượng NOx, % 14 12,3 12,3 49,1 12,3
Bên cạnh khí thải từ các nguồn ơ nhiễm khác, thì khí thải từ động cơ máy bay cũng góp phần rất lớn vào việc làm ơ nhiễm bầu khí quyển trong tương lai.
Sự gia tăng nhanh chóng về khối lượng giao thơng hàng khơng, độ cao máy bay có một tác động đáng kể đến môi trường.
Khi thải máy bay chiếm khoảng 2% tổng số ô nhiễm của con người. Trong vùng lân cận của sân bay, nơi có mật độ các chuyến bay có tỷ lệ lớn hơn thì lượng khí thải từ máy bay có thể đạt 3-4% tổng khí thải [14].
Thông thường phân biệt hai khu vực ô nhiễm: ô nhiễm môi trường địa phương - các khu vực trong vùng lân cận của sân bay và khu vực nơi có nồng độ đáng kể các chất ô nhiễm và ô nhiễm ở độ cao kết hợp với tác động của tầng ozone.
Hiện nay, nhiều phương án đang được tiến hành để giảm lượng khí thải của máy bay, bao gồm các chương trình tối ưu hóa lưu lượng khơng khí và các chế độ bay khốc liệt (cất cánh và hạ cánh).
Trong những thập kỷ gần đây, tăng trưởng hàng năm của ngành hàng không là khoảng 5%, theo các chuyên gia sẽ tăng đều trong 15-20 năm tới, lưu lượng hành khách vào năm 2015 sẽ đạt 7 tỷ người một năm. Tăng đáng kể số lượng các chuyến bay trong năm 2050 [10,14,16].
Sự gia tăng này, cùng với sự phát triển của ngành hàng không thế giới với sự gia tăng đáng kể mức tiêu thụ nhiên liệu, có thể đạt 2050: 0,15-0,35 nghìn tỷ thùng (1 ~ 159 lít thùng), chiếm khoảng 8-18% lượng tiêu thụ tồn cầu.
Khí thải NOx vào bầu khí quyển được dự báo [14] ở mức 3,5-3,8 triệu tấn/năm vào năm 2015 so với 1,5 triệu tấn / năm vào năm 1992. Trong dài hạn, năm 2050, xuất hiện của NOx trong khí quyển có thể tăng lên đến 7 triệu tấn / năm nếu tất cả các thời gian để sử dụng các công cụ hiện đại và nhiên liệu hiện đại.
Bảng 3.12. Dự đoán sản lượng các chuyến bay thế giới
Chuyến bay 1998 2050 nhỏ nhất lớn nhất Chở khách 10 000 21 200 69 300 Vận chuyển hàng hóa 1 350 7 800 18 800 Tổng 11 350 29 000 88 100
Tuy nhiên, phát thải này sẽ được giảm xuống còn 4-5 triệu tấn/năm nếu cải thiện chất lượng của máy bay và 2-2,5 triệu tấn/năm, khi phát triển động cơ máy bay hiệu quả.
Dưới đây, chúng ta xem xét các sản phẩm của quá trình đốt cháy dầu máy bay Kerosin. Ngoài carbon dioxide, hơi nước, nitơ, và một số thành phần tự nhiên khác của khơng khí, sản phẩm cháy của carbon monoxide, dầu hỏa, các hydrocacbon khác nhau (mêtan, CH4, Acetylene C2H6, etan C2H4, propane, C3H8, benzen C6H6, C6H5CH3, toluene et al.) aldehyde (formaldehyde, HCHO, acrolein, CH2 = CH-CHO, acetaldehyde, CH3CHO et al.), các oxit nitơ NO và NO2, oxit lưu huỳnh, các hạt bồ hóng.. Trong hình 3.6 trình bày thành phần khí nhà kính thải ra mơi trường ở sân bay Seremetrevo[18].
Hình 3.6. Thành phần các khí thải khu vực sân bay Seremetrevo
Hình 3.8. Lượng khí thải gây ơ nhiễm của máy bay Tu-154, tấn
Hình 3.9. Lượng khí thải gây ơ nhiễm của máy bay An 2, tấn
3.1.3. Đánh giá sơ bộ khí phát thải ngành do các máy bay bay trong địa phận quản lý của hàng không Việt Nam
Hiện nay, ICAO đã phát triển một phương pháp để tính tốn lượng khí thải đi-ơ-xít các-bon từ du lịch hàng khơng. Phương pháp tính phát thải các-bon của ICAO cho phép hành khách đi máy bay ước tính phát thải của họ.
