Trong thập kỷ qua, nhận thức của công chúng về ô nhiễm không khí đã chuyển từ khái niệm môi trường trừu tượng thành mối quan tâm thường trực, hiện hữu trong từng hơi thở hàng ngày.
Tại các đô thị lớn ở Châu Á như Bắc Kinh, hay New Delhi, việc kiểm tra chỉ số chất lượng không khí (AQI) trên điện thoại thông minh vào mỗi buổi sáng đã trở thành thói quen phổ biến, không khác gì việc xem dự báo thời tiết.
Sự phổ biến của các ứng dụng như IQAir (AirVisual), PAM Air, hay AirNow đã mang lại quyền năng thông tin cho người dân, nhưng đồng thời cũng tạo ra một "ma trận" dữ liệu đầy mâu thuẫn và hoài nghi.
Người dùng thường xuyên rơi vào trạng thái hoang mang khi đứng giữa các luồng thông tin trái chiều: có trạm quan trắc báo chỉ số có hại, trong khi các kênh dữ liệu khác lại hiển thị ở mức bình thường
Sự chênh lệch này không chỉ đơn thuần là vấn đề kỹ thuật mà còn dấy lên những nghi vấn sâu sắc về độ tin cậy. Liệu có hay không những mập mờ đằng sau việc công bố các chỉ số ô nhiễm này?
Hay các đơn vị tư nhân như IQAir – vốn kinh doanh các sản phẩm xử lý không khí – có đang cố tình "thổi phồng" số liệu để kích cầu tiêu dùng thông qua việc bán nỗi sợ hãi giống như những cáo buộc vài năm trước hay không?
Trên thực tế, có nhiều hệ thống đo chất lượng không khí và không phải tất cả các thiết bị đo đều giống nhau; sự khác biệt về nguyên lý hoạt động là nguyên nhân cốt lõi dẫn đến các kết quả khác nhau cho cùng một mẫu.
Trạm quan trắc cố định có độ chính xác lớn nhất
Các trạm quan trắc cố định được các tổ chức chính phủ như Cục Bảo vệ Môi sinh Hoa Kỳ (US EPA) vận hành thường được đánh giá cao nhất về độ chính xác. Chúng chủ yếu sử dụng hai phương pháp chính: phương pháp trọng lượng (Gravimetric) và phương pháp hấp thụ tia Beta (Beta Attenuation Monitoring - BAM).
Phương pháp trọng lượng được coi là chuẩn mực tuyệt đối. Nguyên lý của nó dựa trên việc hút một lượng không khí xác định qua một màng lọc vật lý trong vòng 24 giờ. Màng lọc này được cân trong phòng thí nghiệm với độ chính xác cực cao trước và sau khi lấy mẫu.
Hiệu số khối lượng chính là lượng bụi thực tế có trong thể tích khí đã hút. Mặc dù phương pháp này cho độ chính xác cao nhất nhưng nhược điểm chí mạng của nó là không thể cung cấp dữ liệu tức thời. Kết quả thường chỉ có sau vài ngày hoặc vài tuần xử lý tại phòng thí nghiệm.
Để khắc phục nhược điểm về độ trễ, các trạm quan trắc tự động thường sử dụng công nghệ BAM (như dòng máy Met One BAM-1020). Thiết bị này sử dụng một băng giấy lọc tự động di chuyển sau mỗi chu kỳ (thường là 1 giờ). Một nguồn phóng xạ nhỏ (thường là Carbon-14) phát ra tia Beta xuyên qua giấy lọc sạch để đo cường độ nền. Sau đó, không khí được hút qua giấy lọc, giữ lại các hạt bụi.
Tia Beta tiếp tục được chiếu qua vùng giấy đã bám bụi. Theo định luật hấp thụ vật lý, số lượng tia Beta bị suy giảm tỷ lệ thuận với khối lượng vật chất (bụi) mà nó đi qua. Phương pháp này cho phép đo trực tiếp khối lượng bụi bất kể màu sắc, hình dạng hay tính chất quang học của hạt, với độ chính xác rất cao và được các cơ quan quản lý chấp nhận là phương pháp tương đương liên bang ở Mỹ.
Để đảm bảo độ chính xác, không khí trước khi đi vào buồng đo thường được đi qua một hệ thống sấy nhiệt thông minh. Hệ thống này có nhiệm vụ duy trì độ ẩm tương đối của luồng khí mẫu dưới mức 35-45%, nhằm loại bỏ hơi nước bám trên hạt bụi hoặc các hạt sương mù li ti. Điều này ngăn chặn việc thiết bị ghi nhận nhầm hơi nước là bụi, một yếu tố cực kỳ quan trọng trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa như tại Việt Nam.
Công nghệ đại trà liệu có chính xác?
Ở phía ngược lại của phổ công nghệ là các thiết bị đo cầm tay, máy đo cá nhân, và các mạng lưới cảm biến xã hội hóa (Low-Cost Sensors - LCS) như thiết bị của IQAir (AirVisual Pro), PurpleAir, hay các trạm của PAM Air. Các thiết bị này hầu hết sử dụng nguyên lý tán xạ ánh sáng hay còn gọi là đếm hạt quang học (Optical Particle Counter - OPC).
