Như đã đề cập ở post trước về ngành nghề được coi là "con ghẻ" của mình, trong bài viết này mình sẽ chia sẻ thêm một vài thông tin cho những bạn không làm trong cùng lĩnh vực hiểu rõ hơn. Mục đích bài này không phải là để dìm hàng hay nâng bi cái nào cả, mình cũng sẽ không đưa ra bất kỳ 1 số liệu từ các nghiên cứu nào vào đây để so sánh. Nếu những ai đã từng làm nghiên cứu đều biết rằng không phải cứ bài báo khoa học là đáng tin, nhiều bài cũng mang nặng giá trị tuyên truyền nhằm mục đích nào đó hay để phục vụ quan điểm riêng của tác giả... Có nhiều bài đưa ra những kết quả tốt và cả không tốt về cùng một vấn đề, nhưng đôi khi bạn đọc một số bài thấy nhiều trích dẫn rất hùng hồn rằng cái này tốt qua các nghiên cứu trước đó, và những cái không tốt lại không hề được nhắc đến. Với những người đọc không có kiến thức đủ sâu hay có góc nhìn không tổng quát, đôi khi có những nhận định sai lầm khi đọc phải những bài báo kiểu như vậy. Trong bài viết này, mình sẽ chia sẻ về vấn đề môi trường và sự liên quan đến phương tiện giao thông.
Như các bạn đã biết mình học ngành "động cơ đốt trong", và ngành đó đang được coi là một trong những nguyên nhân chính gây biến đổi khí hậu. Cụ thể quá trình cháy xăng/dầu trong động cơ thải ra môi trường khí CO2 (gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu), một số khí thải khác ảnh hưởng đến sức khoẻ con người... Và hiện nay nhiều quốc gia và vùng lãnh thổ đã có kế hoạch cấm xe sử dụng động cơ (ICEV) và chỉ bán xe điện (BEV) - thứ được coi là không gây ô nhiễm môi trường, không ảnh hưởng xấu đến biến đổi khí hậu..., nói chung là rất hoàn hảo.
Đầu tiên hãy nói về khí thải gây hiệu ứng nhà kính CO2 trước. Phần lớn mọi người sẽ nghĩ khí thải từ phương tiện giao thông vận tải chiếm đến 80-90% lượng khí thải CO2 toàn cầu, và nếu cấm động cơ đi thì thế giới sẽ trở nên xanh sạch hơn. Thực tế số tỷ lệ phát thải CO2 từ các phương tiện đường bộ chỉ chiếm khoảng 12% toàn cầu. Phần lớn CO2 đến từ việc sản xuất năng lượng cho công nghiệp, cho xây dựng, nông nghiệp... Và một khi CO2 đã là vấn đề toàn cầu, thì giảm phát thải ở chỗ này và tăng phát thải chỗ khác không giúp ích được gì cho việc bảo vệ môi trường nếu tổng CO2 không thay đổi.
Như đã nói, CO2 đến từ rất nhiều nguồn, và vì CO2 là khí không màu không mùi không vị (kiến thức hóa cấp 2), nên có rất nhiều CO2 được thải ra từ những nguồn mà mình không thể nhận biết. Mình đưa hình tảng băng trôi để minh hoạ cho vấn đề này. Phần ngọn của tảng băng là những phần mà con người trông thấy, nhưng phần chìm dưới nước mới là phần chính của tảng băng, và đáng tiếc là nó không hiện ra một cách rõ ràng. Nói về phát thải CO2 của một chiếc xe, nó không chỉ là CO2 trong quá trình sử dụng, mà còn phải tính tới CO2 từ quá trình sản xuất cũng như quá trình tái chế sản phẩm sau khi hết vòng đời sử dụng. Với người bình thường thì quá trình sản xuất và quá trình tái chế sản phẩm không được quan tâm đến, họ chỉ quan tâm đến quá trình sử dụng mà thôi.
