Cảm biến chất lượng không khí sử dụng năng lượng mặt trời MIT này đã được lắp đặt ở khu vực hẻo lánh của Hawaii. Ảnh do các nhà nghiên cứu cung cấp.
Ô nhiễm không khí do núi lửa từ vụ phun trào Kilauea vào giữa năm 2018. Ảnh: Ben Crawford
Khi các hiện tượng ô nhiễm không khí cực độ và nguy hiểm xảy ra và bao phủ không khí ở mức ô nhiễm nguy hiểm, nó gây ra mối đe dọa lớn đối với sức khỏe và an toàn cộng đồng. Việc giám sát cũng vô cùng khó khăn. Các chất ô nhiễm khuếch tán nhanh chóng vào bầu khí quyển, và có thể trải qua quá trình biến đổi hóa học từ dạng này sang dạng khác, gây khó khăn cho việc dự đoán mức độ phơi nhiễm của con người.
Tại Hoa Kỳ, nguồn dữ liệu chất lượng không khí ngoài trời chính là từ các hệ thống giám sát chất lượng không khí trên mặt đất, do chính phủ quản lý để đo các chất ô nhiễm như ôzôn và các chất dạng hạt. Do chi phí cao của các hệ thống hiệu suất cao này, số lượng màn hình đo chất lượng không khí trên một khu vực địa lý tương đối thưa thớt. Do đó, các hệ thống này không phù hợp để theo dõi các hiện tượng chất lượng không khí cực đoan, trong đó mức độ ô nhiễm có thể rất cao và thay đổi trong khoảng cách tương đối ngắn.
Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu thuộc Khoa Kỹ thuật Dân dụng và Môi trường (CEE) của MIT chứng minh một cách tiếp cận thay thế để theo dõi các sự kiện chất lượng không khí cực đoan bằng cách sử dụng mạng cảm biến (LCS) chi phí thấp. Công việc được thực hiện vào giữa năm 2018 trên đảo Hawaii, khi núi lửa Kilauea phun trào khiến không khí chứa đầy các hạt và khí lưu huỳnh độc hại (“sương khói núi lửa” hay “vog”). Đáp lại, các nhà nghiên cứu đã phát triển và triển khai một mạng lưới gồm 40 cảm biến chi phí thấp xung quanh hòn đảo để theo dõi vog trong thời gian thực, cung cấp độ phân giải cao hơn nhiều về mức độ ô nhiễm không khí cục bộ so với các phép đo chất lượng không khí hiện có.
Bài báo được xuất bản trên PNAS (Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia), thể hiện sức mạnh của mạng lưới LCS trong khả năng lập bản đồ phơi nhiễm ô nhiễm và chuyển hóa hóa học của các chất ô nhiễm không khí để nghiên cứu chất lượng không khí, giám sát sức khỏe cộng đồng và ứng phó khẩn cấp.
Tác giả chính Ben Crawford, trợ lý giáo sư tại Khoa Địa lý và Khoa học Môi trường tại Đại học Colorado tại Denver, cho biết: “Có một nhu cầu thực sự về loại dữ liệu và thông tin về không khí mà con người đang hít thở. Hawaii khi còn là một postdoc tại MIT. “Chúng tôi cần những cảm biến chi phí thấp này và hệ thống giám sát không khí theo quy định để giúp chúng tôi hiểu rõ hơn về những gì đang xảy ra trong không khí mà chúng tôi đang hít thở.”
Được xây dựng để cảm biến chất lượng không khí từ xa
Các cảm biến MIT tùy chỉnh đã cung cấp nồng độ theo thời gian thực của hai thành phần độc hại của vog: khí sulfur dioxide (SO2 ) và các hạt trong không khí, còn được gọi là vật chất dạng hạt. Các cảm biến này chạy bằng năng lượng mặt trời và liên lạc không dây qua mạng di động. Do kích thước nhỏ và chi phí thấp của các cảm biến, các nhà nghiên cứu có thể đặt các cảm biến ở các khoảng cách khác nhau theo chiều gió của núi lửa, để ước tính sự phân bố đầy đủ các mức độ ô nhiễm mà mọi người tiếp xúc ở tất cả các khu vực xung quanh hòn đảo.
Đồng tác giả Jesse Kroll, giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Dân dụng và Môi trường và Kỹ thuật Hóa học của MIT cho biết: “Dữ liệu cho thấy mức độ phơi nhiễm chất ô nhiễm trên phạm vi rộng. “Một số cư dân đã được tiếp xúc với không khí sạch trong suốt thời gian, trong khi những người sống ở các điểm khác nhau ở hướng xuôi của núi lửa đã tiếp xúc với các hỗn hợp chất ô nhiễm khác nhau. Với số lượng lớn các cảm biến được triển khai, chúng tôi có thể định lượng những lần phơi nhiễm này với độ phân giải cao hơn nhiều so với mức bình thường. ”
“Bằng cách đặt các cảm biến ở các khoảng cách khác nhau theo chiều gió của sự kiện, chúng tôi có thể ước tính tốc độ một chất ô nhiễm, sulfur dioxide, phản ứng trong khí quyển và chuyển đổi thành một chất khác, vật chất dạng hạt.
