Quản lý chất thải với IoT

Quản lý chất thải là hoạt động thiết yếu của một thành phố, nhưng ở đa số đô thị, hoạt động này chưa được tự động hóa. Hầu hết rác thải không được phân loại, xe thu gom rác theo lịch trình cố định, nên kém hiệu quả, nhất là ở các nước đang hoặc kém phát triển. Bên cạnh đó, sự tăng nhanh dân số ở các đô thị làm lượng rác thải tăng theo cấp số nhân và vượt tầm kiểm soát của các nhà quản lý, gây tác hại không nhỏ đến môi trường sống. 

Các yếu tố này đặt ra yêu cầu về phát triển các giải pháp quản lý chất thải thông minh, với quá trình thu gom, vận chuyển và xử lý chất thải được vận hành tự động, giảm tối thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, giảm thiểu sức lao động và tiết kiệm chi phí,...

Hệ thống quản lý chất thải rắn thông minh

Với IoT, mọi thứ được kết nối để có thể truyền tải, trao đổi, xử lý thông tin, phân tích dữ liệu nhằm thực hiện một công việc nào đó. Tính năng nổi bật khi ứng dụng các công nghệ trên nền tảng IoT là gửi và nhận dữ liệu theo thời gian thực. 

Quản lý chất thải rắn thông minh (SWM - Smart Solid Waste Management) trong một thành phố yêu cầu về cơ sở hạ tầng kết nối, cùng các ứng dụng thông minh, để thực hiện những chức năng chính như giám sát các thùng rác, theo dõi/điều hành việc vận chuyển xe tải thu gom rác, theo dõi thông tin về lượng rác thải được thu gom và xử lý…SWM là hệ thống có quy trình khép kín, tự động hóa ở mức cao trong quá trình thu gom rác thải từ người dân đến lúc tái chế/tiêu hủy, và cả việc tính phí và thanh toán dịch vụ.

Sơ đồ hệ thống quản lý chất thải rắn thông minh

Nguồn: robatosystems.com/Smart_Solid_Waste_Management

Một hệ thống SWM gồm các thành phần cơ bản như:

Thùng rác thông minh (smartbin): tích hợp các cảm biến, kết nối internet để truyền tải thông tin, các ứng dụng quản lý; có thể lắp đặt máy nén rác để có thể chứa nhiều chất thải hơn và tránh tràn; có thể lắp pin năng lượng mặt trời để hoạt động. Smartbin được kết nối để xác thực người dùng, xác định tình trạng thùng (đầy/trống) để khâu quản lý tùy chỉnh lịch trình thu gom phù hợp.

Trạm vận chuyển thông minh: tự động vận hành và kiểm soát sự vận chuyển của các xe thu gom rác thông qua các kết nối trên nền tảng IoT. Trạm có thể có phòng điều hành, cầu cân để cân trọng lượng xe tải trước và sau quá trình thu gom rác, cổng tự động kiểm soát xe ra vào, camera giúp trung tâm điều khiển giám sát theo thời gian thực hoạt động tại trạm vận chuyển.

Trung tâm điều khiển: quản lý và giám sát toàn bộ hệ thống SMW thông qua hệ thống thông tin quản lý lưu trữ dữ liệu điện toán đám mây, kết nối mạng internet để truyền tải thông tin giữa các thành phần trong hệ thống, cũng như thu thập và phân tích dữ liệu.

Thành phần công nghệ không thể thiếu trong một hệ thống SWM là công nghệ cảm biến, smartbin, công nghệ GSM/GPS/GIS, công nghệ nhận dạng đối tượng. Các cảm biến được gắn trong smartbin hay xe vận chuyển rác, để phát hiện những thay đổi theo thời gian thực và chuyển đổi thành dữ liệu trong môi trường internet, để được xử lý/tiến hành thực thi theo cách mà người dùng mong muốn đã được lập trình trên các phần mềm ứng dụng. Smartbin cung cấp thông tin về tình trạng chứa chất thải theo thời gian thực nhờ các cảm biến, từ dữ liệu này các thuật toán thông minh giúp tối ưu hóa hoạt động thu gom rác, tự động lên kế hoạch các tuyến đường xe vận chuyển rác, những khu vực ưu tiên cần dọn dẹp, đồng thời được thống kê phân tích làm cơ sở để lập kế hoạch quản lý chất thải hiệu quả hơn. Các công nghệ GSM/GPS/GIS được sử dụng để định vị, giám sát các smartbin và các xe thu gom rác. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến (RFID) để nhận dạng giữa: Người dùng - Thùng rác, Thùng rác - Xe tải tại thời điểm thu gom, Xe tải thu gom - Nhà để xe/bãi rác.

