Powering Planet Earth:
Energy Solutions for the Future

by Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Nick Serpone

Chapter 5: Collateral Damage – Chương 5: Thiệt hại không mong muốn (Phần 3) 

Hiểm họa khôn lường

Ngoài cacbon dioxide, sự sử dụng các nhiên liệu hóa thạch cũng thải ra số lượng lớn các chất độc hại khác gây hại cho sức khỏe vào khí quyển. Quá trình này xảy ra chủ yếu do hai lý do.

Đầu tiên, các nhiên liệu hóa thạch được khai thác ở dạng quặng, khoáng sản luôn bị lẫn ít nhiều tạp chất, như hợp chất lưu huỳnh, các kim loại nặng, hợp chất hidrocacbon, và hợp chất thơm, mà chúng ta chỉ loại bỏ được một phần các tạp chất này trước khi sử dụng. Hầu hết các hợp chất này và chế phẩm của chúng ở dạng hạt bụi trong không khí đặc biệt nguy hiểm với sức khỏe con người. Nói chung, than đá thì nhiều tạp chất hơn dầu mỏ và dầu mỏ thì nhiều tạp chất hơn khí tự nhiên. Thành phần hóa học và lượng tạp chất trong nhiên liệu hóa thạch thay đổi khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc của quặng, mỏ khai thác chúng.

Thứ hai là, quá trình cháy trong các động cơ và nồi hơi không sử dụng chất oxy hóa là oxy tinh khiết mà sử dụng trực tiếp không khí nóng sinh ra trong chính quá trình cháy đó. Do đó, oxy và nitơ trong không khí phản ứng và tạo thành các hợp chất oxit của nitơ (nitrogen oxides), thường được gọi là khí NOx. Đây chính là khí ô nhiễm cơ bản và là nguồn gốc sinh ra các chất có hại khác như ozôn (ozone O₃*) và hạt khí quyển (particulate matter).

Các nghiên cứu khoa học hiện nay chú trọng tới tác dụng phụ của hạt khí quyển. Các hạt vật chất ô nhiễm này, với nhiều loại thành phần hóa học khác biệt, nguy hiểm hơn nhiều so với các loại bụi nhỏ hơn. Các loại hạt có đường kính trong khoảng 10 và 2,5 µm (PM-10) xâm nhập vào phế quản và tiểu phế quản, trong khi các hạt nhỏ hơn (PM-2,5) có thể xâm nhập vào các phế nang trong phổi và trực tiếp đi vào máu.

Đó là bằng chứng rõ ràng về ảnh hưởng đối với bộ máy hô hấp và tim mạch khi tiếp xúc với hạt khí quyển (Hình 9). Các tác động gây đột biến gen đã được quan sát thấy ở chuột. Khi tiếp xúc liên tục với loại bụi này có thể gây viêm mãn tính. Quá trình gây viêm nhiễm các mô tạo môi trường thuận lợi cho ung thư phát triển.

Nguồn: Liên minh châu Âu, DG Enviroment, 2005.

Hình 9. Các hạt bụi khí quyển sinh ra do sử dụng nhiên liệu hoá thạch rất độc hại cho sức khỏe. Bản đồ châu Âu cho thấy tuổi thọ trung bình giảm đi (theo đơn vị tháng) do tiếp xúc với PM–2.5 (bụi khí quyển có đường kính < 2.5 µm).

Không chỉ có hại cho sức khỏe, các oxit của nitơ và lưu huỳnh có thể phản ứng với các hợp chất hóa học khác trong không khí, tạo thành các loại hạt mịn và siêu mịn (các loại hạt thứ cấp).

Ozôn là một chất gây ô nhiễm thứ cấp được tạo ra trong khí quyển từ các chất ô nhiễm ban đầu dưới tác động của ánh sáng. Sự có mặt của ozôn trong không khí (tầng đối lưu) là cực kỳ có hại đối với động vật và thực vật. Cũng cần chú ý là không khí nhiễm bụi của các kim loại nặng có thể gây ra ung thư, đột biến gen và thai nhi dị dạng.

Những cơn mưa không còn như trước

Bắt đầu từ cuối những năm 1960, chúng ta bắt đầu để ý rằng trong các khu vực cụ thể trên thế giới, đặc biệt là ở những khu công nghiệp nặng, các cơn mưa và sương mù có tính axit rất cao. Hiện tượng này là do sự có mặt của các axit mạnh (như axit nitric HNO₃ và axit sulfuric H₂SO₄) trong không khí.

Axit nitric được tạo ra trực tiếp hoặc gián tiếp từ phản ứng của nước (mưa, sương mù) với oxit nitơ (nitrogen oxides – khí NOx) trong không khí. Các chất xúc tác chuyển hóa được thiết đặt trong xe hơi có khả năng chuyển hóa các phân tử NOx về dạng phân tử nitơ (N₂) và phân tử oxy (O₂), do đó làm giảm phát lượng NOx vào không khí. Công nghệ này cùng với các động cơ hiện đại cho phép giảm phát đáng kể lượng NOx từ các xe chạy bằng động cơ. Các chất xúc tác này cũng có thể dùng để thiết đặt trong các nhà máy nhiệt điện. Hiện nay phương pháp này vẫn chưa được phổ biến rộng rãi trong nhiều quốc gia.

Hiện nay quá trình khử hóa học này chỉ có thể đạt được với các hợp chất của bạch kim (platinum) và các hợp chất rhodium mới có tác dụng xúc tác. Sự có sẵn của các kim loại quý hiếm và đắt giá này đang có nguy cơ suy giảm do sự sản xuất xe hơi không ngừng gia tăng. Tính đến tháng 7 năm 2012, giá vàng đã đạt mức 1600 USD/ounce và gây ra một vài hệ lụy. Cùng thời điểm đó, giá của Rhodium vào khoảng 1200 USD/ounce.

Axit sulfuric tạo ra từ lưu huỳnh tồn tại trong tạp chất của tất cả các nhiên liệu hóa thạch hiện nay. Phản ứng với oxy trong không khí, lưu huỳnh bị oxy hóa tạo thành sulfur dioxide (SO₂), và sau đó tạo thành sulfur trioxide (SO₃), và cuối cùng kết hợp với nước tạo thành axit sulfuric. Axit này đặc biệt gây hại bởi nó tạo kết tủa với ion canxi (Ca²⁺) ở trong đất để tạo thành calcium sulfate (CaSO₄), làm mất đi dưỡng chất cần thiết cho cây trồng.

Mưa axit** làm thay đổi hoàn toàn thành phần hóa học trong đất và trong nước ngọt, thậm chí gây ra nguy hiểm nghiêm trọng cho cây trồng (như đối với cây phong ở Bắc Mĩ, nguồn cung cấp siro phong). Đôi khi mưa axit xóa sổ toàn bộ khu vực rừng và hủy hoại toàn bộ hệ sinh thái trong những hồ nước. Mưa axit cũng gây tổn hại cho sự bảo tồn các di tích và tòa nhà, đặc biệt là đối với các tác phẩm sử dụng chất liệu chứa nhiều vôi – calcium carbonate như đá cẩm thạch và đá vôi.

Trong hai mươi năm vừa qua, vấn đề mưa axit đã giảm đi đáng kể ở các nước phương Tây và Nhật Bản, tuy nhiên lại xảy ra ngày một tệ hơn tại Trung Quốc và ở một vài nước đang phát triển.

 Hết phần 3 – Chương 5 (còn tiếp)

Người dịch: Đặng Thị Giang

Biên tập: Phạm Thu Hường

 

Chú thích của người dịch: 

* Ozôn (O₃) ở tầng bình lưu (16 km đến 80 km trên mực nước biển), với nồng độ 2 – 8 ppm (phần triệu) có tác dụng tốt để bảo vệ Trái đất của chúng ta khỏi những tia cực tím. Tuy vậy khi nó được tạo ra ở tầng đối lưu (tầng thấp nhất trong khí quyển 12-20 km) từ các chất ô nhiễm sơ cấp dưới tác động của ánh sáng (hν), thì ozôn trở thành một chất ô nhiễm thứ cấp và độc hại cho hệ hô hấp. Theo tiêu chuẩn không khí sạch của châu Âu và Hoa Kỳ thì nồng độ của O₃ không được vượt ngưỡng 60 – 75 ppb (phần tỷ). Các phản ứng tạo ra khí ozôn ô nhiễm ở tầng đối lưu:

•OH + CO → •HOCO
•HOCO + O₂ → HO₂• + CO₂
HO₂• + NO → •OH + NO₂
NO₂ + hν    → NO + O
O + O₂ → O₃
CO + 2O₂ + hν  →  CO₂ + O₃

** Một số hình ảnh về tác hại của mưa axit

Mưa acid rửa trôi các dưỡng chất trong đất, làm cho đất đai trở lên cằn cỗi, thậm chí còn gây ra hiện tượng sa mạc hóa.

Một cánh rừng thông ở Czech bị “thiêu trụi” bởi mưa axit

Các sương mù axit làm ảnh hưởng đến khả năng lan truyền ánh sáng Mặt trời, gây hạn chế tầm nhìn. Những chiếc xe chậm chạp nối đuôi nhau giữa làn sương mù dày đặc ở Bắc Kinh.

 
Mưa axit tác động lên bức tượng tại thủ đô Viên, Áo.

© copyright Zanichelli and Wiley-VCH

Permission granted for translating into Vietnamese and publishing solely on dotchuoinon.com for non-commercial purposes.