Hình minh hoạ: nguồn Internet
Xe điện hay xe xăng/dầu hiện đang được chính phủ cũng như người dân bỏ qua tổng phát thải CO2 trong hai giai đoạn sản xuất và tái chế. Chỉ mỗi quá trình sử dụng là được quan tâm. Với xe sử dụng xăng/dầu, việc đo đạc hay tính toán lượng khí thải ra khi sử dụng là rất dễ dàng vì xe có ống xả. Với xe chạy điện thì không có ống xả, nên được mặc định là không khí thải (zero emissions). Để một chiếc xe di chuyển được, nó cần có nguồn năng lượng. Năng lượng đến từ xăng/dầu với xe sử dụng động cơ. Còn với xe điện, năng lượng đến từ điện được lưu trữ trong bộ pin của xe. Dĩ nhiên nguồn điện đó không tự nhiên mà có, bạn phải sạc, hay nói một cách sâu xa đó là từ các nhà máy điện (thủy điện, nhiệt điện, điện gió...). Vậy là trong quá trình sử dụng, xe điện có tiêu thụ năng lượng, và để sản sinh ra năng lượng đó, một lượng khí thải nhất định đã được sinh ra ở một nơi mà chúng ta không thấy. Hình minh hoạ dưới đây là một ví dụ. Nên nhớ đây chỉ là hình minh hoạ, độ đậm nhạt của khí thải không phản ánh đúng thực tế lượng khí thải nó sản sinh ra.
Hình minh hoạ: nguồn Internet
Đến đây hẳn nhiều người sẽ giãy nảy lên rằng điện có thể được sản xuất từ năng lượng gió, mặt trời... Điều này hiển nhiên là đúng, đó cũng là điều mà xã hội đang hướng tới. Nhưng khi đó lại phải đặt thêm câu hỏi nữa là những tấm pin năng lượng mặt trời đó từ đâu ra? những cánh quạt turbine gió từ đâu mà có? tái chế những thứ đó như thế nào? Việc sản xuất các tấm pin năng lượng mặt trời tốn nhiều chi phí công sức vì hiệu suất pin mặt trời kém, chi phí bảo dưỡng lau chùi và đặc biệt là tái chế nó là cả một vấn đề. Hiện nay nhiều nước giàu có một phương pháp "tái chế" các tấm pin đó bằng cách ... thải qua các nước nghèo sau khi dùng được một khoảng thời gian với giá rẻ. Cụ thể trong bài mình đọc, tác giả còn nói các nước đó là các nước Đông Nam Á. Không rõ Việt Nam có phải là một trong những nơi nhận "rác năng lượng" đó hay không, nhưng khả năng cũng là khá cao. Cánh quạt turbine gió cũng là thứ khó tái chế. Dĩ nhiên với sự phát triển của công nghệ, mình tin mọi thứ đều có thể tái chế, chỉ là tốn ít hay nhiều năng lượng mà thôi. Và cứ tiêu tốn năng lượng là lại sản sinh khí thải.
Với nhiều nước có nguồn điện không "sạch" như Việt Nam, với những nhà máy nhiệt điện công nghệ cũ nhập từ Trung Quốc, độ phát thải của việc sản xuất điện là rất lớn. Xe điện có hiệu suất cao hơn so với xe sử dụng động cơ, nên sẽ tiêu tốn ít năng lượng hơn. Vấn đề chính với xe điện ở đây là hiệu suất của quá trình sản xuất điện. Vì nếu xe điện hiệu suất tốt, mà quá trình sản xuất điện hiệu suất kém thì cũng dẫn tới hiệu suất tổng không cao, hay nói cách khác là nhiều khí thải hơn. Với những nước có nguồn điện sạch hơn (tạm bỏ qua phần sản xuất pin mặt trời hay turbine gió như đề cập ở trên), thì rõ ràng xe điện là rất ưu việt về mặt tổng phát thải CO2 trong quá trình sử dụng.
Một vấn đề nữa là nhiều người bảo quá trình sản xuất điện có thể dùng năng lượng tái tạo, không dùng năng lượng hoá thạch..., nhưng vẫn bắt động cơ phải chạy nhiên liệu hoá thạch là xăng và dầu mới chịu. Động cơ có thể chạy với bất kỳ nhiên liệu khí/lỏng nào cháy được, không chỉ là với mỗi xăng hay dầu. Nhiên liệu đó có thể đến từ nguồn năng lượng tái tạo, cũng có thể đến từ nguồn hoá thạch. Việc áp dụng năng lượng sạch cho một bên và ép bên kia dùng năng lượng bẩn rồi so sánh là không công bằng. Nếu động cơ được sử dụng nhiên liệu sạch và điện từ quá trình đốt than được đem ra so sánh thì kết quả nghiêng về bên nào chắc bạn cũng rõ. Dĩ nhiên việc sử dụng nhiên liệu sạch với động cơ sẽ có nhưng cái "không sạch" ở đằng sau, có lẽ mình sẽ để mục này cho một bài viết khác.
