Phát thải co2 là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa phát thải CO₂

Phát thải CO₂ (carbon dioxide emissions) là quá trình giải phóng khí carbon dioxide vào khí quyển từ các nguồn tự nhiên và nhân tạo. Đây là khí nhà kính phổ biến nhất do con người tạo ra và là yếu tố chính góp phần vào hiện tượng ấm lên toàn cầu. Trong môi trường tự nhiên, CO₂ được thải ra từ hoạt động núi lửa, hô hấp của sinh vật, phân hủy chất hữu cơ, cháy rừng tự nhiên. Tuy nhiên, kể từ thời kỳ công nghiệp hóa, lượng CO₂ do con người thải ra đã vượt xa mức tự nhiên hấp thụ.

Khí CO₂ không độc ở nồng độ thấp nhưng với nồng độ cao trong khí quyển, nó gây mất cân bằng bức xạ, giữ nhiệt và làm biến đổi hệ thống khí hậu. Đặc điểm nổi bật của CO₂ là thời gian tồn tại lâu trong khí quyển (hàng chục đến hàng trăm năm), khiến tác động tích tụ theo thời gian. Do đó, quản lý phát thải CO₂ là trọng tâm trong các chiến lược giảm thiểu biến đổi khí hậu toàn cầu.

Các tổ chức quốc tế như IPCC và UNFCCC định nghĩa phát thải CO₂ trong phạm vi kiểm kê khí nhà kính quốc gia và toàn cầu, tính đến cả nguồn phát thải trực tiếp và gián tiếp từ hoạt động kinh tế – xã hội.

CO₂ trong chu trình carbon toàn cầu

Carbon dioxide là một thành phần quan trọng của chu trình carbon toàn cầu, trao đổi liên tục giữa khí quyển, đại dương, sinh quyển và thạch quyển. Chu trình này duy trì cân bằng carbon qua các dòng chảy tự nhiên như quang hợp, hô hấp, phong hóa, núi lửa và lắng đọng trầm tích. Khi con người bổ sung thêm CO₂ thông qua đốt nhiên liệu hóa thạch và phá rừng, sự cân bằng này bị phá vỡ.

Các quá trình chính của chu trình carbon:

• Quang hợp thực vật hấp thụ CO₂ để tổng hợp chất hữu cơ
• Hô hấp và phân hủy sinh học giải phóng CO₂ trở lại khí quyển
• Đại dương hòa tan CO₂ và giải phóng khi nhiệt độ thay đổi
• Phong hóa đá silicat và núi lửa giải phóng CO₂ lâu dài

Phương trình cân bằng carbon đơn giản: $\Delta C = E - U$ trong đó $E$ là tổng lượng phát thải, $U$ là tổng lượng hấp thụ, $\Delta C$ là thay đổi nồng độ CO₂ trong khí quyển. Dưới đây là bảng minh họa dòng carbon (ước tính gigaton C/năm):

Dòng carbon	Dòng vào (GtC/năm)	Dòng ra (GtC/năm)
Hô hấp & phân hủy	~120	-
Quang hợp	-	~123
Trao đổi đại dương	~90	~92
Phát thải con người	~10	-

Các nguồn phát thải CO₂ chính

Phát thải CO₂ được chia thành hai nhóm: tự nhiên và nhân tạo. Nhóm tự nhiên bao gồm núi lửa, hô hấp sinh vật, cháy rừng tự nhiên. Nhóm nhân tạo là nguyên nhân chính của sự gia tăng nồng độ CO₂ hiện nay, chủ yếu từ đốt nhiên liệu hóa thạch, sản xuất công nghiệp, giao thông và thay đổi sử dụng đất.

