Vệ tinh Đức đo CO₂ và NO₂ đồng thời từ khí thải của nhà máy điện lần đầu tiên
bởi Hiệp hội Max Planck
Dòng NO2 và CO2 dọc theo các luồng gió thổi xuống của tất cả các nhà máy điện được nghiên cứu, cùng với tỷ lệ NO2/CO2 tương ứng. Nguồn: Environmental Research Letters (2025). DOI: 10.1088/1748-9326/adc0b1
Một nhóm nghiên cứu từ Viện Hóa học Max Planck tại Mainz và Đại học Heidelberg đã lần đầu tiên sử dụng vệ tinh môi trường EnMAP (Chương trình lập bản đồ và phân tích môi trường) của Đức để đồng thời phát hiện hai chất gây ô nhiễm không khí chính là carbon dioxide (CO2) và nitơ dioxide (NO2) trong các luồng khí thải từ các nhà máy điện—với độ phân giải không gian chưa từng có chỉ 30 mét.
Phương pháp mới được phát triển này cho phép theo dõi khí thải công nghiệp từ không gian với độ chính xác cao và cho phép phân tích chi tiết các quá trình trong khí quyển. Kết quả đã được công bố trên tạp chí Environmental Research Letters.
Carbon dioxide (CO2) và nitơ oxit (NOx) nằm trong số các chất gây ô nhiễm không khí do con người gây ra đáng kể nhất—gây hậu quả cho khí hậu, sức khỏe và chất lượng không khí. Các phép đo vệ tinh được coi là công cụ chính để giám sát khí thải độc lập. Tuy nhiên, trước đây, chúng phải chịu những hạn chế đáng kể: Nhiều cảm biến có độ phân giải không gian quá thô để phát hiện các nguồn phát thải riêng lẻ như nhà máy điện một cách đáng tin cậy.
Các quá trình trong khí quyển—như mây hoặc phản ứng hóa học của nitơ oxit—cũng làm phức tạp việc giải thích dữ liệu. Trong trường hợp CO2, các giá trị nền cao thường che khuất các tín hiệu phát thải tương đối yếu.
Vì NO2 và CO2 được phát ra cùng nhau, nên các phép đo NO2 thường được sử dụng để ước tính lượng khí thải CO2 dựa trên các tỷ lệ phát thải đã biết. Tuy nhiên, cho đến nay, vẫn chưa có thiết bị nào có thể phát hiện cả hai loại khí cùng lúc với độ phân giải không gian cao.
Phương pháp hiện được trình bày đã thu hẹp khoảng cách này: lần đầu tiên, cả hai loại khí đều có thể được đo đồng thời và với độ phân giải cao ngay phía trên các nguồn phát thải—và tỷ lệ của chúng được xác định chính xác. Điều này mở ra cánh cửa cho việc giám sát phát thải dựa trên vệ tinh minh bạch và độc lập hơn.
EnMAP: Quan điểm có độ phân giải cao
Các khí vết trong khí quyển như CO₂ và NO₂ để lại các mẫu hấp thụ đặc trưng trong ánh sáng mặt trời, có thể được phát hiện bằng máy quang phổ. Các thiết bị có độ phân giải quang phổ rất cao thường được sử dụng để đo lường dựa trên vệ tinh. Chúng có thể phân tích các cấu trúc hấp thụ tinh vi của các khí trong ánh sáng mặt trời phản chiếu, nhưng thường chỉ đạt được độ phân giải không gian từ 3 đến 5 km.
Ngược lại, vệ tinh quan sát Trái đất EnMAP của Đức ban đầu được thiết kế để cảm biến từ xa các bề mặt đất. Nó cung cấp hình ảnh với mức độ chi tiết không gian đặc biệt cao là 30 x 30 mét, nhưng có độ phân giải quang phổ tương đối thấp.
Nghiên cứu mới hiện chứng minh rằng—trái ngược với các giả định trước đây—có thể đo lường đáng tin cậy các khí vết ngay cả với một thiết bị không được thiết kế riêng để quan sát khí quyển.
"Sử dụng dữ liệu EnMAP, chúng tôi có thể xác định sự phân bố CO2 và NO2 trong các luồng khí thải từ các nhà máy điện riêng lẻ—ví dụ, từ các nhà máy ở Ả Rập Xê Út và vùng Highveld của Nam Phi, một trong những điểm nóng phát thải lớn nhất thế giới", Christian Borger, tác giả đầu tiên của nghiên cứu và cho đến gần đây là một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Nhóm cảm biến từ xa vệ tinh tại Viện Hóa học Max Planck, giải thích. Hiện ông làm việc tại Trung tâm Dự báo thời tiết tầm trung châu Âu (ECMWF) tại Bonn.
Từ đo lường đến ứng dụng
Điều này có nghĩa là vệ tinh EnMAP có thể được sử dụng để xác định lượng khí thải CO2 và NOx từ các nhà máy điện riêng lẻ đồng thời và ở độ phân giải cao. Ngoài ra, tỷ lệ NOx/CO2 có thể được suy ra từ dữ liệu này, cho phép đưa ra kết luận về công nghệ, hiệu quả và chế độ vận hành của các hệ thống. Trong tương lai, các tỷ lệ như vậy có thể được sử dụng để ước tính lượng khí thải CO2 chỉ dựa trên dữ liệu NO2.
Dữ liệu cũng cung cấp những hiểu biết mới về quá trình chuyển đổi hóa học của NO thành NO2 trong các luồng khí thải. Cho đến nay, quá trình trung tâm này trong hóa học khí quyển chỉ có thể được nghiên cứu thông qua các chiến dịch đo lường máy bay phức tạp. Việc sử dụng dữ liệu vệ tinh có những lợi thế lớn trong bối cảnh này vì nó cho phép phát hiện khí thải ô nhiễm công nghiệp trên toàn thế giới, nhất quán và có thể so sánh được.
"Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy cách các vệ tinh có độ phân giải không gian cao có thể đóng góp vào việc giám sát có mục tiêu các khí thải công nghiệp trong tương lai—ngoài các nhiệm vụ quy mô lớn như vệ tinh CO2M của Châu Âu", trưởng nhóm Thomas Wagner tóm tắt. Vệ tinh môi trường EnMAP mở ra những viễn cảnh mới cho một hệ thống giám sát toàn cầu dựa trên vệ tinh đối với các chất ô nhiễm không khí và khí nhà kính.
Thông tin thêm: Christian Borger và cộng sự, Quan sát độ phân giải cao các luồng khí thải NO2 và CO2 từ các phép đo vệ tinh EnMAP, Nghiên cứu môi trường Letters (2025). DOI: 10.1088/1748-9326/adc0b1
Thông tin tạp chí: Environmental Research Letters
Do Max Planck Society cung cấp