Tựu chung lại, xe nào cũng cần năng lượng để di chuyển, và xe nào cũng phát thải khi vận hành (khi tính đến vấn đề toàn cầu). Ít hay nhiều thì tùy mức độ sâu của quá trình đánh giá toàn vòng đời (life cycle assessment - LCA) của việc sản xuất và sử dụng năng lượng.
Đó là mới nói về quá trình vận hành, còn hai giai đoạn sản xuất và tái chế thì chưa được đề cập tới. Đối với xe điện, việc sản xuất pin là quá trình có thể nói gây ô nhiễm nhất. Ô nhiễm ở đây bao gồm cả ô nhiễm không khí lẫn nguồn nước. Pin cần có nhiều kim loại quý và những kim loại đó chủ yếu đến từ những nước nghèo. Việc khai thác những kim loại đó ảnh hưởng môi trường rất nhiều, chưa nói đến sử dụng lao động trẻ em ở những nước đó. Bạn có thể dễ dàng search ra những thông tin đó qua các cụm từ đại loại như 'blood batteries Congo'. Những kim loại quý đó cần một lượng nước lớn để tẩy rửa, và nhiều thống kê cho thấy độ ô nhiễm nguồn nước của xe điện là cao hơn nhiều so với xe chạy xăng/dầu (dù độ ô nhiễm không khí thì ít hơn). Mình cũng không rõ lượng kim loại quý kia có đủ để sản xuất sơ sơ 2 tỷ xe điện trong tương lai hay không, nhưng nếu đã là khai thác từ dưới đất lên, thì nguy cơ hết cũng hoàn toàn có thể (như với trường hợp xăng dầu). Việc tái chế pin có thể giúp giải quyết được vấn đề này, nhưng rõ ràng nó cũng đòi hỏi một nguồn năng lượng nhất định. Vì vậy trong tất cả những bài mình đọc về LCA của các dòng xe, thì xe điện luôn phát thải nhiều CO2 hơn trong giai đoạn sản xuất và tái chế. Phần sử dụng thì tạo ra ít CO2 hơn so với xe sử dụng xăng dầu. Điều này đồng nghĩa với việc khi mua một chiếc xe điện mới là bạn đang góp phần gây ô nhiễm môi trường hơn. Với những người mua xe mà ít sử dụng, hay chỉ để sưu tầm thì chiếc xe đó không giúp ích gì cho việc bảo vệ môi trường cả. Sau khi chiếc xe đó chạy được 1 quãng đường nhất định, thì tổng lượng CO2 của giai đoạn sản xuất và sử dụng của xe điện mới thấp hơn xe xăng (chỉ tính với lượng CO2 phát ra khi sản xuất điện, giai đoạn sản xuất pin mặt trời hay turbine gió không được tính vào). Nói chung là nếu muốn thân thiện với môi trường thì xe điện phải chạy nhiều km mới có lợi, và ngược lại với xe sử dụng xăng dầu.
Hình minh hoạ ở dưới đây mô tả tổng CO2 vòng đời một chiếc xe (tạm bỏ qua giai đoạn tái chế). Giá trị tuyệt đối trong hình chỉ mang tính chất tham khảo. Ngay từ đầu khi chưa di chuyển km nào cả, xe điện (BEV) có tổng phát thải CO2 lớn hơn. Trong quá trình sử dụng, CO2 sẽ tăng dần và độ dốc của đường này sẽ tùy thuộc vào độ sạch của nguồn điện (dĩ nhiên độ sạch này tính trong quá trình sản xuất điện thôi chứ không tính quá trình trước đó). Điểm xuất phát của xe điện từ 0 km sẽ tùy thuộc vào kích cỡ bộ pin, pin càng lớn thì càng nhiều CO2. Dẫu nhiều nghiên cứu cho rằng phần lớn người dân có nhu cầu đi lại hằng ngày ít hơn 20km, hay cả tuần đi làm chỉ đi chưa đến 100 km, nhưng vẫn yêu cầu xe phải chạy được hơn 500 km mới mua. Chính vì đáp ứng những yêu cầu từ phía khách hàng này khiến việc sản xuất xe điện càng trở nên ô nhiễm.
