ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ TRANG ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA KHÍ THẢI TỪ CÁC THIẾT BỊ BAY ĐẾN BẦU KHÍ QUYỂN VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÁC NHIÊN LIỆU SẠCH THAY THẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HÀ NỘI – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ TRANG ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA KHÍ THẢI TỪ CÁC THIẾT BỊ BAY ĐẾN BẦU KHÍ QUYỂN VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÁC NHIÊN LIỆU SẠCH THAY THẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số: Chương trình đào tạo thí điểm Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Thiện Hân HÀ NỘI – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Nếu có gì sai, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Tác giả luận văn Nguyễn Thị Trang LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo Trường Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Phạm Thiện Hân đã tận tình hướng dẫn, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ và chia sẻ kinh nghiệm giúp tôi hoàn thành luận văn. 1 MỤC LỤC Danh mục các chữ viết tắt 3 Danh mục các bảng 4 Danh mục các hình vẽ 5 MỞ ĐẦU 10 1. Tính cấp thiết 10 2. Mục tiêu nghiên cứu 11 3. Đối tượng và khu vực nghiên cứu 11 4. Cơ sở phương pháp luận 11 5. Kết quả mong đợi 11 6. Bố cục của luận văn 12 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ TÁC ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BAY ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 13 1.1.Tổng quan về biến đổi khí hậu 13 1.1.1. Khái niệm về Biến đổi khí hậu 13 1.1.2. Hiệu ứng nhà kính 15 1.1.3. Khí nhà kính 16 1.1.4. Tác động của khí nhà kính đến biến đổi khí hậu 17 1.2. Tác động của các thiết bị bay đến biến đổi khí hậu 18 1.2.1. Các loại thiết bị bay 19 1.2.2. Nhiên liệu sử dụng 21 1.2.3. Cơ chế phát sinh khí nhà kính 28 1.3. Tổng quan các giải pháp giảm thiểu tác động của TBB đến bầu khí quyển 31 1.3.1. Giải pháp kỹ thuật 33 1.3.2. Giải pháp kinh tế 37 1.3.3. Phát triển nhiên liệu sạch thay thế 38 1.4. Tổng quan về ngành hàng không dân dụng Việt Nam 45 Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ 52 2 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 52 2.2. Cách tiếp cận 53 2.3. Phương pháp đánh giá, tính toán 54 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 56 3.1. Tác động của thiết bị bay đến bầu khí quyển 56 3.1.1. Phát thải khí nhà kính 56 3.1.2. Tác động của khí nhà kính do thiết bị bay đến bầu khí quyển 60 3.2. Đề xuất các giải pháp giảm thiểu cho ngành hàng không Việt Nam 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 Danh mục các chữ viết tắt BĐKH – Biến đổi khí hậu; HKDD – Hàng không dân dụng; HƯNK – Hiệu ứng nhà kính; TBB – Thiết bị bay; VTHK – Vận tải hàng không. 4 Danh mục các bảng Bảng 1.1.Thực trạng đội máy bay của Việt Nam 47 Bảng 1.2.Thống kê kết quả vận tải hàng không của Việt Nam, [1-7] 49 Bảng 1.3. Dự đoán vận tải hành khách đường hàng không của Việt Nam ,[1-6] 49 Bảng 1.4. Dự đoán vận tải hàng hóa đường hàng không của Việt Nam, [6] 49 Bảng 1.5. Dự báo sản lượng điều hành bay 50 Bảng 3.1. Các kịch bản khí thải TBB 57 Bảng 3.2.Thành phần khí thải một số tên lửa đẩy điển hình 62 Bảng 3.3. Khí thải tên lửa đẩy 63 Bảng 3.4. Khí thải khi phóng tên lửa Satun 5 của Mỹ 65 Bảng 3.6. Khí thải từ tên lửa đẩy Năng lượng của LB Nga 67 Bảng 3.7. Khí thải từ tên lửa đẩy của LB Nga trong 50 năm 67 Bảng 3.8. Khí thải từ tên lửa đẩy của LB Nga trong 1 năm 68 Bảng 3.9. Khí thải từ tên lửa đẩy thế giới trong 1 năm 69 Bảng 3.10. Thành phần khí thải hàng không thế giới năm 1992 71 Bảng 3.11. Thành phần khí NO x của hàng không thế giới năm 1992 71 Bảng 3.12. Dự đoán sản lượng các chuyến bay thế giới 72 Bảng 3.13. Khí thải từ một số máy bay khi cất,hạ cánh [18] 74 Bảng 3.14. Số km điều hành bay của HKDD Việt Nam 77 Bảng 3.15. Lượng khí nhà kính tính toán sơ bộ do các máy bay khi bay trong địa phận của Việt nam thải ra 78 5 Danh mục các hình vẽ Hình 1.1. Mô tả nguyên lý hiệu ứng nhà kính 15 Hình 1.2. Hiệu ứng