Hành trình hướng tới mục tiêu net zero: vai trò của công nghệ địa không gian

Chia sẻ: Tưởng Trì Hoài | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Báo cáo "Hành trình hướng tới mục tiêu net zero: vai trò của công nghệ địa không gian" trình bày vai trò và ý nghĩa của công nghệ và dữ liệu địa không gian trong việc thu thập, xử lý, phân tích, hiển thị và chia sẻ thông tin theo không gian và thời gian phục vụ một số chương trình hành động của Việt Nam hướng tới mục tiêu Net Zero theo cam kết quốc tế của chính phủ. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hành trình hướng tới mục tiêu net zero: vai trò của công nghệ địa không gian

HỘI NGHỊ TOÀN QUỐC KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ TÀI NGUYÊN VỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG (ERSD 2022) Hành trình hướng tới mục tiêu net zero: vai trò của công nghệ địa không gian Võ Chí Mỹ1,*, Bùi Xuân Nam2, Nguyễn Quốc Long2, Võ Ngọc Dũng2 1 Hội Trắc địa-Bản đồ-Viễn thám Việt Nam 2 Trường Đại học Mỏ - Địa chất TÓM TẮT Nhằm khống chế mức tăng nhiệt toàn cầu ở 1,5 độ C trong thế kỷ 21 so với thời kỳ trước cách mạng công nghiệp, góp phần cùng thế giới trong nỗ lực trung hoà carbon ứng phó với biến đổi khí hậu, tại COP26 tổ chức tại Glasgow Vương quốc Anh, Thủ tướng Chính phủ Việt Nam Phạm Minh Chính đã mạnh mẽ cam kết về mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính đạt mức phát thải ròng bằng 0 (Net Zero) của Việt Nam vào năm 2050. Trong hành trình hướng tới mục tiêu Net Zero, cần có nhiều sự đột phá các giải pháp về chính sách, tư duy và công nghệ. Báo cáo trình bày vai trò và ý nghĩa của công nghệ và dữ liệu địa không gian trong việc thu thập, xử lý, phân tích, hiển thị và chia sẻ thông tin theo không gian và thời gian phục vụ một số chương trình hành động của Việt Nam hướng tới mục tiêu Net Zero theo cam kết quốc tế của chính phủ. Báo cáo kết hợp trình bày kết quả ứng dụng UAV trong nghiên cứu chất lượng không khí trong khai thác khoáng sản ở Việt Nam. Từ khóa: COP26; Net Zero; khí nhà kính; năng lượng tái tạo; công nghệ địa không gian. 1. Khí nhà kính và biến đổi khí hậu Khí nhà kính (GHG) là nguyên nhân gây ra sự biến đổi khí hậu toàn cầu. Quy mô, tần suất và cường độ các hiện tượng thời tiết cực đoan ngày càng lớn. Viễn cảnh của Trái đất sẽ còn bi thảm hơn rất nhiều nếu nhiệt độ toàn cầu tăng thêm 2,7 độ C so với thời tiền công nghiệp như dự báo hiện nay. Trong số các khí nhà kính thì dioxit carbon CO2 là nguồn khí nhà kính chủ đạo và là thủ phạm chính gây ra sự nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu. Ngoài ra, theo dự báo của Uỷ ban khí hậu Liên hợp quốc (GIEC), sự nóng lên toàn cầu sẽ làm 35-47% diện tích lớp băng vĩnh cửu trên Trái đất sẽ tan chảy. Sự tan băng ở hai cực sẽ giải phóng một lượng lớn khí mê-tan trong lòng đất có thể hâm nóng bầu khí quyển nhiều gấp 30- 40 lần so với khí CO2.Theo báo cáo mới nhất của GIEC, đến năm 2030, lượng khí nhà kính thải ra môi trường