Hình minh hoạ: phát thải CO2 của các dòng xe
Tạm bỏ qua đường thứ 2 màu đỏ, hãy nhìn vào đường nét đứt màu xanh lá của xe sử dụng động cơ đốt trong (ICEV). Từ 0 km, xe xăng/dầu có lượng phát thải ít hơn vì quá trình sản xuất đơn giản hơn so với xe điện. Nhưng trong quá trình sử dụng, tốc độ phát thải sẽ cao hơn, hiển thị bởi độ dốc trong đồ thị. Tương tự xe điện, độ dốc này cũng có thể thay đổi tùy vào độ sạch của nhiên liệu sử dụng. Và một lần nữa, độ sạch ở đây chỉ mới tính đến trong việc sản xuất nhiên liệu chứ không tính tới những thứ sâu xa hơn. Tùy độ dốc của 2 đường này, cũng như giá trị ban đầu tại 0 km, hai đường này sẽ giao nhau tại 1 điểm nào đó. Sau điểm đó, xe điện sẽ có lợi cho môi trường hơn, và xe xăng/dầu sẽ tốt hơn ở giai đoạn phía trước.
Như mình đã đề cập, vì viên pin lớn khiến quá trình sản xuất xe điện gây ô nhiễm môi trường. Viên pin nhỏ với cự ly di chuyển ngắn thì không đáp ứng được nhu cầu người tiêu dùng. Điều này cũng giống như bạn 95% lái xe một mình nhưng lại muốn mua xe MPV 7 chỗ vậy. Sở dĩ xe điện có cự ly ngắn vì mật độ năng lượng trong pin thấp, chỉ khoảng max 0.35 kWh/kg cho pin thể rắn. Xăng dầu có mật độ năng lượng cao hơn, khoảng 12 kWh/kg. Như vậy 1 kg xăng/dầu có năng lượng gấp khoảng 35 lần pin. Dĩ nhiên hiệu suất motor điện cao hơn, nên chiếc xe không cần mang 1 viên pin nặng hơn 35 lần so với khối lượng bình xăng để có cùng một khoảng cách di chuyển, nhưng sự chênh lệch quá lớn về mật độ năng lượng khiến xe điện luôn phải mang theo viên pin to và nặng. Đó là lý do tại sao xe điện với viên pin nhỏ tương đương bình xăng không thể mang lại một cự li di chuyển đủ dài như với xe xăng/dầu thông thường.
Nếu muốn tốt cho môi trường, xe điện với viên pin nhỏ là phương án tuyệt vời nhất. Nhưng cự li di chuyển lại là một vấn đề, dù người tiêu dùng chỉ hiếm khi sử dụng đến nó. Vì vậy nhiều nghiên cứu so sánh thêm xe lai xăng-điện dạng cắm sạc (PHEV) như trong hình. Xe này cần 1 bộ pin nhỏ, đủ đáp ứng nhu cầu đi lại cơ bản. Với công việc hằng ngày, bạn chỉ cần chạy với chế độ xe điện để có được hiệu suất tốt mà ít phát thải cục bộ*. Khi cần đi xa thì động cơ đốt trong mới được kích hoạt nhằm đảm bảo được cự ly di chuyển cũng như tốc độ nạp nhiên liệu. Khi chạy cao tốc, động cơ có hiệu suất cao hơn nhiều so với chạy trong phố (dù vẫn thấp hơn motor điện). Như vậy xe PHEV có thể đáp ứng được nhu cầu di chuyển với chế độ chạy điện cho hầu hết các ngày trong tuần, đảm bảo được cự li di chuyển mà không tạo ra quá nhiều CO2 trong giai đoạn sản xuất. Tốc độ tăng CO2 trong thời gian sử dụng tùy thuộc vào tỷ lệ hoạt động giữa động cơ điện và động cơ xăng, nhưng nói chung là độ dốc này nằm ở giữa hai phương án trước. Hình minh hoạ cho thấy CO2 sau 200,000 km của PHEV thấp hơn xe điện (pin lớn). Nhưng nên nhớ đây chỉ là hình minh hoạ, độ dốc của đường này tùy thuộc vào cách sử dụng của tài xế. Nếu người lái không bao giờ sạc điện (hoặc rất ít), thì rõ ràng PHEV còn tệ hơn nhiều so với xe xăng/dầu đơn thuần vì tổng phát thải quá trình sản xuất lớn hơn, xe nặng hơn (do có thêm pin và bộ truyền động), tổn thất truyền động (tùy kết cấu)... Việc này đã diễn ra tại Đức với xe cơ quan cho nhân viên. Ở Đức, nhiều công ty cho xe cơ quan bao gồm cả phiếu mua xăng miễn phí nhưng không cho tiền sạc điện. Họ sử dụng xe như một chiếc xe thông thường, hiếm khi sạc tại nhà hay cơ quan, dẫn đến hiệu suất rất thấp. Vì vậy hình ảnh xe PHEV tại Đức hiện tại là rất xấu. Nhưng mình tin nếu nó được sử dụng đúng cách, hiệu quả mang lại sẽ tốt hơn rất nhiều.
Những thứ mình đề cập chỉ là nói về vòng đời của chiếc xe, còn hệ thống cơ sở hạ tầng phục vụ nó cũng là một vấn đề khác. Với xe điện, cần xây dựng nhiều trạm sạc (nhanh) mới, nâng cấp công suất dòng điện, tổng lượng điện (hay làm thêm nhiều pin mặt trời, turbine gió, chặt rừng xây nhiều nhà máy thủy điện...) cũng cần phải được tính tới. Nói chung là còn rất nhiều thứ để suy nghĩ và nghiên cứu.
Tóm gọn lại mình chỉ muốn chia sẻ để các bạn hiểu hơn về phát thải của một chiếc xe với các hệ động lực khác nhau. Mình không nói xe xăng hay xe hybrid (PHEV) sạch hơn xe điện sau cả vòng đời sử dụng, nhưng có một điều chắc chắn là không có xe nào không gây ô nhiễm môi trường cả, chỉ là ít hay nhiều mà thôi. Thậm chí nhiều hay ít cũng tùy vào từng quốc gia, vùng lãnh thổ riêng, không nơi nào giống nơi nào. Có chỗ thì phương án này là phù hợp, có chỗ khác thì ngược lại. Ngoài ra tùy vào độ sâu của việc đánh giá toàn vòng đời (LCA), chúng ta sẽ có những kết quả khác nhau. Việc tính toán LCA cũng phụ thuộc nhiều vào các giả thiết, và đôi khi một giả thiết "có lợi" cho 1 bên nào đó dẫn đến những kết quả vô cùng chênh lệch. Ví dụ điển hình như giả thiết sản xuất pin với nguồn điện tại châu Âu (khá là "sạch"), trong khi phần lớn pin sản xuất tại các nước nghèo hơn và quá trình khai thác tại những nước còn nghèo hơn nữa. Hay với xe sử dụng động cơ xăng, nhiều tính toán LCA tính với phát thải theo chu trình thử tiêu chuẩn. Khi sử dụng thực tế, phát thải (real driving emission) có thể cao hơn hay thấp hơn tùy vào cung đường và cách bạn chạy. Chuyện này cũng tương tự với xe điện, việc tính toán theo chu trình chuẩn không thể hiện được điều kiện thực. Dĩ nhiên sự khác biệt giữa điều kiện thực và khi thử nghiệm của xe điện sẽ ít hơn do hiệu suất động cơ điện ổn định hơn. Ví dụ như gần đây, một nửa số xe đua Formula E (giống như Formula 1 cho xe sử dụng động cơ xăng, nhưng là chạy điện 100%) không thể hoàn thành chặng đua vì hết pin giữa chừng do tính toán khác với thực tế. Bạn có thể dễ dàng tìm thấy những bài báo về LCA cho phương tiện giao thông trên mạng (không bao gồm cơ sở vật chất phục vụ cho chiếc xe), có bài kết luận như thế này, có bài kết luận như thế kia vì như mình đã bảo, nó phụ thuộc rất lớn vào giả thiết của người tính. Thậm chí có người là fan của 1 phía nào đó sẽ cố tình đưa ra những giả thiết có lợi cho 1 bên nhằm đưa ra kết quả cuối cùng như người đó mong muốn (nhất là đội đến từ ICCT hay Transport & Environment). Nếu làm một cách công bằng, cũng có rất ít người có đủ kỹ năng về tất cả mọi thứ để đưa ra những giả thiết phù hợp cho từng lĩnh vực, nên việc sai số trong tính toán LCA là không nhỏ. Với mình thì mình chả tin vào kết quả LCA nào cả, chỉ mang tính chất tham khảo thôi.
