Cảm biến đo nồng độ CO2 hỗ trợ kiểm soát nguy cơ lây nhiễm Covid-19

Một giải pháp đang được chú ý là thiết bị cảm biến nồng độ CO2, dùng để đo lượng khí thở ra và cho biết thông số cảnh báo nguy cơ lây nhiễm trong không gian kín. Sáng kiến được kỳ vọng trở thành giải pháp hỗ trợ kiểm soát nguy cơ lây nhiễm Covid-19 trên diện rộng.

Cơ sở khoa học của phương pháp này là phương trình Wells-Riley được phát triển vào những năm 1970, sau đó được Rudnick và Milton điều chỉnh. 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 các chỉ số về nguy cơ lây nhiễm.

Năm 1858, Max von Pettenkofer, chuyên gia người Đức về lĩnh vực vệ sinh, đã xác định 1.000 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 xác định rằng hạt mang virus với kích thước nhỏ hơn giọt bắn được gọi là khí dung, có thể di chuyển xa, lơ lửng trong không khí lâu hơn. Do đó, môi trường trong nhà chật hẹp với hệ thống thông gió kém là nơi mọi người dễ bị lây nhiễm bệnh.

Tại một buổi hòa nhạc ở Tokyo năm ngoái, người tham dự có thể xem mức CO2 thay đổi trên một màn hình lớn 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 giới hạn, màn hình sẽ chuyển sang màu đỏ và buổi hòa nhạc sẽ bị dừng lại.

Màn hình hiển thị mức CO2 tại buổi hòa nhạc ở Tokyo.

Chính phủ Bỉ cũng đã yêu cầu lắp đặt các màn hình theo dõi nồng độ CO2 ở nhiều địa điểm công cộng 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 California (Mỹ) và Ireland, chính quyền cũng nỗ lực hỗ trợ các trường học 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 giúp kiểm soát sự lây lan của không chỉ Covid-19 và cả các bệnh lây truyền qua đường không khí khác như cảm lạnh, thủy đậu và cúm.

Hầu hết thiết bị cảm biến CO2 trên thị trường hiện nay đều dựa trên công nghệ NDIR (hồng ngoại không phân tán) 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 thiết bị cảm biến eCO2 với kích thước nhỏ nhưng chỉ cung cấp giá trị ước tính về nồng độ CO2. Do đó, điều chúng ta cần là một thiết bị đo lường chính xác nhưng nhỏ gọn, đặc biệt đối với các ứng dụng tiêu dùng khi kích thước đóng vai trò quan trọng.

Theo đuổi một loại công nghệ khác, tiên tiến hơn được gọi là hiệu ứng quang âm (PAS), Infineon - một trong những công ty bán dẫn hàng đầu 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 khác biệt trên thị trường.

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 đi qua một bộ lọc quang học được điều chỉnh theo bước sóng hấp thụ CO2 (λ = 4,2 µm). Ánh sáng sẽ được hấp thụ bởi các phân tử CO2, các phân tử này sẽ rung động để phản hồi.

Thiết bị cảm biến CO2 ứng dụng hiệu ứng quang âm của Infineon.

Khi đó, một máy dò âm thanh có độ nhạy cao sẽ đo lường phản hồi và 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.

Chúng ta có lẽ sẽ chung sống với virus Covid-19 nhiều năm nữa. Do đó, nhu cầu về các giải pháp kỹ thuật tinh vi là rất cấp thiết nhằm nâng cao mức độ an toàn ở các địa điểm công cộng. Trong tương lai, các thiết bị cảm biến CO2 đẹp mắt và nhỏ gọn có thể sẽ trở nên cần thiết trong nhiều không gian kín. Đồng thời, việc triển khai hàng loạt thiết bị cảm biến CO2 sẽ là bước tiến trong hành trình hướng tới một thế giới khỏe mạnh và vững vàng hơn trước đại dịch.