Khí metan (CH₄) là một trong những tác nhân chính gây hiệu ứng nhà kính, với khả năng giữ nhiệt cao gấp 27–30 lần so với carbon dioxide (CO₂) trong khoảng thời gian 100 năm. Mặc dù chỉ chiếm khoảng 20% tổng lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu, tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) của metan khiến nó trở thành mối quan tâm hàng đầu trong các chiến lược giảm thiểu biến đổi khí hậu. Bài viết này sẽ phân tích cơ chế tác động, nguồn phát thải, và giải pháp quản lý khí metan dựa trên bằng chứng khoa học và chính sách hiện hành.
Đặc Tính Vật Lý và Hóa Học Của Khí Metan
Cấu Trúc và Tính Chất Cơ Bản
Khí metan (CH₄) là hydrocarbon đơn giản nhất, tồn tại dưới dạng khí không màu, không mùi ở điều kiện tiêu chuẩn. Với khối lượng phân tử nhẹ (16 g/mol), metan dễ bay hơi và khuếch tán nhanh trong khí quyển. Điểm bốc cháy của metan là 537°C, và nó hóa lỏng ở -162°C. Khả năng hòa tan thấp trong nước nhưng cao trong dung môi hữu cơ khiến metan tích tụ chủ yếu trong khí quyển hoặc các mỏ nhiên liệu hóa thạch.
Phản Ứng Quang Hóa và Chu Kỳ Khí Quyển
Metan bị phân hủy chủ yếu bởi phản ứng với gốc hydroxyl (·OH) trong tầng bình lưu, tạo ra CO₂ và hơi nước. Chu kỳ tồn tại trung bình của metan trong khí quyển là 12 năm, ngắn hơn nhiều so với CO₂ (hàng trăm năm). Tuy nhiên, trong thời gian tồn tại ngắn này, mỗi phân tử metan hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại mạnh hơn CO₂, dẫn đến hiệu ứng giữ nhiệt đáng kể.
Tiềm Năng Nóng Lên Toàn Cầu (GWP) Của Metan
Định Nghĩa và Phương Pháp Tính Toán
GWP là chỉ số đo lường khả năng giữ nhiệt của một khí nhà kính so với CO₂ trong một khoảng thời gian cụ thể. Metan có GWP-100 là 27–30, nghĩa là 1 tấn CH₄ thải ra sẽ gây hiệu ứng nóng lên tương đương 27–30 tấn CO₂ sau 100 năm. Trong ngắn hạn (20 năm), GWP của metan tăng vọt lên 81–84, phản ánh tác động mạnh mẽ ngay sau khi phát thải. Sự khác biệt này cho thấy việc giảm phát thải metan có thể mang lại hiệu quả nhanh chóng trong việc làm chậm biến đổi khí hậu.
So Sánh Với CO₂ và Các Khí Nhà Kính Khác
Mặc dù CO₂ chiếm 76% tổng phát thải khí nhà kính, metan đóng góp 20% vào hiệu ứng nóng lên toàn cầu do GWP cao. Trong khi CO₂ tích tụ lâu dài, metan tác động mạnh trong giai đoạn đầu, làm gia tăng nhiệt độ toàn cầu nhanh chóng. Các nghiên cứu chỉ ra rằng 30% mức tăng nhiệt từ thời kỳ tiền công nghiệp đến nay là do metan. Ngoài ra, metan gián tiếp làm tăng nồng độ ozone tầng đối lưu và hơi nước tầng bình lưu, hai chất gây hiệu ứng nhà kính thứ cấp.
Nguồn Phát Thải Metan Toàn Cầu và Tại Việt Nam
Nguồn Tự Nhiên
Khoảng 40% lượng metan toàn cầu phát thải từ các nguồn tự nhiên như:
-
Đất ngập nước: Vi khuẩn kỵ khí phân hủy chất hữu cơ trong đầm lầy, rừng ngập mặn (đóng góp 30%).
-
Mối: Hoạt động tiêu hóa cellulose của mối tạo ra metan (khoảng 4%).
-
Cháy rừng tự nhiên: Quá trình đốt cháy sinh khối giải phóng metan.