Mình không phải dân làm về môi trường hay phát triển bền vững, không phải người tính toán LCA nên không dám phán gì nhiều về giá trị tuyệt đối, nhưng qua đây chỉ muốn chia sẻ cho các bạn nên có những góc nhìn sâu xa hơn thông qua ví dụ của ngành mình. Đôi khi những cái sâu xa hơn, ẩn ở đằng sau kia mới là những yếu tố quyết định thay vì chỉ dựa vào những thứ ở phần ngọn như ống xả. Làm nghiên cứu cũng vậy, hiểu được cái cốt lõi mới là quan trọng, những thứ bề nổi như kiểu nhiều paper, impact factor cao, tốt nghiệp trường top... đôi khi không nói lên được điều gì cả (còn nếu có tất cả mấy thứ đó thì cũng rất gì và này nọ 😁).
P/s: một số bạn sẽ bảo là với xe thải khói đen như ở VN thì không gì có thể bẩn hơn được nữa. Cái này đúng, nhưng là do những xe đó không đáp ứng được tiêu chuẩn khí thải mà vẫn được lưu hành. Những xe đó đến tiêu chuẩn khí thải Euro1 còn không vượt qua nổi chứ đừng nói là Euro4 như nhà nước yêu cầu. Còn việc làm sao để các xe đó qua được đăng kiểm thì ai cũng biết $$$. Nếu mọi thứ làm một cách nghiên túc thì chất lượng không khí sẽ tốt hơn rất nhiều chứ không ô nhiễm như hiện tại.
* Phát thải cục bộ là những phát thải khác khi di chuyển mà ít ảnh hưởng đến sự biến đổi khí hậu (nên không phải là CO2), chủ yếu ảnh hưởng đến sức khỏe con người xung quanh. Với xe sử dụng động cơ, nó bao gồm mấy chất như CO, HC, NOx, NH3, HCHO, phát thải dạng hạt (bụi mịn)... Những khí thải này từ quá trình cháy của nhiên liệu, nên dễ dàng đo được ở ống xả. Ngoài khí thải ở ống xả, tiếng ồn cũng như phát thải dạng hạt từ sự ăn mòn của lốp/đường và hệ thống phanh của xe cũng là những thứ cần được quan tâm. Như mình đã đề cập, xe điện cần pin to và nặng do mật độ năng lượng thấp. Điều này dẫn đến khối lượng xe điện cao hơn so với xe sử dụng động cơ. Xe nặng hơn đồng nghĩa với lực tác động giữa lốp xe và bề mặt đường cao hơn. Vì vậy nhiều nghiên cứu cho thấy phát thải dạng hạt từ xe điện khi chạy cao tương đương xe chạy động cơ diesel (từ ống xả + bánh xe cộng lại), và dĩ nhiên là cao hơn so với xe chạy động cơ xăng, dù xe điện không có ống xả nào cả. Độ ồn cũng tương tự, khi chạy tốc độ chậm thì độ ồn xe điện thấp hơn nhiều. Nhưng ở tốc độ cao thì ngược lại do ở dải tốc độ đó, phần lớn độ ồn đến từ lốp và mặt đường thay vì từ phía động cơ. Dĩ nhiên với khối lượng lớn, độ ăn mòn đường xá cũng cao hơn, và vì đó cần nhiều hoạt động liên quan đến xây dựng hơn - những hoạt động gây ô nhiễm môi trường rất lớn. Vì vậy nếu chỉ nhìn vào mỗi cái ống xả để đưa ra kết luận về môi trường từ các phương tiện giao thông vận tải thì đúng là một sai lầm lớn.
Khánh - 13/7/2021
Comments