nhà kính 15 Hình 1.3. Thành phần khí nhà kính 16 Hình 1.4. Sơ đồ ảnh hưởng khí thải TBB đến bầu khí quyển 29 Hình 1.5. Máy bay Airbus A380 34 Hình 1.6. Biểu tượng phát triển bền vững 38 Hình 1.7. Lò phản ứng sinh học của Otto Pulz 41 Hình 1.8. Cây ngón biển, nguồn sản xuất nhiên liệu sinh học 42 Hình 2.1. Sơ đồ logic trình tự nghiên cứu đánh giá tác động khí thải từ các thiết bị bay đến bầu khí quyển 55 Hình 3.1. Kịch bản khí thải CO 2 từ TBB 58 Hình 3.2. Mô hình phóng tên lửa Rokot, liên minh Châu âu 64 Hình 3.3. Biểu đồ số tên lửa đẩy trên thế giới từ năm 1960 – 1988 66 Hình 3.4. Biểu đồ số tên lửa đẩy của Nga từ năm 2000 đến 2010 66 Hình 3.5. Lượng khí thải từ tên lửa đẩy của LB Nga 68 Hình 3.6. Thành phần các khí thải khu vực sân bay Seremetrevo 73 Hình 3.7. Lượng khí thải gây ô nhiễm của máy bay Tu-134, tấn 73 Hình 3.8. Lượng khí thải gây ô nhiễm của máy bay Tu-154, tấn 74 Hình 3.9. Lượng khí thải gây ô nhiễm của máy bay An 2, tấn 74 Hình 3.10. Sơ đồ logic đánh giá phát thải hàng không dân dụng bay trên bầu trời thuộc quản lý của ngành hàng không Việt Nam 76 Hình 3.11. Phát thải CO 2 từ máy bay trong không phận của Việt Nam 78 Hình 3.12. Phát thải CO từ máy bay trong không phận của Việt Nam 79 Hình 3.13. Phát thải NOx từ máy bay trong không phận của Việt Nam 79 10 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Thiết bị bay (TBB) là thuật ngữ chung chỉ các phương tiện bay gồm: Máy bay (máy bay quân sự và dân sự) và tên lửa (tên lửa quân sự và tên lửa dân sự – tên lửa phóng tầu vũ trụ, vệ tinh). Trên thế giới ngành nghiên cứu TBB nói chung được gọi là ngành hàng không – vũ trụ. Hiện nay, bên cạnh những thành tựu khoa học giúp ích cho loài người như vận tải hàng không, phóng vệ tinh, tầu vụ trụ…, ngành hàng không – vũ trụ ít nhiều có ảnh hưởng đến môi trường toàn cầu. Những ảnh hưởng chính gồm: ảnh hưởng môi trường không khí (khí nhà kính), tiếng ồn, các yếu tố vật lý (độ rung, điện từ trường, bức xạ ion hóa), môi trường nước, môi trường đất, chất thải rắn và lỏng. Hiện nay [9,14,15], với số lượng 16.000 máy bay thương mại của thế giới trên toàn cầu đã tạo ra hơn 600 triệu tấn dioxitcarbon (CO 2 ) hàng năm. Thực tế, ngành hàng không đã tạo ra khối lượng khí CO2 hàng năm tương đương với lượng khí CO2 được sinh ra bởi tất cả các hoạt động của con người ở châu Phi. Theo ước tính của Ủy ban Liên Chính phủ về Biến đổi khí hậu (gọi tắt là IPCC) đã đánh giá [14]: đến năm 2010, ngành hàng không dân dụng đã thải ra 2% tổng lượng khí CO 2 phát thải do các hoạt động của con người và theo ước tính vào năm 2050, con số đó sẽ là 4%, sẽ tác động rất lớn đến việc làm trái đất nóng dần lên, gây ra “hiệu ứng nhà kính”. Bên cạnh đó cần kể đến hàng ngàn chuyến bay huấn luyện của các máy bay quân sự chưa được công bố. Trong khí thải của máy bay còn có các chất khí NO x và một số khí khác, đây là những khí nhà kính mạnh, có những ảnh hưởng ngắn hạn tương đương với khí CO 2 . Trên đây mới chỉ là đánh giá của ngành hàng không dân dụng, tác động của khí thải từ các thiết bị bay dạng tên lửa vẫn còn là vấn đề chưa được quan tâm nhiều. Cho đến nay, ở Việt Nam, chưa có nghiên cứu nào liên quan đến vấn đề nêu trên. Do vậy, đề tài: “Đánh giá tác động của khí thải từ các thiết bị bay [...].. .đến bầu khí quyển và xu hướng phát triển các nhiên liệu sạch thay thế được lựa chọn thực hiện 2 Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu cơ chế phát sinh khí nhà kính của các thiết bị bay; - Đánh giá tác động của khí thải từ các thiết bị bay đến bầu khí quyển; - Phân tích các biện pháp giảm thiểu ảnh hưởng khí thải từ thiết bay đến bầu khí quyển 3 Đối tượng và khu vực nghiên cứu 3.1... cứu của Luận văn là: Khí thải các loại thiết bị bay: Khí thải của máy bay (chủ yếu là máy bay dân dụng) và khí thải của tên lửa phóng vệ tinh 3.2 Khu vực nghiên cứu Nghiên cứu tác động của khí thải từ các thiết bị bay của Việt Nam (chủ yếu là máy bay dân dụng) và một số nước điển hình trên thế giới đến biến đổi khí hậu của toàn cầu 4 Cơ sở phương pháp luận Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về