Nguồn Nhân Tạo
60% lượng metan phát thải xuất phát từ hoạt động con người:
-
Nông nghiệp (40%):
-
Chăn nuôi gia súc: Quá trình lên men dạ cỏ ở bò và động vật nhai lại tạo ra 32% lượng metan nhân tạo.
-
Trồng lúa nước: Điều kiện ngập úng kích thích vi khuẩn sinh metan (đóng góp 8%).
-
-
Năng lượng (35%):
-
Khai thác nhiên liệu hóa thạch: Rò rỉ metan từ giếng dầu, khí đốt và hầm mỏ than (23% từ dầu khí, 12% từ than).
-
-
Chất thải (20%):
-
Bãi chôn lấp: Phân hủy kỵ khí chất thải hữu cơ sinh ra metan.
-
Xử lý nước thải: Quá trình phân hủy bùn thải.
-
Tại Việt Nam, các nguồn phát thải chính bao gồm trồng lúa (đồng bằng sông Cửu Long), chăn nuôi quy mô lớn, và khai thác than (vùng Quảng Ninh).
Tác Động Của Metan Đến Khí Hậu và Sức Khỏe
Hiệu Ứng Nhà Kính và Biến Đổi Khí Hậu
Metan hấp thụ bức xạ hồng ngoại ở bước sóng 7,7 μm, một vùng mà CO₂ và hơi nước ít hấp thụ, khiến nó trở thành chất bổ sung quan trọng trong cơ chế giữ nhiệt. Từ năm 1750, nồng độ metan trong khí quyển đã tăng 150%, đạt 1.860 ppb vào năm 2021. Sự gia tăng này góp phần làm Trái Đất ấm lên 0,5°C, theo ước tính của IPCC.
Rủi Ro Sức Khỏe Con Người
Ngoài gây biến đổi khí hậu, metan ở nồng độ cao (>5%) có thể gây ngạt thở do thay thế oxy trong không khí. Trong môi trường kín (hầm mỏ, bể chứa), metan dễ bắt nổ khi tiếp xúc với tia lửa (nồng độ 5–15%), đe dọa tính mạng công nhân.
Giải Pháp Giảm Phát Thải Metan
Công Nghệ Giám Sát và Thu Hồi
-
Hệ thống cảm biến điện hóa: Phát hiện rò rỉ metan trong công nghiệp với độ chính xác cao, tuổi thọ cảm biến 2 năm.
-
Thu hồi khí đồng hành: Tận dụng metan từ các giếng dầu để sản xuất điện, giảm 75% phát thải so với đốt bỏ.
-
Công nghệ sinh học: Sử dụng vi khuẩn metanotrophic để chuyển đổi CH₄ thành CO₂ ít độc hại hơn.
Chính Sách Quốc Tế và Tại Việt Nam
-
Cam kết toàn cầu: Hơn 100 quốc gia tham gia Global Methane Pledge (2021) nhằm cắt giảm 30% phát thải metan vào 2030.
-
Quy định tại Việt Nam:
-
Áp dụng tiêu chuẩn ISO 14064 để kiểm kê khí nhà kính.
-
Khuyến khích nông nghiệp hữu cơ, giảm đốt rơm rạ và sử dụng chế phẩm vi sinh trong chăn nuôi.
-
Đổi Mới Trong Nông Nghiệp
-
Thay đổi khẩu phần ăn cho gia súc: Bổ sung rong biển Asparagopsis giảm 80% lượng metan từ dạ cỏ.
-
Kỹ thuật canh tác lúa cải tiến: Tưới ngập khô xen kẽ (AWD) giảm 50% phát thải metan so với phương pháp truyền thống.
Kết Luận
Khí metan là tác nhân không thể phủ nhận trong việc thúc đẩy hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu. Với GWP cao và nguồn phát thải đa dạng, việc kiểm soát metan đòi hỏi sự kết hợp giữa công nghệ tiên tiến, chính sách mạnh mẽ và thay đổi hành vi sản xuất. Ưu tiên giảm phát thải metan không chỉ giúp đạt mục tiêu Net Zero 2050 mà còn cải thiện chất lượng không khí và sức khỏe cộng đồng.