tăng 16% so với năm 2010. Hội nghị về biến đổi khí hậu được tổ chức hàng năm trong khuôn khổ Công ước khung của Liên hợp quốc về Biến đổi khí hậu (UNFCCC) để đánh giá quá trình ứng phó với biến đổi khí hậu. COP 26 diễn ra từ ngày 31 tháng 10 năm 2021 đến 12 tháng 11 năm 2021 tại Glasgow Vương quốc Anh, các nước thành viên tham gia UNFCCC đã đạt được thỏa thuận về một số mục tiêu chính, bao gồm: - Giữ nhiệt độ Trái đất không tăng quá 1,5 độ C; - Gỉảm sử dụng năng lượng than đá và chuyển sang năng lượng tái tạo; - Giảm lượng khí thải nhà kính CH4 và CO2; - Thực hiện "Net zero" vào năm 2050. Dẫn đầu đoàn đại biểu Việt Nam tham dự hội nghị, thủ tướng Phạm Minh Chính đã cùng 150 quốc gia cam kết đưa mức phát thải ròng về “0” (Net Zero) vào giữa thế kỷ. Việt Nam là một trong sáu nước trên thế giới chịu ảnh hưởng lớn nhất của biến đổi khí hậu. Việc thực hiện cam kết của Việt Nam tại COP26 phù hợp với chương trình tái cơ cấu nền kinh tế đất nước; phù hợp với xu thế của thế giới về phát triển kinh tế xanh, kinh tế tuần hoàn và kinh tế số. * Tác giả liên hệ Email: vochimy@humg.edu.vn 1055
Hình 1. Các mục tiêu chính của hành trình Net Zero 2. Vai trò của công nghệ địa không gian Trong hành trình tiến tới Net Zero sẽ có hai phương hướng hoạt động chính. Một là tăng cường công tác giám sát và kiểm soát khí nhà kính của các nguồn thải. Hai là phát triển các nguồn năng lượng tái tạo. Trong cả hai hoạt động đó, công nghệ và dữ liệu địa không gian đóng vai trò quan trọng.Trong những năm gần đây, công nghệ địa không gian hiện đại như hệ thống dẫn đường vệ tinh toàn cầu, hệ thông tin địa lí, viễn thám vệ tinh, máy bay không người lái, quét laser hàng không, quét laser mặt đất v.v… không ngừng được hoàn thiện, phát triển nhằm thu thập, lưu trữ, phân tích, hiển thị và chia sẻ dữ liệu và thông tin về diễn biến và hiện trạng ô nhiễm không khí theo không gian và thời gian. Chất lượng dữ liệu ngày càng cao, giá thành dữ liệu ngày càng thấp, mở ra khả năng ứng dụng dữ liệu địa không gian trong quá trình giám sát phát thải khí nhà kính phục vụ hành trình mục tiêu Net Zero của Việt Nam. a/ Viễn thám vệ tinh Nhờ những ưu điểm nổi trội như: giàu thông tin, chu kỳ thu nhận thông tin ngắn, xử lý trên diện rộng, trên thế giới và ở Việt Nam, đã có nhiều công trình nghiên cứu, ứng dụng triển khai các loại hình công nghệ ảnh vệ tinh, kể cả ảnh quang học và rada để nghiên cứu giám sát khí nhà kính. Ảnh vệ tinh cung cấp các thông tin tổng hợp, rộng khắp về sự phân bố các nguồn thải, tần suất, mức độ và phạm vi lan toả của khí nhà kính. Ngoài ra, thông qua phân tích dữ liệu viễn thám vệ tinh, có thể xác định được loại khí nhà kính và hàm lượng phát thải của chúng theo không gian và thời gian. Có thể khẳng định rằng: Tư liệu viễn thám vệ tinh được coi là phương tiện hiệu quả cho kết quả nghiên cứu toàn diện, kịp thời, chính xác và rộng khắp trong các chương trình và dự án giám sát khí nhà kính [3]. Tốc độ và hướng của tín hiệu có thể bị biến đổi phụ thuộc vào mật độ điện tử mà tín hiệu phải “đối mặt’ trên đường đi từ vệ tinh đến máy thu. Thông qua việc xử lý các dữ liệu của máy thu GNSS có thể ước tính được tổng lượng điện tử mà tín hiệu GPS đã gặp phải trên đường đi. Phân tích dữ liệu của hệ thống máy thu trên mặt đất có thể thành lập bản đồ tổng lượng điện tử, một tài liệu quan trọng trợ giúp nghiên cứu sự biến động mật độ và thành phần không khí trong đó có hàm lượng O3 và các GHG khác. Tổ hợp các cảm biến khí và GNSS được cài đặt trên các phương tiện di động trên không và trên mặt đất cho phép thu thập mật độ, hàm lượng GHG và truyền dữ liệu, chia sẻ thông tin theo thời gian thực. Ngoài ra, cảm biến GNSS cài đặt trên máy bay, khinh khí cầu và các vệ tinh cỡ nhỏ, nhằm thu nhận các tín hiệu phản xạ từ mặt biển và đại dương sẽ phản ảnh chi tiết sự biến đổi bề mặt nước biển và đại dương cả về vị trí mặt bằng và độ cao. Sự biến đổi này là thông tin quan trọng cho việc phân tích, dự báo tác động của quá trình biến đổi khí hậu và nóng lên toàn cầu các khu vực trên Trái đất [3]. b/ Hệ thông tin địa lý (GIS) GIS được ứng dụng phổ biến trong phân tích không gian, lưu trữ, hiển thị và chia sẻ thông tin về hiện trạng và sự biến động khí nhà kính. Ở các đô thị, rác thải rắn sinh hoạt là nguồn gây ô nhiễm các thành phần môi trường và phát thải khí nhà kính. GIS là công cụ hiệu quả hỗ trợ xác định địa điểm bãi chôn lấp tối ưu và xác định tuyến đường (cung độ) thu gom tối ưu cho xe cơ giới nhằm tiết kiệm chi phí và tăng khả năng thu gom rác [3]. GIS cũng là công hiệu quả trong phân tích sàng lọc các nguồn phát thải CO2, mô hình hóa sự phát tán các nguồn thải CO2 và xây dựng cơ sở dữ liệu thu hồi và lưu trữ carbon CCS 1056
(Carbon Capture and Storage). Dữ liệu CCS sẽ bao gồm nhiều lớp thông tin về sự phân bố nguồn thải theo toạ độ X, Y, mức độ và hàm lượng các loại khí nhà kính, sự phát tán và các lớp điều kiện khí tượng tự nhiên như độ ẩm không khí, hướng và cường độ gió v.v… Bằng các phần mềm GIS chuyên dụng sẽ lập được mô hình phát tán khí nhà kính theo không gian và thời gian. Không chỉ ở dạng bản đồ, các dữ liệu CCS cho khả năng trình bày dữ liệu dưới dạng đồ thị, biểu đồ và đồ thị hoặc cho phép người dùng xuất dữ liệu sang các ứng dụng khác [3,6]. Hình 2. Bản đồ dự báo sự phát tán GHG CO2 từ một nhà máy nhiệt điện [6] Để giảm thiểu mức độ sử dụng nhiên liệu hoá thạch, trong hành trình tiến tới Net Zero, các dạng năng lượng tái tạo sẽ được phát triển. Việc lựa chọn khu vực cho các dự án năng lượng tái tạo phụ thuộc vào rất nhiều tiêu chí về cường độ tài nguyên tái tạo (gió, bức xạ mặt trời), sử dụng đất, ô nhiễm tiếng ồn, cảnh quan, hệ thống giao thông, hệ thống chuyển tải điện v.v…Một tập hợp dữ liệu tiêu chí đầu vào với các trọng số khác nhau sẽ được xử lý trong bài toán phân tích đa tiêu chí MCA trên nền các dữ liệu GIS để tìm ra phương án tối ưu thoả mãn tất cả các tiêu chí khi lựa chọn phương án phát triển năng lượng sạch. Cường độ bức xạ ánh sáng ở nước Việt Nam rất cao là điều kiện thuận lợi để ứng dụng và phát triển hệ thống năng lượng mặt trời ở Việt Nam. Vì Trái đất tham gia hai chuyển động: xung quanh trục của nó và xung quanh mặt trời nên vị trí biểu kiến của mặt trời khác nhau. Từ các kết quả quan trắc, kỹ thuật thiên văn trắc địa cho phép xác định các tham số như: kinh tuyến chuẩn múi giờ địa phương, giờ mặt trời địa phương, góc cao mặt trời v.v..Từ đó, sẽ xác định được toạ độ của mặt trời ở địa phương theo theo thời gian. Dữ liệu này rất quan trọng, nó cho phép định hướng các thiết bị hai trục thu năng lượng bức xạ theo mặt trời [1]. Trong các thành phố, do quỹ đất eo hẹp, việc xây dựng các dự án nhà máy điện mặt rời gặp khó khăn. Lắp đặt pin mặt trời áp mái là giải pháp tối ưu góp phần giảm thiểu khí nhà kính hướng tới Net Zero. Trong trường hợp này, bản đồ bức xạ là cơ sở để lựa chọn các thông số cho pin mặt trời áp mái. Bản đồ bức xạ được thành lập dựa vào mô hình số lớp phủ DLCM (Digital Land Cover Model). Có nhiều phương pháp thành lập DLCM, nhưng hiệu quả nhất là phương pháp quét laser LIDAR hoặc hoặc ALS. Modul phần mềm ArcGIS sẽ chiết tách thông tin bức xạ cho từng khu vực phụ thuộc vào diện tích, độ cao, góc nghiêng, hướng mái nhà và sự biến động tổng lượng bức xạ mặt trời trên đơn vị diện tích (ITH) trong cả năm. 1057
Hình 3. Bản đồ bức xạ mặt trời khu vực đô thị [http://sip.katowice.eu/] Gần đây, Trung tâm JRC (Joint Reseach Center) đã phổ biến phần mềm PVGIS, công cụ để tính toán sản lượng của các hệ thống điện năng lượng mặt trời theo không gian và thời gian trên nền cơ sở dữ liệu bức xạ mặt trời toàn cầu. Thêm một đóng góp quan trọng nữa của công nghệ địa không gian trong hành trình tiến tới Net Zero. 3. Giám sát khí nhà kính trong công nghiệp khai thác khoáng sản bằng UAV Trên thế giới và ở Việt Nam, khai thác, chế biến và sử dụng nhiên liệu hoá thạch được coi là một trong những nguồn thải lớn khí nhà kính. Tuy cơ chế khác nhau nhưng khai thác hầm lò và khai thác lộ thiên đều là nguồn phát thải khí nhà kính. Trong khai thác hầm lò: Luồng gió thải mang theo các thành phần CH4, CO2 thoát ra ngoài khí quyển từ các cửa lò thông gió. Đối với mỏ than lộ thiên, khi vỉa than được xuất lộ và bị phá vỡ kiến trúc, các thành phần khí nhà kính được giải phóng vào khí quyển. Ngoài hai nguyên nhân chính trên đây, các hoạt động thoát khí vỉa, sàng tuyển, chế biến v.v…với mức độ khác nhau đều gây ra phát thải khí nhà kính. Đã có nhiều phương pháp địa không gian được ứng dụng giám sát khí nhà kính trong các công đoạn công nghiệp khai thác khoáng sản, dưới đây, sẽ giới thiệu khả năng ứng dụng máy bay không người lái (UAV) trong giám sát khí nhà kính ở mỏ lộ thiên [2, 5]. Trong những năm gần đây, với cấu tạo, trang bị công nghệ và giá thành khác nhau, UAV được sử dụng thường xuyên trong giám sát các thành phần tài nguyên và môi trường [4]. Với nhiều ưu điểm nổi trội, UAV cũng đang được ứng dụng trong nghiên cứu ô nhiễm không khí nói