Các nguồn nhân tạo chính:

• Nhiên liệu hóa thạch: Than, dầu, khí tự nhiên cho điện, nhiệt, vận tải
• Công nghiệp: Sản xuất xi măng, thép, hóa chất
• Giao thông vận tải: Ô tô, máy bay, tàu biển
• Nông nghiệp: Đốt phụ phẩm, sử dụng phân bón hóa học
• Phá rừng: Giảm khả năng hấp thụ CO₂

Theo Global Carbon Project, phát thải CO₂ từ đốt nhiên liệu hóa thạch và sản xuất công nghiệp đạt khoảng 36,3 tỷ tấn CO₂ năm 2022. Sự phân bố phát thải theo ngành có thể được trình bày như bảng dưới:

Ngành	Tỷ lệ (%)
Điện và nhiệt	~40%
Giao thông	~24%
Công nghiệp nặng	~21%
Nông nghiệp & đất đai	~15%

Tác động của phát thải CO₂ đến biến đổi khí hậu

CO₂ là khí nhà kính tồn tại lâu trong khí quyển, góp phần gia tăng hiệu ứng nhà kính tự nhiên. Khi nồng độ CO₂ tăng, nó giữ nhiệt nhiều hơn, dẫn đến nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng. Đây là động lực chính của biến đổi khí hậu trong thế kỷ XX và XXI.

Các hệ quả chính:

• Tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu, gây nắng nóng cực đoan
• Băng tan ở hai cực và mực nước biển dâng
• Biến đổi lượng mưa, hạn hán, lũ lụt
• Ảnh hưởng tới hệ sinh thái, an ninh lương thực và sức khỏe con người

Báo cáo IPCC cho thấy cần giới hạn mức tăng nhiệt độ dưới 1,5°C so với thời kỳ tiền công nghiệp để giảm thiểu rủi ro khí hậu. Giảm phát thải CO₂ là điều kiện tiên quyết để đạt được mục tiêu này, thông qua năng lượng tái tạo, tăng hiệu quả năng lượng và bảo vệ rừng.

Đo lường và báo cáo phát thải CO₂

Việc đo lường và kiểm kê phát thải CO₂ là một bước quan trọng để đánh giá tác động môi trường và xây dựng chính sách khí hậu hiệu quả. Các quốc gia và tổ chức sử dụng hướng dẫn kỹ thuật của IPCC 2006 Guidelines để ước tính lượng khí thải theo ngành, sử dụng phương pháp bottom-up (từ dữ liệu hoạt động) và top-down (từ đo đạc vệ tinh).

Ba cấp độ tính toán được áp dụng:

1. Cấp độ 1: Ước lượng sơ cấp dựa trên hệ số mặc định
2. Cấp độ 2: Sử dụng dữ liệu trong nước và hệ số cụ thể
3. Cấp độ 3: Mô hình hóa chi tiết từng quy trình phát thải

Công thức phát thải phổ biến: $CO_2 = A \times EF$, trong đó $A$ là hoạt động (ví dụ: tấn nhiên liệu đốt), $EF$ là hệ số phát thải (kg CO₂/tấn nhiên liệu). Các hệ số này được quy định bởi GHG Protocol và có thể điều chỉnh theo loại nhiên liệu và công nghệ sử dụng.

CO₂ và các loại khí nhà kính khác

Mặc dù CO₂ là khí nhà kính chiếm tỷ trọng lớn nhất trong phát thải nhân tạo, các khí khác như methane (CH₄), nitrous oxide (N₂O), hydrofluorocarbons (HFCs) cũng đóng vai trò không kém trong hiện tượng nóng lên toàn cầu. Để so sánh mức độ ảnh hưởng, người ta dùng chỉ số “CO₂ tương đương” (CO₂-eq).

Chỉ số CO₂-eq dựa trên “tiềm năng làm nóng toàn cầu” (GWP – Global Warming Potential), cho biết mức độ một đơn vị khí cụ thể gây hiệu ứng nhà kính so với 1 đơn vị CO₂ trong một khoảng thời gian xác định (thường là 100 năm).

