Khí CO2 là gì? Tác hại và ứng dụng khí CO2 trong đời sống

Khí CO2 hay khí cacbonic đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái và tác động trực tiếp tới môi trường sống của con người. Tuy nhiên, hiện nay nồng độ khí CO2 đang tăng cao do các hoạt động công nghiệp, đốt nhiên liệu hóa thạch. Điều này đã ảnh hưởng tới hiệu ứng nhà kính và dẫn đến tình trạng biến đổi khí hậu.

Trong bài viết này của Alternō, hãy cùng tìm hiểu chi tiết hơn về khái niệm CO2 là gì, ứng dụng cũng như gợi ý một số biện pháp giúp giảm khí CO2 nhé!

1. Khí CO2 là gì?

Khí CO₂ (carbon dioxide) là một hợp chất hóa học gồm một nguyên tử carbon liên kết với hai nguyên tử oxy. Đây là loại khí không màu, không mùi, tồn tại tự nhiên trong khí quyển và đóng vai trò quan trọng trong chu trình carbon của Trái Đất. Ở thể rắn, CO₂ còn gọi là băng khô hoặc đá khô.

CO₂ được sinh ra từ quá trình hô hấp của sinh vật, sự phân hủy của chất hữu cơ, hoạt động núi lửa và đặc biệt là quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch như than, dầu mỏ và khí đốt. Mặc dù CO₂ cần thiết cho quá trình quang hợp của thực vật, nhưng sự gia tăng nồng độ CO₂ trong khí quyển do các hoạt động công nghiệp và giao thông đã góp phần gây ra hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu, làm nhiệt độ Trái Đất tăng cao, băng tan và thời tiết trở nên khắc nghiệt hơn.

2. CO2 tồn tại ở đâu trong tự nhiên?

Khí CO₂ tồn tại rộng rãi trong tự nhiên và trong khí quyển, CO₂ chiếm một phần nhỏ nhưng có ảnh hưởng lớn đến hiệu ứng nhà kính và điều hòa nhiệt độ Trái Đất. Ngoài ra, CO₂ còn tồn tại trong các đại dương, sông, hồ dưới dạng hòa tan, đóng vai trò quan trọng trong chu trình carbon của hệ sinh thái nước.

Trên đất liền, CO₂ xuất hiện trong đất do quá trình phân hủy của sinh vật, hoạt động hô hấp của vi sinh vật và thực vật. Khí này cũng được giải phóng từ các hoạt động núi lửa, suối nước nóng và các quá trình địa chất khác. Đặc biệt, CO₂ còn có trong các dạng trầm tích carbonate như đá vôi (CaCO₃), nơi nó có thể bị giữ lại trong hàng triệu năm trước khi được giải phóng trở lại khí quyển thông qua phong hóa hoặc hoạt động địa chất.

3. Ứng dụng của khí CO2 trong cuộc sống

Khi nhắc đến khí cacbonic, mọi người thường nghĩ đến biến đổi khí hậu, nhưng nó cũng có nhiều ứng dụng vào trong cuộc sống. Dưới đây là một số ứng dụng chi tiết của khí CO2:

3.1. Công nghiệp:

• Carbon dioxide là nguyên liệu quan trọng trong chế biến và sản xuất phân bón Ure, methanol.
• Kết hợp máy hàn với khí cacbonic tạo ra công nghệ hàn MAG và MIG, giúp chống lại sự oxy hóa và bảo vệ các mối hàn.
• Khí CO2 được dùng trong bình chữa cháy để dập tắt lửa.
• Ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất giấy để tăng năng suất của bột giấy, kiểm soát mức độ pH cũng như giúp rửa sạch màu nâu và chất tẩy trắng.
• Khí cacbonic được dùng trong sản xuất khuôn đúc nhằm tăng độ cứng cho khuôn.

3.2. Công nghiệp thực phẩm:

• Khí cacbon đioxit được dùng phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm để chế biến, bảo quản thực phẩm. Nó giúp ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc, đồng thời kéo dài thời gian giữ cho thực phẩm được tươi lâu hơn.
• Sử dụng khí CO2 để tạo sủi bọt trong các loại nước giải khát có gas như coca, pepsi, nước khoáng,.. Các bọt khí này sẽ làm tăng cảm giác tươi mát và hương vị của đồ uống.

