Bài giảng Sử dụng năng lượng bền vững - Biến đổi khí hậu

1/99 ĐẠI HỌC QUỐC GIA Tp.HCM SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG BỀN VỮNG – BÀI 5 Cán Bô ̣Giảng Dạy: TS. HỒ QUỐC BẰNG Phòng Ô Nhiễm Không Khí và Biến Đổi Khí Hậu ViệnMôi trường và Tài nguyên Phòng học: 501 C6- ĐHBK Thời gian: Thứ 2, 18h15 – 20h45 Email: bangquoc@yahoo.com; ĐT:0906834630 Mối liên hệ giữa nồng độ CO2 và nhiệt độ khí quyển Nồng độ CO2 trong khí quyển Đo tại Manua Loa, Hawaii, Hoa Kỳ Nhiệt độ trung bình toàn cầu 2/31 GHG & tăng trưởng công nghiệp: Sự can thiệp của con người trong suốt thời kỳ công nghiệp Tồn tại trong khí quyển: 100 y Tồn tại trong khí quyển: 114 y 3/31 Tồn tại trong khí quyển: 12 y CO2 tăng thêm 80ppm từ 1900-2000: Đốt nhiên liệu N2O tăng thêm 40 ppb từ 1900-2000: Lọc dầu, đốt nhiên liệu CH4 tăng thêm 1000 ppb từ 1900-2000: Nông nghiệp Vai trò của GHG và sự hiểu biết về chúng GHG: CO2, CH4, CFCs, O3 and NO. 4/31 Dự báo về mức tăng CO2 vs Nhiệt độ t h ế g i ớ i ( G t C O 2 / n ă m ) s o v ớ i t h ờ i k ỳ T i ề n C N ( o C ) 5/31 Nồng độ GHG (ppm CO2-tương đương)Năm P h á t t h ả i C O 2 t r ê n t h ế N h i ệ t đ ộ t o à n c ầ u t ă n g s o CÁC BẰNG CHỨNG VỀ BĐKH CÁC BẰNG CHỨNG VỀ BĐKH
Nồng độ khí CO2: 379 ppm (2005);
Tăng trung bình 1,4ppm/năm (1960-2005) và 1,9ppm (1995-2005);
Lượng phát thải khí nhà kính (KNK) do đốt nhiên liệu hóa thạch: 6,4 tỷ tấn Carbon/năm (1990s) và Các bang chứng về Bien Đo i Khí Hậu 7,2 tỷ tấn Carbon/năm (2000-2005);
Nồng độ CH4 và N2O: 715 ppb và 270ppb trong thời kỳ tiền công nghiệp (1774)
tăng 319 ppb (2005) Nguồn: IPCC, 2007
Nhiệt độ TB toàn cau tăng ~ 0,740C (1906-2005);
Năm 1998 và 2005: có nhiệt độ TB toàn cau cao nha t; Lượng mưa có chieu Các bang chứng về Bien Đo i Khí Hậu
̣ ́  hướng gia tăng (1900- 2005) ở Ba3 c Bán Cau nhưng giảm ở vùng nhiệt đới (từ 1970); Nguồn: IPCC, 2007
Hạn hán xuất hiện thường xuyên ở vùng Nhiệt Đới & Cận Nhiệt Đới (từ 1970);
Bão mạnh và lốc xoáy gia tăng từ năm 1970; Các bang chứng về Bien Đo i Khí Hậu
Số lượng & cường độ EL Nino gia tăng;
Mực nước biển (SLR) tăng 1,8mm/năm (1961- 1993) và 3,1mm/năm (1993-2003) Nguồn: IPCC, 2007 2. CO2 influences global temperature P a r t s p e r M i l l i o n C O 2 TODAY: 389ppm 550ppm?More? EARLY 1900S Where we’ll be mid-century if we keep this up CO2 in PPM TEMPERATURE Years P a r t s p e r M i l l i o n C O LAST ICE AGE …and CO2 levels are above what we’ve ever seen in recorded history. 3. Measurable, recorded impacts are happening now. GLACIERS ARE MELTING MUIR & RIGGS GLACIER 1941 MUIR & RIGGS GLACIER 2004 PEDERSEN GLACIER, AK 1920 PEDERSEN GLACIER, AK 2005 SEA LEVELS ARE RISING Three Year Average Satellite Altimetry Sea Level Change (cm ) Year Sea Level Change (cm ) Úc đã trải qua sự kiện khô hạn nhất trong 1.000 năm “ ” Báo Guardian UK, 7/11/2008 Burma cyclone death toll rises above 43,000. - USA Today, May 15th, 2008 U.S. dealing with Katrina’s wrath as death toll soars. - International Herald Tribune, August 31, 2005 Usually, it flooded once a year around November time. This year, it has flooded four to five times already.” - Hoang My Le, Binh Dai District, Ben Tre 24 24 MAJOR FLOODS PER DECADE SINCE 1950 Australia fires spark calls for CLIMATE ACTION - Washington Post, March 1, 2006 The most startling evidence yet… is the MELTING OF THE ARCTIC. New predictions Satellite observations Mean IPCC prediction Most likely change (melt) IPCC range Actual observed melting % c h a n g e i n i c e c o v e r it has melted nearly 80 YEARS ahead of when scientists predicted YEAR % c h a n g e i n i c e c o v e r the disappearance of SMALL ISLANDS Tác Động của Biến Đổi Khí Hậu Tác Động của Biến Đổi Khí Hậu HỆ QUẢ & TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mực nước biển Nhiệt độ Nước Lương thực Hệ sinh thái HẬU QUẢ ẢNH HƯỞNG CÁC TÁC ĐỘNG THÍCH ỨNG & GIẢM NHẸ TN Nước, KKhí TN Đới Bờ Bệnh tật Tạm thời/Short- term Đ Ộ K H Í N H À K Í N H ( G H G s ) Thời lết khắc nghiệt Lượng mưa ̣ Giao thông Hạ tầng Sức khỏe Đới bờ Năng lượng Năng lượng Kinh tế – Xã Hội Ngập lụt Trung hạn Lâu dài/Long- termG I A T Ă N G N Ồ N G Đ Ộ K H Í N H À K Í CLIMATE CHANGE IMPACTS & CONSEQUENCES CHƯƠNG 2 CÁC TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Suy giảm cha t lượng và so lượng tài nguyên nước Gia tăng bệnh tật Ngập và nhan chım̀ các vùng đới bợ̀̂ ̀  ̀ ́ ̀ ́ ̀ Gia tăng nguy cơ ngập lụt các khu vực đô thị Ma t nơi cư trú Gia tăng nhu cau năng lượng Di sản và các truyen tho ng văn hóa điạ phương Các dự báo về̀ tác động của BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU năng lượng – 25,6 tỷ tỷ tấn 61% tiêu dùng nhiên liệu hoá thạch (cụ thể than đá, dầu, khí gas) Nông nghiệp 5,6 tỷ tỷ tấn (109) 14% hầu hết từ đất & vật nuôi ðiện & tạo nguồn nhiệt Source: World Resources Institute. 2000 estimate. Thay đổi trong sử dụng đất 7.6 tỷ tỷ tấn 18% chủ yếu do phá rừng vận thải công nghiệp nguồn năng lượng khác Tất cả các khí nhà kính quy ra CO2 1°C 2°C 5°C4°C3°C Nước biển dâng cao đe doạ nhiều thành phố lớn Sản lượng mùa vụ giảm liên tục trong nhiều năm, đặc biệt là ở những khu vực đang phát triển Lương thực Nước Sự thay đổi về nhiệt độ toàn cầu (liên quan tới thời kỳ tiền công nghiệp) 0°C Sản lượng giảm ở những vùng khu vực đã phát triển Sự sẵn có của nước ở nhiều vùng giảm đáng kể, đặc biệt ở vùng Địa Trung Hải và Nam Phi Những sông bằng nhỏ trên núi biến mất - Ở một vài vùng, nguồn Sản lượng có thể tăng ở một số vùng có vĩ độ cao Những tác động biến đổi khí hậu được dự đoán trước Hệ sinh thái Nguy cơ xảy ra những thay đổi bất thường và to lớn không có khả năng đảo ngược Số lượng các loài có nguy cơ tuyệt chủng tăng nguy cơ xảy ra những phản hồi nguy hiểm và sự chuyển biến bất thường của hệ sinh thái trên quy mô lớn ngày càng tăng cung cấp nước bị đe dọa Rạn san hô bị tàn phá trên quy mô rộngNhững hiện tượng thời tiết bất thường Cường độ của các cơn bão, cháy rừng, hạn hán, lũ lụt, và tia nhiệt tăng 36 Thời tiết cực đoan và Thiên Tai Liên Quan Đến Biến Đổi Khí Hậu Tác Động của BĐKH đến TNguyên Nước • Quá nhieu nước
ngập lụt; • Quá ı́t nước
hạn hán
xâm nhập mặn; • Ngập lụt
các bệnh tật liên ̣̂ ̣ ́ ̣̂ ̣̂ ̂ quan đen nước BĐKH & TÀI NGUYÊN NƯỚC Các chủ đề cho phần tiểu luận: 1. Năng lượng Biofuel ở Việt Nam: hiện nay và trong tương lai: NT.N.Điệp 2. Các loại pin, ắc quy lưu trữ năng lượng trong tương lai 2. Năng lượng Phong Điện ở Việt Nam: hiện nay và trong tương lai:L.TK.Trang 40/99 3. Năng lượng mặt trời ở Việt Nam: hiện nay và trong tương lai:N.H.Ngọc 1. Sử dụng năng lượng bền vững trong lĩnh vực giao thông (có thể chọn 1 loại hình giao thông để đánh giá, phân tích) 4. Sử dụng năng lượng bền Vững trong lĩnh vực công nghiệp (có thể chọn 1 loại hình CN để đánh giá, phân tích):N.T.C.Loan 5.Sử dụng năng lượng bền Vững trong hoạt động sinh hoạt: N.M.Nhật NĂNG LƯỢNG VÀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 41/99 Historic Air Pollution Episodes London, England, December 5-9, 1952 • Temperature Inversion • Pollutants measured at 12 42 locations • Ambient particulates measured to be 6 times higher than normal • 4000-10000 excess deaths Police officer escorting a bus through “smog” at 10:30 am. London Smog (1952): Daily mortality and particulate measurements show relationship between air quality and health 43 44 Stationary sources: oil exploration 45 Stationary sources: coal burning utilities 46 Stationary sources: steel plant 47 Historic Air Pollution Episodes London, England, December 5-9, 1952 • Temperature Inversion • Pollutants measured at 12 48 locations • Ambient particulates measured to be 6 times higher than normal • 4000-10000 excess deaths Police officer escorting a bus through “smog” at 10:30 am. London Smog (1952): Daily mortality and particulate measurements show relationship between air quality and health 49 50 Stationary sources: oil exploration 51 Stationary sources: coal burning utilities 52 53 Mobile sources: diesel shipping Pyramid of Health Effects for Ozone & PM2.5 Asthma attacks, medication use, Doctor visits Hospital Admissions Death Severity of Effects 54 Population Impacted lung function changes, immune cell responses, heart rate or heart rate variability responses symptoms Exposed Population At Risk Current National Ambient Air Quality Standards Pollutant Primary Standard(s) Secondary Standard(s) Status of Review PM2.5 15 µg/m3 (annual) 35 µg/m3 (daily) Same as Primary Review completed 2006 • daily PM2.5 standard strengthened • annual PM10 standard revokedPM10 150 µg/m3 (daily) Same as Primary O Revised from 0.08 to 0.075 (8-hour) in March Same as Primary Final rule March 12, 2008 Reconsideration initiated January 55 3 2008 2010 Pb 0.15 µg/m3 (quarterly) Same as Primary Final rule October 15, 2008 NO2 0.1 (1 hour) 0.053 ppm (annual) Same as Primary Final rule January, 2010 SO2 0.03 ppm (annual) 0.14 ppm (24 hour) 0.75 ppm (1 hour) 0.5 ppm (3-hour) Final Rule June, 2010 CO 9 ppm (8-hour)35 ppm (1-hour) None Final Rule August 12, 2011 Units of measure are parts per million (ppm) or micrograms per cubic meter of air (μg/m3). For more information about the standards, visit Framework for Air Quality Management and Research Goal: NAAQS Environmental Condition: Effects/Exposure Research 56 Monitoring/Modeling Emissions Inventory State Planning: Stationary and Mobile Sources Enforcement/ Compliance Atmospheric sciences/ Engineering Research Framework for Air Quality Management and Research Goal: NAAQS Environmental Condition: Effects/Exposure Research 57 Monitoring/Modeling Emissions Inventory State Planning: Stationary and Mobile Sources Enforcement/ Compliance Atmospheric sciences/ Engineering Research Ozone: created in the atmosphere from tropospheric photochemistry of nitrogen dioxide, volatile 58 organic compounds, and sunlight; and from stratospheric UV and oxygen Scientific basis for revisions to ozone primary standard • Extensive review of thousands of scientific studies • These studies indicated that ozone causes significant health effects in children and other susceptible groups, which make up over 1/3 of the total population • EPA replaced the 1-hour standard with an 8-hour 59 standard to protect against longer exposures (6-8 hrs) related to health effects at lower concentrations under more typical exposure conditions (more moderate levels of exertion) than previously seen for 1-hour exposures • Court challenges... • New administration “reconsideration” Ozone health effects • Decreases in lung function (e.g., resulting in difficulty in breathing, shortness of breath) • Respiratory symptoms such as those associated with chronic bronchitis (e.g., aggravated/prolonged coughing and chest pain) • Increased respiratory problems (e.g. aggravation of 60 asthma, susceptibility to respiratory infection) resulting in increased hospital admissions and emergency room visits • Repeated exposures could result in chronic inflammation and irreversible structural changes in the lungs, that can lead to premature aging of the lungs and illness such as bronchitis and emphysema • Growing evidence suggests assoc. with premature death Fr a c t i o n o f P e o p l e E x p o s e d R e s p o n d i n g 20 25 30 Typical Distribution of Lung Function Declines in O3 Chamber Studies* Average change is small, transient, not a health effect 61 F r a c t i o n o f P e o p l e E x p o s e d R e s p o n d i n g -50 10 0 -10 -20 -30 -40 0 5 10 15 % Decrease in Lung Function "normal" "moderate" "large" (adverse) *Example based on 6.6 hour exposure to 0.08 ppm, healthy young adults with intermittent exercise EPA concern: protect most sensitive group (~ 10%) with much larger changes (-30 to 40%) - implications for asthmatics, repeated exposures Air Quality in the mid-1960’s 62 Source: Air Quality Criteria for Photochemical Oxidants, 1970 One hour ozone standard (0.12 ppm) 63 Eight hour ozone Standard (0.08 ppm) Welfare 64 Foliage Reproduction Ozone Effects Reduced Carbon Export Carbohydrate Pool Plant Effects Other Stressors 65 Stem Roots Carbohydrate Allocation Compensation Ozone Ecological/Welfare Effects • Foliar injury – National parks, ornamentals • Photosynthetic capacity • Biomass (integrative root, stem, foliage) • Foliar nutrient resorption 66 – premature leaf senescence • Soil CO2 flux – changes in soil food web and nutrient cycling • Water quality – N, P etc measures of nutrient loss • Net primary productivity – integrative measure of ecosystem effect Visibility impairment caused by fine particles Particle precursors transported over 100's of miles Estimated natural visibility conditions Regional Haze 67 West: 140 miles (annual average) East: 90 miles (annual average) Same pollutants that cause regional haze cause serious health and environmental effects Goal: Reach natural background conditions by 2064 Sarawak, September 1997 1500 2000 2500 3000 N u m b e r o f v i s i t s 500 600 700 800 900 1000 2 4 - h o u r P M 1 0 ( u g / m 3 ) Total Respiratory V isits PM10 Figure 4: Hospital Visits and PM Levels 0 500 1000 9/1/97 9/5/97 9/9/97 9/13/97 9/17/97 9/21/97 9/25/97 9/29/97 Date N u m b e r o f v i s i t s 0 100 200 300 400 2 4 - h o u r P M 1 0 ( u g / m 3 ) Data Courtesy of Michael Brauer Sarawak, September 1997 1500 2000 2500 3000 N u m b e r o f v i s i t s 500 600 700 800 900 1000 2 4 - h o u r P M 1 0 ( u g / m 3 ) Total Respiratory Visits PM10 0 500 1000 9/1/97 9/5/97 9/9/97 9/13/97 9/17/97 9/21/97 9/25/97 9/29/97 Date N u m b e r o f v i s i t s 0 100 200 300 400 2 4 - h o u r P M 1 0 ( u g / m 3 ) Framework for Air Quality Management and Research Goal: NAAQS Environmental Condition: Effects/Exposure Research 73 Monitoring/Modeling Emissions Inventory State Planning: Stationary and Mobile Sources Enforcement/ Compliance Atmospheric sciences/ Engineering Research 74 75 Additional Topics… • Air Resources (meteorology, dispersion) • Criteria pollutants (PM, Pb, CO, etc) • Hazardous air pollutants • Mobile sources 76 • Acid Deposition • Global Climate Change • Control technology • Indoor Air Pollution • Permit programs • International air quality management 77