Ưu điểm của công nghệ này là chi phí thấp (chỉ từ vài chục đến vài trăm USD so với hàng chục nghìn USD của trạm BAM), kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ ít điện năng và khả năng phản hồi cực nhanh (tính bằng giây). Điều này cho phép triển khai mạng lưới quan trắc dày đặc, lấp đầy các khoảng trống dữ liệu mà các trạm chính phủ thưa thớt không thể bao phủ.
Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của cảm biến quang học là độ nhạy cảm với các yếu tố môi trường, đặc biệt là độ ẩm. Đây chính là nguồn gốc của thuật ngữ "Sai số do độ ẩm" (Humidity Artifact).
Các hạt bụi trong khí quyển, đặc biệt là các muối sunfat và nitrat phổ biến ở các đô thị ô nhiễm, có tính hút ẩm. Khi độ ẩm tương đối vượt quá ngưỡng 70-80% - điều kiện thường xuyên xảy ra ở miền Bắc Việt Nam vào mùa đông và mùa xuân - các hạt bụi này sẽ hấp thụ hơi nước và phồng to lên về kích thước quang học. Thêm vào đó, trong điều kiện sương mù dày đặc, các hạt sương nước siêu nhỏ cũng có thể bị cảm biến quang học đếm nhầm là hạt bụi rắn.
Do các thiết bị giá rẻ thường không được trang bị hệ thống sấy nhiệt đắt tiền như trạm chuẩn BAM, chúng có xu hướng báo cáo nồng độ bụi cao hơn thực tế trong những ngày ẩm ướt.
Nghiên cứu so sánh cho thấy trong điều kiện độ ẩm cao, sai số của cảm biến quang học có thể lên tới 50-100% so với trạm chuẩn nếu không có thuật toán hiệu chỉnh phù hợp. Đây là lý do chính khiến người dân thường thấy chỉ số trên app (sử dụng dữ liệu từ cảm biến quang học) thường "đỏ" hoặc "tím" hơn so với số liệu của các trạm quan trắc nhà nước trong những ngày nồm ẩm.
Chỉ số của IQAir và những tranh cãi
IQAir, một công ty có trụ sở tại Thụy Sĩ, đã trở thành cái tên đồng nghĩa với dữ liệu chất lượng không khí trên toàn cầu. Tuy nhiên, vị thế độc tôn này đi kèm với những nghi vấn về mô hình kinh doanh "vừa đá bóng vừa thổi còi" – tức là vừa cung cấp dữ liệu cảnh báo ô nhiễm, vừa bán giải pháp làm sạch không khí.
Câu hỏi liệu IQAir có đo sai hay không là điều không có câu trả lời chắc chắn. Trước hết, cần hiểu rằng IQAir vận hành như một nền tảng tổng hợp dữ liệu. Họ không tự mình vận hành tất cả các trạm đo trên thế giới. Dữ liệu trên ứng dụng AirVisual đến từ hai nguồn chính:
Dữ liệu chính phủ: IQAir thu thập lại dữ liệu từ các trạm công cộng của các cơ quan chính phủ (như AirNow của Mỹ). Dữ liệu này về cơ bản là chính xác vì nó xuất phát từ các trạm chuẩn.
Dữ liệu cộng đồng (Crowdsourced): Đây là điểm gây tranh cãi. IQAir khuyến khích người dùng mua thiết bị AirVisual Pro của họ và kết nối vào mạng lưới toàn cầu. Ngoài ra, họ cũng hợp tác với các mạng lưới khác như PurpleAir.
Vấn đề nảy sinh từ việc kiểm soát chất lượng của các trạm cộng đồng này. Một cảm biến AirVisual đặt tại ban công tầng 2 gần mặt đường bụi bặm, hoặc gần lỗ thông gió của một nhà hàng, sẽ cho kết quả rất khác so với trạm chuẩn đặt trên nóc nhà cao tầng hoặc trong công viên cách xa nguồn thải trực tiếp.
Hơn nữa, như đã phân tích ở phần trước, các cảm biến quang học này chịu ảnh hưởng lớn bởi độ ẩm. Mặc dù IQAir tuyên bố sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để xác thực và hiệu chuẩn dữ liệu trước khi công bố, nhưng các báo cáo từ người dùng cho thấy vẫn có những dị biệt lớn.
Tại Thụy Sĩ, một số người dùng đã ngạc nhiên khi thấy thành phố Bern được xếp hạng ô nhiễm thứ 22 thế giới trên ứng dụng, một điều phi lý so với thực tế môi trường tại đây, cho thấy sự nhạy cảm quá mức của cảm biến hoặc thuật toán nội suy trong một số điều kiện thời tiết cụ thể.
Thêm vào đó, IQAir sử dụng mô hình kết hợp dữ liệu vệ tinh và trạm mặt đất để ước tính chỉ số cho các khu vực không có trạm đo. Việc nội suy này, dù dựa trên khoa học, vẫn mang tính chất ước đoán và có thể sai lệch so với thực tế cục bộ.
