Tổng quan về các phương pháp phát hiện khí mêtan trong khí quyển

Các hoạt động của con người kể từ cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ nhất đã làm tăng gấp đôi nồng độ khí metan trong khí quyển. Mặc dù lượng khí thải metan chỉ chiếm 3% tổng lượng khí thải nhà kính theo khối lượng, nhưng tác động bức xạ (hay tác động khí hậu) của chúng lại chiếm tới 23% tổng lượng bức xạ. Báo cáo về lượng khí thải metan năm 2023 do GHGSat công bố cho thấy đến cuối năm 2023, lượng khí thải metan toàn cầu đã đạt khoảng 378 triệu tấn CO2e, gấp đôi lượng khí thải năm 2022. Hiện nay, metan là khí nhà kính lớn thứ hai sau carbon dioxide và đang nhận được sự quan tâm đáng kể ở tất cả các nền kinh tế lớn trên thế giới.

Việc phát hiện khí mêtan trong khí quyển một cách có hệ thống bắt đầu từ những năm 1880 với Chương trình Quan sát Khí quyển Toàn cầu (GAW) của Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO). Dựa trên nền tảng lắp đặt thiết bị dò, các phương pháp phát hiện khí mêtan trong khí quyển có thể được phân loại thành các phương pháp trên mặt đất, trên không gian và ngoài không gian.

△Bản đồ phân bố trang web toàn cầu của TCCON

Phát hiện trên mặt đất

Việc phát hiện từ mặt đất bắt đầu sớm nhất, và hiện nay các mạng lưới quan trắc khí metan từ mặt đất toàn cầu chính bao gồm Mạng lưới quan trắc tổng lượng carbon trong cột khí quyển (TCCON) và Mạng lưới phát hiện sự xáo trộn và thay đổi trong khí quyển quốc gia (NDACC).

Phương pháp phát hiện từ mặt đất có độ nhạy cao và có thể cung cấp dữ liệu phát hiện khí mêtan trong khí quyển với độ chính xác cao, nhưng số lượng trạm mặt đất phân bố trên toàn cầu còn hạn chế và sự phân bố không đồng đều, với độ phủ trạm quan trắc thấp ở Nam Mỹ, Châu Phi, Châu Đại Dương và Châu Á.

△ Phát hiện khí metan trong khí quyển bằng máy móc

Phát hiện dựa trên không gian

Trong lĩnh vực phát hiện trên không, một loạt các thiết bị phát hiện trên không đã được phát triển, bao gồm Máy quang phổ hấp thụ hồng ngoại laser trên không (ALIAS), Máy sắc ký khí vết trong khí quyển trên không (ALIAS-II), Lidar giám sát khí (GML), Máy quang phổ hình ảnh hồng ngoại/ánh sáng nhìn thấy thế hệ tiếp theo trên không của NASA (AVIRIS-NG), Máy quang phổ trên không của GHGSat (GHGSat-AV) và Máy mô phỏng trên không MethaneSAT (MethaneAIR).

Phát hiện từ trên không cho phép phát hiện tại chỗ, theo thời gian thực, giúp thực hiện khảo sát nhanh chóng trong một phạm vi nhất định và phản ứng kịp thời đối với các trường hợp nghi ngờ rò rỉ khí metan trong khí quyển. Phát hiện từ trên không có thể định lượng chính xác lượng khí thải metan vượt quá 10 kg/giờ, và một số máy quang phổ thậm chí có thể định lượng lượng khí thải dưới 5 kg/giờ.

△Khả năng phát hiện khí mêtan trong khí quyển từ không gian

Khám phá dựa trên các vì sao

Từ năm 1990, viễn thám vệ tinh ngày càng được sử dụng rộng rãi để giám sát thành phần khí quyển. Hoa Kỳ, các nước thuộc Liên minh Châu Âu, Nhật Bản, Canada và Trung Quốc đã lần lượt phóng nhiều vệ tinh có khả năng phát hiện khí mêtan trong khí quyển, dần hình thành một hệ thống phát hiện khí mêtan đa quy mô bao phủ toàn cầu, các khu vực và các nguồn điểm. Khi hiệu suất của các cảm biến dựa trên vệ tinh được cải thiện, độ chính xác phát hiện cũng dần tăng lên.

Phát hiện từ không gian bù đắp cho phạm vi phủ sóng không gian thấp của cả phát hiện từ mặt đất và từ không gian. Phát hiện từ mặt đất và từ không gian cung cấp dữ liệu xác minh độ chính xác của phát hiện từ không gian. Ba phương pháp phát hiện từ mặt đất, từ không gian và từ không gian bổ sung cho nhau, tạo nền tảng dữ liệu cho việc phát hiện khí metan trong khí quyển. Chúng cũng cung cấp sự xác minh và hỗ trợ cho việc lập danh mục phát thải từ dưới lên thông qua phương pháp từ trên xuống.