Phương pháp sử dụng các dữ liệu được công bố cơng khai để tính tốn các yếu tố khác nhau như loại máy bay, tuyến đường bay cụ thể, số ghế sử dụng và hàng hóa chuyên chở.
Tuy nhiên, sử dụng phương pháp đó chỉ có thể xác định lượng khí thải các- bon của bạn từ điểm khởi hành đến điểm hạ cánh cho từng hành khách. Ví dụ [6], 1 hành khách, đi chuyến bay khứ hồi từ Hà Nội (HAN) đến Ơ-xa-ka Nhật Bản (KIX) trên hạng ghế phổ thơng, sẽ tạo ra khoảng 507,66 kg CO2.
Việc đánh giá phát thải một cách toàn diện của ngành hàng không vẫn chưa được công bố. Nếu sử dụng phương pháp đánh giá trên của ICAO, để tính cho một hãng hàng khơng thơi, cũng cần có số liệu hết sức cụ thể của toàn bộ hành khách, số ghế, loại máy bay, chặng bay, vv ... Số liệu tính tốn cho từng hành khách tính tốn hết sức phức tạp, các hệ số phát thải của từng loại máy bay, chặng bay, chi phí cho việc tính tốn này rất cao.
Trong khn khổ luận văn, xây dựng một phương pháp tính tốn gần đúng lượng phát thải khí CO2 tương đương trên vùng trời quản lý của hàng không Việt Nam dựa trên cơ sở phát thải thực tế của máy bay, theo giờ bay, quãng đường bay.
Sơ đồ logic đánh giá phát thải hàng không dân dụng bay trên bầu trời thuộc quản lý của ngành hàng khơng Việt Nam được trình bày trên hình 3.10.
Hình 3.10. Sơ đồ logic đánh giá phát thải hàng không dân dụng bay trên bầu trời thuộc quản lý của ngành hàng không Việt Nam
Theo [19], một máy bay phản lực trung bình tiêu thụ hơn 1h bay khoảng 15 tấn nhiên liệu và 625 tấn khơng khí, thải ra môi trường 46,8 tấn carbon dioxide, hơi nước 18 tấn, 635 kg CO, 635 kg của các oxit nitơ, 15 kg oxit lưu huỳnh, 2, 2 kg chất rắn.
Đó là nhận định của các nhà khoa học nước ngoài, sau đây chúng ta chứng minh về mặt tốn học những con số cơng bố trên là chính xác:
Trước tiên cần xác định cơng thức của xăng máy bay, hiện công thức của xăng máy bay khơng thấy tài liệu đề cập. Thành phần chính của xăng máy bay chính là Kerosin, sau đây xây dựng phương pháp tìm cơng thức của nó.
Theo các nghiên cứu đã được công bố [7,8], xác định được công thức của kerosin sử dụng trong máy bay là C7,21H13,29.
Như vậy xăng máy bay gồm chất chính C7,21H13,29 và các phụ gia chứa N, S..
Viết phương trình phản ứng đốt cháy của xăng trong buồng đốt của động cơ máy bay.
Tính tốn lượng KHÍ NHÀ KÍNH phát thải khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu máy bay
Tính tốn lượng nhiên liệu bay trong 1 h bay của máy bay
Số liệu của hàng không Việt Nam về số Km quản lý bay Lượng KHÍ NHÀ KÍNH
phát thải khi bay 1 km
Lượng KHÍ NHÀ KÍNH thải ra do các máy bay bay trong vùng trời do HKDD quản lý, điều hành.
Như vậy cứ 1 mol C7,21H13,29 tác dụng với 10,5325 mol O2 sinh ra 7,21 mol CO2 và 6,645 mol H2O.
Quy đổi ra khối lượng thì ta có:
Cứ 99,81 gam C7,21H13,29 tác dụng với 337,04 gam O2 sinh ra 317,24 gam CO2 và 119,61 gam H2O.
Vậy 1 kg C7,21H13,29 cháy hết cần 3,38 kg O2 phát thải 3,17 kg CO2 và 1,25 kg H2O.
Sử dụng phương pháp tương tự cũng tính được lượng oxit nito, oxit lưu huỳnh khi đốt cháy 1 kg xăng máy bay.
Hiện nay, lượng tiêu thụ trên 1 giây của các máy bay dân dụng khoảng 4 lít xăng máy bay [6], [18], như vậy 1 h bay tiêu thụ khoảng 14400 lít xăng máy bay, tương ứng với khối lượng khoảng 15 tấn.