chung và giám sát khí nhà kính nói riêng. Có nhiều UAV hiện đại, được trang bị các cảm biến và hệ thống xử lý tinh vi. Tuy vậy, các UAV này có kinh phí cao, hạn chế khả năng sử dụng rộng rãi đối với các nguồn phát thải nhỏ, phạm vi hẹp. Xu hướng chung của thế giới là nghiên cứu lựa chọn ứng dụng các thiết bị UAV kinh phí thấp, phù hợp nhằm đóng góp khả năng giám sát và kiểm soát khí nhà kính kể cả các nguồn thải, thành phần và hàm lượng khí nhà kính. Tại Việt Nam bước đầu đã ứng dụng công nghệ UAV chi phí thấp để đánh giá chất lượng không khí tại các mỏ lộ thiên. Các nghiên cứu đã được tiến hành tại mỏ Cọc Sáu năm 2019 [2, 5]. Hệ thống quan không khí được gắn trên UAV bao gồm một số cảm biến dùng để quan trắc bui, các loại khí như CO, CO2 và NOx. Thông số kỹ thuật của UAV được sử dụng để gắn cảm biến lên như bảng 1. Bảng 1. Đặc điểm kỹ thuật của UAV Inspire 2 Tên UAV Inspire 2 Trọng lượng 4000 g Battery 4280 mAh Camera Multi: CMOS, 1" 20 MP Max flight time 27 phút Tốc độ bay - P mode/A-mode: 16.4 ft/s (5 m/s) - S-mode: 19.7 ft/s (6 m/s) Khả năng điều khiển 7 km Khả năng tải 1.9 kg 1058
Hình 4. UAV và hệ thông giám sát chất lượng không khí [2, 5] Với hệ thống quan trắc không khí được phát triển năm 2021, các các biến được tích hợp chung vào 1 bo mạch chủ, sau đó dữ liệu được tryền trực tiếp qua dây cáp sang cho 1 thiết bị thông minh như máy tính bảng hoặc điện thoại. Năm 2022, hệ thống đã được phát triển truyền trực tiếp dữ liệu về các trạm mặt đất thông qua sóng điện thoại 4G giúp việc kiểm tra dữ liệu tức thời. Hình 5. Hệ thống đo đạc không khí gắn trên UAV phiên bản 1 Bảng 2. đặc điểm các cảm biến Monitoring Target Sensor category Range Precision Resolution 3 PM10 Laser dust sensor 0-500 µg/m ± 10% 0.3 µg/m3 CO Electrochemistry sensor 0-750ppm ± 5% ppm 1 ppm NO Electrochemistry sensor 0-250ppm ± 5% ppm 1 ppm NO2 Electrochemistry sensor 0-20ppm ± 5% ppm 0.1 ppm 1059
Hình 6. Hệ thống quan trắc gắn trên UAV phát triển năm 2020 Hình 4 mô tả hành trình bay của UAV để đo các thành phần môi trường không khí trong moong khai thác của mỏ than Cọc Sáu. Từ các dữ liệu thu thập được, các thông tin về chất lượng không khí sẽ được xác định, trên cơ sở đó cho phép xây dựng bản đồ đánh giá chất lượng môi trường không khí trong moong khai thác. Sau khi thu thập dữ liệu, các chỉ số chất lượng không khí được mô phỏng bằng phần mềm theo cả không gian 3 chiều hoặc theo từng lớp độ cao. Hình 6. Phân bố CO và NO của mỏ Cọc Sáu (5/2019) theo từng lớp độ cao Hình 7. Phân bố Co và CO2 của mỏ Đèo Nai (4/2020) trong không gian 3 chiều 1060