3.3. Y tế:

• Trong y tế, cacbonic được ứng dụng trong các quy trình nội soi nhằm mở rộng các khoang cơ thể, giúp bác sĩ dễ quan sát và thực hiện các bước nội soi hơn.
• CO2 còn có vai trò quan trọng trong một số thiết bị y tế hỗ trợ hô hấp và cân bằng oxi/cacbonic trong máu, độ pH trong cơ thể của bệnh nhân.

3.4. Đời sống:

• Cacbon dioxit tham gia vào quá trình quang hợp của thực vật và dùng để nuôi trồng thực vật, giúp cây phát triển nhanh chóng.
• Một ứng dụng quan trọng của CO2 là thu hồi và lưu trữ carbon (CCS), nhằm giảm lượng khí thải ra từ các nhà máy công nghiệp. Điều này giúp giảm thiểu tác động của khí nhà kính đối với môi trường, hướng tới mục tiêu phát triển bền vững mà các doanh nghiệp hiện đại hiện nay đang quan tâm.
• Sử dụng băng khô làm sạch bề mặt thay cho cát, tạo hiệu ứng mây mù sân khấu hoặc mưa nhân tạo.
• Khí CO2 lỏng dùng để hòa tan trong dầu thô trong lòng đất, giúp làm giảm độ nhớt của dầu, từ đó giúp dầu chảy nhanh hơn vào các giếng hút.
• Cung cấp khí cacbon nén cho súng hơi, lốp bánh xe, phao cứu hộ,…

4. Ảnh hưởng của CO2 đến môi trường và sức khỏe

4.1 Ảnh hưởng của CO₂ đến môi trường

• Biến đổi khí hậu và hiệu ứng nhà kính: CO₂ là một trong những nguyên nhân chính gây ra biến đổi khí hậu do khả năng giữ nhiệt trong khí quyển. Khi nồng độ CO₂ tăng cao, lượng nhiệt từ Mặt Trời bị giữ lại nhiều hơn, làm tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu dẫn đến băng tan và nước biển dâng cao, thời tiết cực đoan và làm giảm sản lượng nông nghiệp.
• Axit hóa đại dương: Khi CO₂ hòa tan vào nước biển, nó phản ứng với nước tạo ra axit carbonic, làm giảm độ pH của đại dương. Quá trình này ảnh hưởng nghiêm trọng đến các loài sinh vật biển, đặt biệt là san hô và hệ sinh thái biển, các loài như nghêu, sò, cua và tôm cũng bị ảnh hưởng bởi sự suy giảm canxi trong nước, khiến vỏ của chúng trở nên mỏng và dễ vỡ hơn.
• Rối loạn hệ sinh thái: Sự gia tăng CO₂ không chỉ ảnh hưởng đến khí hậu mà còn tác động đến chu kỳ sống của các loài sinh vật. Một số loài thực vật có thể phát triển mạnh hơn do mức CO₂ cao, trong khi các loài động vật khác bị suy giảm nguồn thức ăn hoặc mất môi trường sống. Điều này có thể làm mất cân bằng hệ sinh thái và đẩy một số loài đến nguy cơ tuyệt chủng.

4.2 Ảnh hưởng của CO₂ đến sức khỏe con người

• Tác động đến hệ hô hấp: Mặc dù CO₂ không phải là một chất độc nguy hiểm ở nồng độ thấp, nhưng khi nồng độ trong không khí tăng lên, nó có thể gây ra các vấn đề về hô hấp như: gây khó thở, đau đầu, tăng nguy cơ mắc bệnh phổi.
• Ảnh hưởng đến hệ thần kinh: Tiếp xúc lâu dài với môi trường có nồng độ CO₂ cao có thể ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương, làm giảm khả năng tập trung và nhận thức, gây mệt mỏi và suy giảm sức khỏe tinh thần.
• Tác động đến sức khỏe tim mạch: Mặc dù CO₂ không phải là nguyên nhân trực tiếp gây bệnh tim mạch, nhưng khi kết hợp với các chất ô nhiễm khác, nó có thể làm tăng nguy cơ cao huyết áp và bệnh tim mạch. Những người có sẵn bệnh lý tim mạch có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng hơn trong môi trường có nồng độ CO₂ cao.

5. Mức độ CO₂ thông thường là bao nhiêu?

Trên toàn thế giới, các tổ chức và cơ quan chức năng đã đặt ra giới hạn về nồng độ CO₂ tối đa được phép trong không khí, đặc biệt là trong các tòa nhà có người ở. Dưới đây là các mức CO₂ phổ biến:

• Nồng độ CO₂ thông thường
  • 400-420 ppm – CO₂ ngoài trời, mức tự nhiên.
  • 400-800 ppm – Nguy cơ thông gió quá mức, gây lãng phí năng lượng.
  • 800 ppm – Mức tối ưu trong nhà.
• Mức CO₂ ảnh hưởng đến sức khỏe
  • 1.000 ppm – Giới hạn tối đa khuyến nghị của ASHRAE, ảnh hưởng đến sự thoải mái.
  • 2.000 ppm – Gây buồn ngủ, mệt mỏi, đau đầu, cần tăng thông gió ngay.
• Mức CO₂ nguy hiểm
  • 5.000 ppm – Mức tối đa cho phép trong môi trường làm việc (8 giờ/ngày).
  • 50.000 ppm (5%) – Nguy hiểm đến tính mạng, có thể gây ngạt thở.

6. Vì sao CO2 là nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính

Khí cacbon dioxit (CO2) là một trong những nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính, một hiện tượng tự nhiên nhưng ngày càng trở nên nghiêm trọng do sự gia tăng nồng độ CO2 trong khí quyển. Khi mặt đất hấp thụ năng lượng từ mặt trời và phát xạ lại dưới dạng nhiệt (năng lượng hồng ngoại), CO2 có khả năng hấp thụ và phát xạ lại một phần năng lượng này vào không gian và một phần trở lại bề mặt Trái Đất. Điều này giúp duy trì nhiệt độ bề mặt Trái Đất ở mức ổn định, nhưng khi nồng độ CO2 quá cao, khả năng hấp thụ và giữ lại nhiệt tăng lên, gây ra sự tăng nhiệt độ toàn cầu.

Lý do CO2 gây ra hiệu ứng nhà kính là vì nó có khả năng tồn tại lâu dài trong khí quyển. Các hoạt động của con người, như phá rừng, đốt nhiên liệu hóa thạch, và phân hủy rác thải, đã làm gia tăng lượng CO2 phát thải vào không khí, khiến nó tích tụ và góp phần làm tăng hiệu ứng này. Khi CO2 tích tụ, nó không chỉ giữ lại năng lượng trong khí quyển mà còn làm tăng khả năng hấp thụ bức xạ nhiệt. Hệ quả là, nhiệt độ Trái Đất tăng lên, dẫn đến nóng lên toàn cầu.

Hiện tượng nóng lên toàn cầu gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho môi trường và sự sống trên hành tinh này. Sự tan băng ở hai cực Trái Đất và sự dâng cao mực nước biển là một trong những ảnh hưởng rõ rệt của hiệu ứng nhà kính. Bên cạnh đó, nó cũng làm thay đổi thời tiết và khí hậu, gây ra những hiện tượng thời tiết cực đoan như bão, hạn hán, và lũ lụt. Những thay đổi này có thể dẫn đến mất đa dạng sinh học, làm giảm số lượng các loài sinh vật và ảnh hưởng đến các hệ sinh thái tự nhiên.

Để giảm tác động của hiệu ứng nhà kính, nhiều quốc gia và tổ chức đang hướng đến mục tiêu Net Zero, tức là cân bằng giữa lượng khí nhà kính thải ra và lượng hấp thụ hoặc loại bỏ khỏi khí quyển. Đạt được Net Zero đòi hỏi các giải pháp như giảm phát thải CO2 từ ngành công nghiệp, giao thông và năng lượng, tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo, và trồng rừng để hấp thụ CO2. Việc thực hiện mục tiêu này không chỉ giúp kiểm soát nhiệt độ Trái Đất mà còn đảm bảo sự phát triển bền vững cho tương lai của nhân loại.

7. Các nguồn phát thải CO2 là gì?

Các nguồn phát thải CO2 được sinh ra từ nhiều nguyên nhân, bao gồm:

• Hoạt động hô hấp của sinh vật, quá trình quang hợp của thực vật.
• Đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt, than dùng để sản xuất điện, sưởi ấm, chạy các phương tiện giao thông.
• Đốt và chặt phá rừng bừa bãi để lấy đất xây dựng, lấy gỗ.
• Hoạt động núi lửa phun trào, tạo ra nhiều khói bụi.
• Các hoạt động nông nghiệp như quản lý đất đai, chăn nuôi gia súc cũng tạo ra khí CO2 và các khí nhà kính khác từ phân bón, phân hủy xác động vật, xử lý chất thải.
• Các quy trình sản xuất trong công nghiệp như xi măng, thép, giấy và hóa chất thải ra cacbonic từ các phản ứng hóa học, đốt nhiên liệu.

8. Giải pháp giúp giảm thải khí CO2

Để giảm lượng khí thải CO2 và giảm tác động của hiệu ứng nhà kính, việc áp dụng các giải pháp bền vững là vô cùng quan trọng. Dưới đây là một số giải pháp có thể ứng dụng:

• Chuyển đổi sang năng lượng tái tạo: Việc chuyển từ các nguồn năng lượng truyền thống sang các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, tuabin gió, pin cát, thủy nhiệt và địa nhiệt là một trong những cách hiệu quả để giảm lượng CO2 thải ra. Điều này không chỉ giúp cắt giảm carbon footprint của ngành năng lượng mà còn cung cấp năng lượng bền vững và sạch cho các hoạt động sản xuất và sinh hoạt.
• Tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng: Một trong những biện pháp quan trọng để giảm phát thải CO2 là tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng. Điều này có thể đạt được thông qua việc áp dụng các công nghệ tiết kiệm năng lượng, sử dụng công nghệ lưu trữ năng lượng để giảm thiểu lãng phí. Bên cạnh đó, khi thiết kế và xây dựng các công trình, việc sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường cũng góp phần không nhỏ vào việc giảm phát thải khí nhà kính.
• Tăng cường trồng và bảo vệ rừng: Các hoạt động trồng cây xanh, bảo vệ rừng và phục hồi các vùng đất rừng bị tàn phá sẽ giúp tăng cường khả năng hấp thụ CO2 của môi trường tự nhiên. Việc ngừng phá rừng và có các biện pháp bảo vệ rừng là rất quan trọng trong việc duy trì chức năng hấp thụ CO2 của rừng, giúp làm giảm lượng khí thải vào khí quyển.
• Áp dụng phương pháp canh tác bền vững: Việc trồng trọt hữu cơ, canh tác không đất và giảm lượng phân bón hóa học không chỉ giúp giảm lượng CO2 phát thải từ đất mà còn bảo vệ chất lượng đất, giúp duy trì sự phát triển bền vững của nông nghiệp. Các phương pháp này không chỉ giảm phát thải mà còn mang lại nhiều lợi ích về sức khỏe và bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên.
• Công nghệ CCS (Carbon Capture and Storage): Đây là một giải pháp công nghệ quan trọng trong việc giảm lượng CO2 trong khí quyển. Công nghệ CCS giúp thu giữ CO2 từ các nguồn phát thải công nghiệp và lưu trữ nó dưới lòng đất hoặc trong các cấu trúc địa chất. Việc áp dụng công nghệ này có thể giúp giảm lượng CO2 phát thải từ các ngành công nghiệp nặng như xi măng, thép, và dầu khí.
• Ý thức cộng đồng và thay đổi thói quen tiêu dùng: Ngoài các giải pháp công nghệ, việc thay đổi thói quen và ý thức giữ gìn môi trường của mỗi cá nhân cũng rất quan trọng. Những thay đổi đơn giản trong cuộc sống hàng ngày như giảm nhu cầu năng lượng, tiết kiệm điện, nước, và sử dụng phương tiện công cộng thay vì xe cá nhân sẽ giúp giảm đáng kể lượng CO2 phát thải vào môi trường.

Khí CO2 là một phần không thể thiếu trong chu trình tự nhiên trên Trái Đất, nhưng nó cũng đang trở thành thách thức lớn trong tình hình biến đổi khí hậu gia tăng. Chính vì vậy, việc thực hiện các giải pháp giảm lượng khí thải là điều cần thiết để tạo sự bền vững cho môi trường. Hãy liên hệ với Alternō để biết thêm thông tin về giải pháp giảm khí CO2 và phát triển năng lượng sạch.