Cuối cùng chứng minh được kết quả: một máy bay trung bình tiêu thụ hơn
1h bay khoảng 15 tấn nhiên liệu và 625 tấn khơng khí, thải ra môi trường 46,8 tấn carbon dioxide, hơi nước 18 tấn, 635 kg CO, 635 kg của các oxit nitơ, 15 kg oxit lưu huỳnh, 2, 2 kg chất rắn.
Với tốc độ bình quân 1 h bay, máy bay dân dụng bay được khoảng 1000 km, Như vậy theo số liệu về các chuyến bay trong địa phận của Việt Nam, chúng ta có thể tính sơ bộ lượng phát thải từ các máy bay thương mại bay qua vùng trời của Việt Nam.
Dữ liệu đầu vào về số km điều hành bay của HKDD Việt Nam [1-6].
Bảng 3.14. Số km điều hành bay của HKDD Việt Nam
STT NỘI DUNG Năm
2009 Năm 2010 Năm 2011 Năm 2012 Năm 2013 1 KM điều hành bay quy đổi (Nghìn km) 411.365 474.510 568.976 648.445 703.564
Dựa vào số liệu trên, có thể tính tốn sơ bộ lượng khí nhà kính do các máy bay thương mại thải ra khi bay trong địa phận của Việt nam như sau:
Bảng 3.15. Lượng khí nhà kính từ các máy bay thương mại
Khí thải Năm 2009 Năm 2010 Năm 2011 Năm 2012 Năm 2013 CO2, tấn 19.251.882 22.207.068 26.628.076 30.347.226 32.926.795 CO, tấn 261.216 311.313 361.299 411.762 446.763 NOx, tấn 261.216 311.313 361.299 411.762 446.763 Tổng CO2e, tấn 97.355.466 115.289.655 134.656.477 153.464.064 166.508.932 0 5 10 15 20 25 30 35 2009 2010 2011 2012 2013 T ri ệu t ấn
Hình 3.11. Phát thải CO2 từ máy bay trong không phận của Việt Nam
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 N g h ìn t ấ n
Hình 3.12. Phát thải CO từ máy bay trong không phận của Việt Nam 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 2009 2010 2011 2012 2013 N g h ìn t ấ n
Hình 3.13. Phát thải NOx từ máy bay trong không phận của Việt Nam
3.2. Đề xuất các giải pháp giảm thiểu cho ngành hàng không Việt Nam
Để bảo vệ môi trường, giảm thiểu những tác động của ô nhiễm tiếng ồn, khí thải do hoạt động hàng khơng gây ra cần thực hiện ngay các chính sách và tiêu chuẩn mới về tiếng ồn và khí thải máy bay do Tổ chức bảo vệ môi trường hàng không CAEP (Aviation Envitonmental Protection) trực thuộc tổ chức Hàng không dân dụng Quốc tế (ICAO) đưa ra. Cụ thể là thành phần oxit nitơ (NOx) trong khí thải của động cơ máy bay phải giảm 12% so với tiêu chuẩn đang sử dụng hiện nay. Trong đó cần phải thực hiện đồng bộ 04 giải pháp:
- Giảm ồn từ nguồn gây tiếng ồn;
- Giảm ồn nhờ thực hiện đúng quy trình khai thác tàu bay; - Hạn chế khai thác máy bay tại những thời điểm nhất định; - Quản lý quy hoạch cảng hàng không.
- Mua, thuê máy bay đạt tiêu chuẩn của ICAO về tiếng ồn và khí phát thải Hiện nay các loại máy bay thương mại mà ngành hàng không dân dụng Việt Nam đang sử dụng như B777, B767, A321, A320, ATR 72, F70 đều đạt tiêu chuẩn về tiếng ồn theo quy định về giới hạn tiếng ồn tại chương 3 và
chương 4 tập I, Phụ chương 16 – Công ước Chicago. Các máy bay này cũng đạt tiêu chuẩn khí phát thải, khói của các loại động cơ máy bay tại tập II - Phụ chương 16 – Công ước Chicago.
Trên cơ sở phân tích tổng quan chương 1, căn cứ vào các giải pháp chung của thế giới nhằm giảm thiểu tác động của TBB đến bầu khí quyển, đối với Ngành Hàng không Dân dụng Việt Nam cần thực hiện các giải pháp sau:
a. Giảm tiêu thụ nhiên liệu
Để giảm thiểu khí thải tầu bay, một trong những giải pháp trọng tâm là giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu, cần chú trọng trong quản lý nhằm đảm bảo việc bố trí:
- Loại máy bay với chặng bay có hiệu suất nhiên liệu cao nhất;