4. Kết quả và thảo luận Biến đổi khí hậu là vấn đề cấp bách của thời đại. Chính phủ Việt Nam đã cam kết quốc tế tại Hội nghị COP-26 và đặt ra hành trình hướng tới Net Zero thể hiện bước đi mạnh mẽ, quyết liệt nhằm giảm thiểu khí nhà kính ứng phó với biến đổi khí hậu. Hai hoạt động nhằm hướng tới Net Zero: Giám sát và kiểm soát khí nhà kính tại các nguồn thải và phát triển năng lượng tái tạo. Với nhiều khả năng nổi trội, công nghệ địa không gian đóng vai trò quan trọng trong cả hai lĩnh vực, đồng hành với chương trình Net Zero của chính phủ. Các chuyên gia công nghệ địa không gian cần nghiên cứu lựa chọn và khai thác các loại hình công nghệ hiện đại, phù hợp phục vụ công tác thu thập, quản lý, phân tích, hiển thị và chia sẻ thông tin theo không gian và thời gian thực, hỗ trợ hiệu quả hành trình hướng tới Net Zero theo cam két của chính phủ, góp phần vào sự nghiệp phát triển bền vững của đất nước. Tài liệu tham khảo Đặng Nam Chinh, Nguyễn Gia Trọng, Lương Thanh Thạch (2014), Vai trò của thông tin địa không gian trong các ứng dụng năng lượng tái tạo. Hội nghị KHCN mỏ toàn quốc, Vũng Tàu. Nguyen Quoc Long, Cao Xuân Cuong, Le Van Canh et al. (2020), 3D spatial interpolation methods for open-pit mining air quality with data acquired by small UAV based monitoring system, Inzynieria Mineralna. Võ Chí Mỹ (2015) Kỹ thuật địa tin học nghiên cứu tài nguyên và môi trường, giáo trình cao học chuyên ngành kỹ thuật trắc địa bản đồ, Trường Đại học Mỏ-Địa chất, Hà Nội. Võ Chí Mỹ, Robert Duda, Wojciech Stolarski (2014), Nghiên cứu ứng dụng UAV trong trắc địa mỏ và giám sát môi trường mỏ. Hội nghị KHCN Mỏ toàn quốc, Vũng Tàu. Bùi Xuân Nam, Lee Changwoo, Nguyễn Quốc Long et al. (2019) Use of UAV for 3D topographic mapping and monitoring the air quality of open mines, Journal of the Polish Mineral Engineering Society, Vol 2,2. Amin Yousefi-Sahzabi, Kyuro Sasaki, Ibrahim Djamaluddin, Hossein Yousefi, Yuichi Sugai (2015), GIS modeling of CO2 emission sources and storage possibilities Published Elsevier, Energy Procedia 4. ABSTRACT Towards the goal of Net Zero: The role and significance of geospatial data and technologies Vo Chi My1, *, Bui Xuan Nam2, Nguyen Quoc Long2, Vo Ngoc Dung2 1 Vietnam Association of Georaphy, Cartography and Remote Sencing 2 Hanoi University of Mining and Geology In order to control the global temperaturing increase at 1.5 degrees Celsius in the 21st century compared to the pre-industrial revolution, and contribute to the world's efforts to be carbon neutral in response to climate change, at COP26, in Glasgow, United Kingdom, Vietnamese Prime Minister, Pham Minh Chinh has made a strong commitment to Vietnam's goal of reducing greenhouse gas emissions to net zero (Net Zero) emissions by 2050. Towards the goal of Net Zero, it is necessary to have many breakthroughs in policy, thinking and technology solutions. This paper presents the role and significance of geospatial data and technologies in the collection, processing, analysis, display and sharing of spatial and temporal information for a number of action programs of Vietnam towards the Net Zero goal according to the government's international commitments. Also, it presents the results of UAV application in the management of air quality in mineral mining in Vietnam. Keywords: COP26; Net Zero, renewable energy, Geospatial technology 1061