Tại sao các thành phố châu Á luôn “đỏ” hơn phương Tây?
Khi xem xét bản đồ các thành phố ô nhiễm, chúng ta thường thấy rằng các thành phố châu Á luôn đứng top đầu, trong khi các địa phận phương Tây lại luôn trong lành. Liệu câu trả lời là do các quốc gia châu Á đang trong giai đoạn phát triển kinh tế, sản xuất nhiều nên gây ra khói bụi có đúng hay không? Đây có thể chỉ là một phần nguyên nhân.
Khoa học khí quyển chỉ ra rằng khoảng 40-50% nguyên nhân của các đợt ô nhiễm cấp tính tại miền Bắc Việt Nam và Đông Á là do thời tiết. Thủ phạm chính là hiện tượng nghịch nhiệt.
Trong điều kiện khí quyển bình thường, càng lên cao nhiệt độ càng giảm, giúp không khí ấm ở mặt đất (chứa khói bụi) bốc lên cao và khuếch tán đi. Tuy nhiên, vào mùa đông tại Hà Nội, mặt đất tỏa nhiệt nhanh vào ban đêm làm lớp không khí sát đất lạnh đi, trong khi lớp không khí bên trên vẫn ấm hơn. Điều này tạo ra một lớp "nắp vung" vô hình đậy chặt thành phố.
Khói bụi từ xe cộ, công trình xây dựng, và hoạt động đun nấu bị "nhốt" lại sát mặt đất, không thể thoát đi đâu được. Càng về sáng sớm, lớp nghịch nhiệt càng dày, nồng độ bụi càng đậm đặc. Đây là lý do tại sao chỉ số AQI thường cao kỷ lục vào sáng sớm mùa đông và giảm dần khi nắng lên làm tan lớp nghịch nhiệt.
Thêm vào đó, đặc điểm địa hình của Hà Nội và các tỉnh Đồng bằng sông Hồng có dạng lòng chảo, tốc độ gió trung bình thấp, đặc biệt là vào những ngày lặng gió mùa đông, khiến khả năng tự làm sạch của khí quyển rất kém. Ngược lại, nhiều thành phố phương Tây nằm ở vùng ven biển thoáng gió hoặc có địa hình bằng phẳng giúp khuếch tán bụi tốt hơn.
Một điều khác là dư luận thường có cảm giác rằng không khí đang ngày càng ô nhiễm hơn. Tuy nhiên, dữ liệu lịch sử vẽ nên một bức tranh phức tạp hơn thế.
Phân tích dữ liệu tại Hà Nội và các báo cáo tổng hợp từ năm 2015 đến 2024 cho thấy nồng độ PM2.5 trung bình năm không có xu hướng tăng vọt tuyến tính, mà dao động mạnh theo từng năm tùy thuộc vào điều kiện thời tiết.
Năm 2019 được ghi nhận là năm "đỉnh điểm" ô nhiễm do các điều kiện khí tượng cực đoan (ít mưa, nghịch nhiệt kéo dài). Giai đoạn 2020 - 2021, chất lượng không khí có sự cải thiện rõ rệt do các biện pháp giãn cách xã hội phòng chống COVID-19 làm giảm hoạt động giao thông và sản xuất.
Ngoài ra, lý do chính khiến người dân cảm thấy ô nhiễm trầm trọng hơn là do “Hiệu ứng Đèn đường” (chúng ta chỉ nhìn thấy vấn đề ở nơi có ánh sáng). Trước đây, ô nhiễm không khí có thể vẫn như vậy. Tuy nhiên, thời đó chưa có smartphone, chưa có cảm biến giá rẻ, nên người dân "không thấy" và "không biết".
Ngày nay, với hàng nghìn trạm đo xã hội hóa và ứng dụng báo tin liên tục, vấn đề ô nhiễm được phơi bày dưới ánh sáng dữ liệu thời gian thực.
Kết luận lại, nhìn chung các trạm đo tư nhân (IQAir, PAM Air) không chính xác tuyệt đối về mặt con số kỹ thuật như các trạm chuẩn quốc gia, đặc biệt trong điều kiện độ ẩm cao. Tuy nhiên, chúng có thể chính xác về xu hướng.
Nếu bản đồ hiển thị màu đỏ rực trên diện rộng, không khí đang ở mức nguy hại. Sai số 10-20% về nồng độ không làm thay đổi bản chất của vấn đề sức khỏe.
IQAir có động cơ thương mại để bán máy lọc không khí, nhưng dữ liệu họ cung cấp vẫn có giá trị tham khảo lớn nếu biết cách đọc thông tin hợp lý.
Cuối cùng, xu hướng ô nhiễm tại Châu Á là hệ quả tất yếu của địa lý bất lợi (nghịch nhiệt, lòng chảo) cộng hưởng với mô hình kinh tế công nghiệp hóa và thói quen giao thông. Đây là vấn đề cấu trúc, không thể giải quyết trong một sớm một chiều.