Ứng dụng SMW giúp hoạt động thu gom rác thải hiệu quả, không thu gom những thùng rác chưa đầy hay bỏ sót các thùng rác đầy tràn ra ngoài làm mất mỹ quan và gây ô nhiễm. Nhờ tối ưu hóa các tuyến đường thu gom, nên giảm nhiên liệu sử dụng, tiết kiệm chi phí, giảm nhân lực, thời gian (có khả năng góp phần giảm thiểu tắc nghẽn giao thông). Ngoài ra, SMW cung cấp dữ liệu và khả năng phân tích giúp các công ty quản lý chất thải dự đoán phát sinh chất thải, cải thiện quy trình làm việc và lập kế hoạch. 

Thực tế ứng dụng

Ngành công nghiệp quản lý chất thải thông minh hiện còn non trẻ, việc triển khai ứng dụng các hệ thống SMW cần có các điều kiện về hạ tầng, nền tảng IoT, các công cụ/thiết bị phải có khả năng kết nối, kiểm tra giám sát tự động hóa,…và chi phí đầu tư không nhỏ. Dù vậy, với nhiều ưu điểm và sự phát triển của các công nghệ, cộng sự quan tâm của các nhà quản lý hướng đến xây dựng thành phố thông minh, các hệ thống SMW đã được nghiên cứu sản xuất và ứng dụng nhiều nơi trên thế giới. Sự phát triển nhanh chóng của internet, IoT, các công nghệ không dây, công nghệ cảm biến, đặc biệt là sự tham gia đầu tư nghiên cứu ứng dụng SMW của nhiều doanh nghiệp sẽ giúp giảm giá thành, tạo điều kiện cho các hệ thống SWM sớm phổ biến rộng rãi trên thế giới. Theo Marketresearchfuture, thị trường quản lý chất thải thông minh toàn cầu dự kiến ​​sẽ tăng trưởng với tốc độ CAGR là 18,6%, đạt 7,67 tỷ USD vào năm 2025.

Thị trường quản lý chất thải thông minh toàn cầu

Nguồn: marketresearchfuture.com

Nhiều nơi trên thế giới đã triển khai ứng dụng các hệ thống SMW và lắp đặt các smartbin. Tuy nhiên, tùy vào nền tảng cơ sở hạ tầng, điều kiện kết nối cũng như khả năng tài chính, các hệ thống SMW ứng dụng ở mỗi nơi sẽ có “khả năng thông minh” rất khác nhau.

Bắc Mỹ là một trong những nơi đầu tiên triển khai ứng dụng SMW, nhưng châu Âu mới là khu vực được dự đoán sẽ phát triển thị trường quản lý chất thải thông minh nhanh nhất. Nguyên nhân được lý giải là từ nhận thức về quản lý chất thải hướng tới mục tiêu bảo vệ môi trường bền vững, kèm theo chính sách phù hợp của chính phủ các nước trong khu vực này. 

Nhiều nơi ở châu Âu quan tâm triển khai ứng dụng SWM như tại Amsterdam (Hà Lan), London (Vương quốc Anh), Alingsås và Stockholm (Thụy Điển), Porvoo (Phần Lan),.. đã và đang lắp đặt các smartbin ở những nơi công cộng với công nghệ cảm biến mới nhất, có thể nén chất thải và hoạt động bằng năng lượng mặt trời. Thành phố Melbourne (Úc) đã trang bị gần 400 smartbin hoạt động bằng năng lượng mặt trời.

Ở châu Á, thành phố Seoul (Hàn Quốc) đã lắp đặt  6.000 smartbin có trang bị cân và RFID để cân chất thải và tính phí cho cư dân bằng thẻ ID. Singapore lắp đặt thí điểm thành công các smartbin sử dụng năng lượng mặt trời. Thành phố Dubai - Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất cũng đã triển khai các smartbin chạy bằng năng lượng mặt trời…

Về hoạt động dịch vụ, có thể kể đến một công ty thuộc sở hữu tư nhân ở Úc đã ứng dụng SMW, đó là Corio Waste Management Pty Ltd. chuyên thực hiện dịch vụ thu gom rác thải hoạt động ở các  khu vực Geelong, Altona North và Dandenong South, sử dụng công nghệ quản lý chất thải thông minh, tối ưu hóa các tuyến đường xe thu gom bằng việc sử dụng smartbin để theo dõi lượng rác trong mỗi thùng ở các khu vực, nhờ đó đã tiết kiệm được nhiều chi phí do giảm bớt thời gian di chuyển của xe, giảm tiêu hao nhiên liệu.

Phương Lan