LSC có một số hạn chế nhất định, đặc biệt là độ chính xác thấp hơn so với các thiết bị đặt tại trạm cố định. Trước khi triển khai, các nhà nghiên cứu đã đồng định vị trí của tất cả các cảm biến với các trạm giám sát tiểu bang do Bộ Y tế Hawaii điều hành, cung cấp hiệu chuẩn chính xác được sử dụng trong toàn bộ vụ phun trào.
Theo dõi sương mù và cháy rừng
Cách tiếp cận chung này cũng có thể được sử dụng để đo khói bụi đô thị và cháy rừng, theo các nhà nghiên cứu. Thiết kế chi phí thấp, nhỏ gọn, sử dụng năng lượng mặt trời của các cảm biến cho phép triển khai công nghệ ở một số cấu hình, cho phép nó được liên kết với các nguồn và công nghệ dữ liệu chất lượng không khí khác.
Mọi người có thể sử dụng thông tin từ các cảm biến, cùng với các nguồn dữ liệu khác, để đưa ra các quyết định sáng suốt về sức khỏe và sự an toàn của cộng đồng. Nó cũng cung cấp một cơ hội để giáo dục và mang lại sự yên tâm cho các cộng đồng đang sống chung với những nguy cơ và tác hại do tái diễn các sự kiện chất lượng không khí cực đoan.
Crawford nói: “Một trong những phần thú vị nhất của dự án nghiên cứu này là sử dụng các cảm biến cho cả khoa học và sự tham gia của cộng đồng. “Vì chúng tôi đặt các cảm biến ở trường học, chúng tôi đi vào các lớp học và nói về chất lượng không khí và ‘vog’, và chúng tôi có rất ít cảm biến thử nghiệm. Đó là một cách thực sự thú vị để giao lưu với các sinh viên về một vấn đề môi trường toàn cầu có liên quan đến họ bởi vì họ đã sống qua vụ phun trào này. ”
Bên cạnh các trường học, các nhà nghiên cứu cũng đặt các cảm biến MIT tại các phòng khám sức khỏe và một số khu dân cư tư nhân. Để cung cấp cho công chúng kiến thức về vog của Kilauea, dữ liệu đã được chia sẻ trên một trang web địa phương do các nhà nghiên cứu tạo ra để tiếp tục đo chất lượng không khí trên đảo ngày nay. Crawford cho biết thêm: “Những loại cảm biến này mang đến cơ hội thực sự cho mọi người và cộng đồng tham gia vào việc giám sát chất lượng không khí của riêng họ, độc lập với các hệ thống giám sát của chính phủ”.
Chất lượng không khí kém là một trong những yếu tố môi trường có nguy cơ gây tử vong sớm, tăng cao bởi các sự kiện chất lượng không khí cực đoan đang trở thành sự kiện thường niên ở nhiều nơi trên thế giới. Mạng lưới LCS cung cấp một con đường chuyển tiếp cho các cộng đồng khác để giám sát chất lượng không khí, đặc biệt là các vùng hạn chế về tài nguyên, nơi các hệ thống giám sát chất lượng không khí thậm chí còn thưa thớt hoặc không tồn tại.
“Từ quan điểm sức khỏe cộng đồng, điều quan trọng là phải cải thiện chất lượng không khí của chúng ta trên toàn thế giới. Bước quan trọng để thực hiện điều đó là xác định các nguồn gây ô nhiễm, cũng như hỗn hợp chính xác các chất ô nhiễm mà con người tiếp xúc. Kroll nói: Mạng lưới các cảm biến chi phí thấp là những công cụ tuyệt vời để cung cấp những dữ liệu như vậy.
Các đồng tác giả khác của nghiên cứu bao gồm David Hagan, Tiến sĩ ’20; Giáo sư Colette Heald thuộc các khoa Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường và Trái đất, Khí quyển và Khoa học Hành tinh của MIT; và các cộng tác viên từ Trung tâm Kohala, một trung tâm độc lập, dựa vào cộng đồng để nghiên cứu, bảo tồn và giáo dục.
Nghiên cứu được tài trợ bởi Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA), Cục Kỹ thuật Môi trường và Dân dụng của MIT, và Trung tâm Tata.
Theo MIT news
Để lại bình luận