Khí nhà kính	GWP (100 năm)
CO₂	1
CH₄ (methane)	25
N₂O (nitrous oxide)	298
HFC-134a	1.430

Việc tính tổng lượng phát thải dưới dạng CO₂-eq giúp các quốc gia và doanh nghiệp dễ dàng quản lý, quy đổi và báo cáo theo khung pháp lý và chính sách khí hậu quốc tế như UNFCCC và Hiệp định Paris.

Phân bố phát thải CO₂ theo quốc gia và ngành

Phát thải CO₂ không phân bổ đều giữa các quốc gia. Một số nước công nghiệp phát triển phát thải rất cao, trong khi nhiều nước đang phát triển có mức phát thải đầu người thấp nhưng lại chịu ảnh hưởng nặng nề từ biến đổi khí hậu. Tính đến năm 2023, top 5 quốc gia phát thải CO₂ nhiều nhất bao gồm:

1. Trung Quốc
2. Hoa Kỳ
3. Ấn Độ
4. Liên minh châu Âu (EU)
5. Liên bang Nga

Phân bố phát thải theo ngành nghề:

• Điện và nhiệt: ~40%
• Vận tải: ~24%
• Công nghiệp: ~21%
• Nông nghiệp và thay đổi sử dụng đất: ~15%

Xem biểu đồ cập nhật tại Our World in Data – CO₂ Emissions để tra cứu chi tiết theo quốc gia, năm và lĩnh vực.

Chiến lược giảm phát thải CO₂

Việc cắt giảm phát thải CO₂ là chìa khóa để hạn chế biến đổi khí hậu. Các chiến lược được áp dụng trên phạm vi toàn cầu, quốc gia và doanh nghiệp, gồm cả giải pháp công nghệ, chính sách, và thay đổi hành vi tiêu dùng.

Một số giải pháp chủ chốt:

• Chuyển đổi sang năng lượng tái tạo: điện mặt trời, gió, thủy điện
• Cải thiện hiệu suất năng lượng trong xây dựng, công nghiệp và giao thông
• Trồng rừng, bảo vệ rừng, phục hồi hệ sinh thái hấp thụ CO₂
• Ứng dụng công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (CCS)
• Thiết lập giá carbon, thuế carbon và hệ thống mua bán phát thải (ETS)

Nhiều quốc gia đã công bố mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050 như Nhật Bản, Hàn Quốc, EU; trong khi Trung Quốc đặt mục tiêu đến năm 2060. Các kế hoạch đóng góp quốc gia (NDC) trong Hiệp định Paris là công cụ để đo lường tiến trình thực hiện.

Triển vọng và chính sách khí hậu toàn cầu

Trong bối cảnh khủng hoảng khí hậu ngày càng rõ rệt, kiểm soát phát thải CO₂ trở thành nội dung trung tâm trong chính sách toàn cầu. Tổ chức như IPCC, IEA, World Bank thúc đẩy các sáng kiến tài chính, công nghệ và pháp lý để hỗ trợ quốc gia đang phát triển.

Các chính sách và sáng kiến tiêu biểu:

• Net Zero by 2050 – IEA Roadmap
• Global Methane Pledge
• Carbon Border Adjustment Mechanism (CBAM) của EU
• Climate Action Enhancement Package (CAEP) – NDC Partnership

Việc đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng 0 đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa khu vực công – tư, đổi mới công nghệ và sự chuyển đổi cấu trúc kinh tế sâu rộng, đảm bảo công bằng khí hậu và phát triển bền vững.

Tài liệu tham khảo

1. IPCC Assessment Reports
2. IEA – CO₂ Emissions Review
3. Global Carbon Project – Carbon Budget 2022
4. GHG Protocol – Greenhouse Gas Accounting Standards
5. UNFCCC – United Nations Climate Framework
6. IPCC 2006 Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories
7. Our World in Data – CO₂ Emissions Data
8. The Paris Agreement – Official Site