Ứng dụng của các thiết bị giám sát CO2 trên thế giới
Ở các nước tiên tiến, nhiều thiết bị giám sát CO2 đang được lắp đặt ở trường học, văn phòng, nhà hàng và thậm chí là cả ở các buổi hòa nhạc. Đây là nỗ lực của các nhà khoa học nhằm thử nghiệm việc lượng hóa nguy cơ lây lan bệnh truyền nhiễm qua đường không khí trong các không gian khác nhau. Cơ sở khoa học của phương pháp này là phương trình Wells-Riley được phát triển vào những năm 1970, sau đó đã được Rudnick và Milton điều chỉnh và ở thời điểm hiện tại phương trình dùng nồng độ CO2 làm đại lượng biểu thị tiếp xúc với luồng hơi thở ra và cho thấy nhiều chỉ số về nguy cơ lây nhiễm. Năm 1858, Max von Pettenkofer - chuyên gia người Đức về lĩnh vực vệ sinh đã xác định 1000 ppm CO2 là mức giới hạn không được vượt quá đối với không gian trong nhà. Giá trị này, còn gọi là số Pettenkofer, đã được đưa vào phần lớn các tiêu chuẩn và hướng dẫn về các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà.
Các nhà khoa học đã xác định rằng, hạt mang vi-rút với kích thước nhỏ hơn giọt bắn được gọi là khí dung có thể di chuyển xa hơn và lơ lửng trong không khí lâu hơn nên môi trường chật hẹp trong nhà với hệ thống thông gió kém là nơi mà mọi người dễ bị lây nhiễm bệnh nhất. Tại một buổi hòa nhạc diễn ra tại Tokyo năm 2020, thay vì màn hình thông thường chiếu cận cảnh các nghệ sỹ biểu diễn, những người tham dự có thể xem mức CO2 thay đổi trên một màn hình lớn. Màn hình này cũng kết hợp một hệ thống cảnh báo dựa trên màu sắc, với màu xanh cho biết nồng độ CO2 nằm dưới giới hạn 1.000 ppm và nguy cơ lây nhiễm Covid-19 thấp nhờ hệ thống thông gió tốt. Nếu mức CO2 vượt quá một giới hạn nhất định, màn hình sẽ chuyển sang màu đỏ và buổi hòa nhạc sẽ bị hoãn lại.
Màn hình hiển thị mức CO2 tại một buổi hòa nhạc pop ở Tokyo (Ảnh: https://www.asahi.com/ajw/articles/13832094).
Chính phủ nước Bỉ cũng đã yêu cầu lắp đặt các màn hình theo dõi nồng độ CO2 ở các địa điểm công cộng như khách sạn, nhà hàng và phòng gym và nếu thiết bị theo dõi CO2 ghi được nồng độ trên 900 ppm, cần phải hành động ngay để cải thiện thông gió. Ở bang California (Mỹ) và Ireland, chính quyền cũng nỗ lực hỗ trợ các trường học lắp đặt hàng chục nghìn máy theo dõi nồng độ CO2 để đảm bảo an toàn cho học sinh khi trở lại lớp học. Việc lắp đặt các thiết bị giám sát CO2 tại các địa điểm công cộng sẽ giúp ích cho việc kiểm soát sự lây lan của không chỉ Covid-19 mà còn cả các bệnh lây truyền qua đường không khí khác như cảm lạnh thông thường, thủy đậu và cúm.
Thiết bị cảm biến đo nồng độ CO2 thế hệ mới
Hầu hết các thiết bị cảm biến CO2 trên thị trường hiện nay đều dựa trên công nghệ hồng ngoại không phân tán (nondispersive infrared sensor - NDIR) hoặc công nghệ điện hóa. Thiết bị cảm biến NDIR có độ chính xác cao nhưng kích thước cồng kềnh, còn thiết bị cảm biến điện hóa thì có thiết kế nhỏ gọn, nhưng độ chính xác kém hơn. Ngoài ra, còn có các thiết bị cảm biến eCO2 với kích thước nhỏ nhưng chỉ cung cấp giá trị ước tính về nồng độ CO2. Do đó, một thiết bị đo lường chính xác nhưng nhỏ gọn, đặc biệt là đối với các ứng dụng tiêu dùng khi kích thước đóng vai trò quan trọng trong bối cảnh bình thường mới. Theo đuổi một loại công nghệ khác tiên tiến hơn, được gọi hiệu ứng quang âm (photoacoustic spectroscopy - PAS), Infineon - một trong những công ty bán dẫn hàng dầu thế giới kỳ vọng các thiết bị cảm biến CO2 mới nhất của mình với hình thức nhỏ gọn đồng thời cho kết quả có độ chính xác cao sẽ tạo nên vị thế vượt trội trên thị trường.
Cảm biến đo nồng độ CO2 XENSIVTM PAS được phát triển bởi Infineon.
Nguyên tắc hoạt động của PAS liên quan đến cả ánh sáng và âm thanh. Bên trong một buồng cảm biến nhỏ, ánh sáng hồng ngoại sẽ đi qua một bộ lọc quang học được điều chỉnh theo bước sóng hấp thụ CO2 (λ=4,2 µm). Sau đó, ánh sáng được lọc sẽ được hấp thụ bởi các phân tử CO2, các phân tử này sẽ rung động để phản hồi. Một máy dò âm thanh có độ nhạy cao sẽ đo lường phản hồi này và một bộ vi điều khiển sẽ chuyển đổi dữ liệu đầu ra thành chỉ số nồng độ CO2 ở định dạng ppm. Mức độ chính xác cao nhất sẽ được đảm bảo bằng cách tối ưu hóa bộ dò âm thanh cho hoạt động tần số thấp và cách ly buồng hấp thụ khỏi tiếng ồn bên ngoài.
Nguyên tắc hoạt động của PAS.
Với mục tiêu hướng đến các ứng dụng nhà và tòa nhà thông minh, cũng như các thiết bị tiêu dùng, thiết bị cảm biến CO2 của Infineon sẽ cho phép mọi người theo dõi chất lượng không khí trong nhà vào mọi lúc để đánh giá theo thời gian thực về nguy cơ lây nhiễm. Thiết bị cảm biến CO2 của Infineon đã được tích hợp vào hệ thống cảnh báo CO2 đặc biệt trang bị cho các văn phòng của Infineon, hệ thống này sẽ cảnh báo nhân viên khi nồng độ CO2 vượt quá 800 ppm và cảnh báo một lần nữa khi CO2 đạt đến mức 1.000 ppm. Thiết bị này cũng đang được lắp đặt tại các giảng đường trong Trường Đại học MCI Innsbruck (Áo) nhằm hỗ trợ các sinh viên trực tiếp học tập tại trường.
Trong bối cảnh bình thường mới như hiện nay, các thiết bị cảm biến CO2 đẹp mắt và nhỏ gọn có thể sẽ trở thành đặc điểm tiêu chuẩn trong tất cả các quán bar, nhà hàng, công sở và trường học. Hơn nữa, việc giám sát liên tục chất lượng không khí trong nhà không chỉ quan trọng trong công tác đối phó với Covid-19 và các đại dịch trong tương lai, mà còn quan trọng đối với việc đảm bảo tối ưu sức khỏe cho con người. Và việc triển khai hàng loạt các thiết bị cảm biến CO2 sẽ là bước tiến trong hành trình hướng tới một thế giới khỏe mạnh hơn và vững vàng hơn trước đại dịch.
Xuân Bình