các loại nhiên. .. nhiên liệu dùng trong TBB, trên cơ sở các quá trình lý – hóa xảy ra trong các động cơ của TBB, lý giải lượng khí nhà kính thải ra môi trường khi các TBB hoạt động Dựa trên báo cáo, tài liệu công bố chính thống trong và ngoài nước, đánh giá tác động khí thải của TBB tác động đến biến đổi khí hậu Phần cuối của Luận văn đưa ra phân tích các biện pháp giảm thiểu tác động của khí thải từ thiết bay đến bầu khí. .. thuận lợi phát triển Trong khi đó nhiều loài bị thu hẹp về diện tích hoặc bị tiêu diệt Khí hậu trái đất sẽ bị biến đổi sâu sắc, các đới khí hậu có xu hướng thay đổi Toàn bộ điều kiện sống của tất cả các quốc gia bị xáo động Hoạt động sản xu t nông nghiệp, lâm nghiệp, thuỷ hải sản bị ảnh hưởng nghiêm trọng 1.2 Tác động của các thiết bị bay đến biến đổi khí hậu Khi các TBB hoạt động, lượng khí thải thoát... trụ đến môi trường 6 Bố cục của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn gồm 3 chương chính: Chương 1: Tổng quan về biến đổi khí hậu và tác động của các thiết bị bay đến biến đổi khí hậu Chương 2: Đối tượng, phạm vi, cách tiếp cận và phương pháp đánh giá Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận 12 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ TÁC ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BAY ĐẾN BIẾN... Boeing và Airbus Lượng nhiên liệu tiêu thụ của mỗi loại máy bay phụ thuộc chủ yếu vào loại động cơ và model máy bay Trên cơ sở nghiên cứu lịch sử phát triển ngành hàng không thế giới, tác giả tổng hợp, xây dựng đề xu t các phương pháp giảm thiểu tác động khí thải của TBB đến bầu khí quyển gồm: giải pháp kỹ thuật, giải pháp kinh tế và giải pháp về nhiên liệu 1.3.1 Giải pháp kỹ thuật a) Phát triển công... tiến và công nghệ hyđrô hứa hẹn sẽ giảm bớt khí thải CO2 Ngành hàng không cũng không thể tránh khỏi sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, bởi vậy muốn tăng hiệu quả nhiên liệu của máy bay là phải giảm trọng lượng và cải thiện khí động lực học, thiết kế động cơ của máy bay và phát triển động cơ tiết kiệm nhiên liệu Việc phát triển công nghệ khung và động cơ máy bay, giảm trọng lượng thông qua việc sử dụng... đến bầu khí quyển 5 Kết quả mong đợi Về mặt lý luận: Đánh giá được tổng quan về tác động của khí thải thiết bị bay đến biến đổi khí hậu toàn cầu Nghiên cứu cơ chế phát sinh khí nhà kính thải ra môi trường của thiết bị bay và đề xu t các biện pháp giảm thiểu 11 Về mặt thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần là một trong những cơ sở phương pháp luận cho hướng nghiên cứu ảnh hưởng của ngành... khí thải TBB đến bầu khí quyển a)Đối với máy bay: - Chất cháy (xăng dầu máy bay chứa C, N, S và các phụ gia) - Chất Oxy hóa: O2 b)Đối với tên lửa: -Chất cháy (chất G) -Chất Oxy hóa (chất O) Khí thải máy bay kết hợp với các nguồn khác của con người làm thay đổi thành phần khí quyển Quá trình thay đổi này gồm: phát thải trực tiếp các khí nhà kính (ví dụ CO2 hoặc hơi nước); phát thải các chất khí ảnh hưởng... lượng nhiên liệu sử dụng b) Phát triển động cơ Phát triển động cơ yêu cầu một sự cân bằng phát thải giữa nhu cầu hoạt động (hiệu quả nhiên liệu) và lượng KHÍ NHÀ KÍNH (NOx, COx và HC) Việc cân bằng phát thải này cũng phải bảo đảm các mục tiêu vận chuyển an toàn, tin cậy, chi phí và tiếng ồn c) Phát triển máy bay Mục tiêu cải thiện hiệu quả động cơ cũng có thể đạt được thông qua cải tiến khung máy bay, . chế phát sinh khí nhà kính của các thiết bị bay; - Đánh giá tác động của khí thải từ các thiết bị bay đến bầu khí quyển; - Phân tích các biện pháp giảm thiểu ảnh hưởng khí thải từ thiết bay đến. TRANG ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA KHÍ THẢI TỪ CÁC THIẾT BỊ BAY ĐẾN BẦU KHÍ QUYỂN VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÁC NHIÊN LIỆU SẠCH THAY THẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên. TRANG ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA KHÍ THẢI TỪ CÁC THIẾT BỊ BAY ĐẾN BẦU KHÍ QUYỂN VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÁC NHIÊN LIỆU SẠCH THAY THẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU