Luận văn Đánh giá hiệu quả năng lượng và tác động đến môi trường của đèn led trong canh tác hoa cúc

n của đèn LED trong tƣơng lai sẽ tăng khả năng tiết kiệm năng lƣợng so với đèn CFL và đèn sợi đốt. (Osram, 2009) [16] 4. Nghiên cứu “Life-cycle Assessment of Ultra-Efficient Lamps” (Đánh giá vòng đời của đèn siêu hiệu quả). Công ty tƣ vấn Châu âu Navigant đã phát hành báo cáo LCA so sánh sản phẩm đèn LED với các sản phẩm chiếu sáng khác bao gồm đèn LED 12W watt, CFL 23W và đèn sợi đốt 100W. Báo cáo này không bao gồm các ƣớc tính về mức tiêu thụ năng lƣợng của vòng đời, nhƣng sử dụng phần mềm Ecoinvent 2.1 để xác định các tác động môi trƣờng đối với tài nguyên, đất, không khí và nƣớc để sản xuất, vận chuyển, sử dụng và thải bỏ từng sản phẩm chiếu sáng. Nghiên cứu này cung cấp một danh mục chi tiết về vật liệu, khối lƣợng tƣơng ứng của từng loại đèn sử dụng đơn vị quy đổi là một triệu lumen-giờ [17]. 5. Nghiên cứu “Reducing Environmental Burdens of Solid-State Lighting through End-of-Life Design” (Giảm gánh nặng môi trƣờng của chiếu sáng trạng thái rắn thông qua thiết kế cuối đời). Nghiên cứu này tập trung vào cách làm giảm tác động môi trƣờng của các sản phẩm LED bằng cách tái sử dụng, tái sản xuất hoặc tái chế các thành phần của sản phẩm. Để điều tra, các phân tích chi tiết về các thành phần vật liệu của đèn LED đã đƣợc tiến hành để phân tích các chiến lƣợc tái sử dụng tiềm năng. Các thành phần chính đƣợc phân tích là bộ phận quang học, mô-đun LED, tản nhiệt, lắp ráp, bộ điều khiển. (Hendrickson, 2010) [18]. 6. Nghiên cứu “Life-cycle Energy Consumption of Solid-State Lighting” (Tiêu thụ năng lƣợng trong vòng đời của chiếu sáng trạng thái rắn). Nghiên cứu này đƣợc trình bày tại Hội thảo R&D SSL DOE năm 2011. Nghiên cứu phân tích tiêu thụ năng lƣợng trong các giai đoạn sản xuất và sử dụng của đèn LED so với đèn CFL 15W và đèn sợi đốt 60W. Nghiên cứu cũng trình bày ƣớc tính tiêu thụ năng lƣợng chi tiết trong sản xuất chip LED, đồng thời xem xét mức tiêu thụ năng lƣợng từ việc khai thác và xử lý vật liệu. Tuy nhiên, 27 nghiên cứu này không xem xét năng lƣợng cần thiết cho “gói” LED. Các ƣớc tính cho sản xuất đèn LED đƣợc xây dựng từ nghiên cứu của Đại học Carnegie Mellon (2009) [19]. 7. Nghiên cứu “Comparative Life Cycle Assessment of Lamps Used in a Classroom at Arizona State University” (So sánh đánh giá vòng đời của đèn huỳnh quang T8 và đèn LED T8 đƣợc sử dụng trong lớp học tại Đại học bang Arizona). Báo cáo này đƣợc hoàn thành vào tháng 6/2014. Mục tiêu của nghiên cứu là phân tích các tác động môi trƣờng và kinh tế của đèn huỳnh quang 32W và đèn LED 22W trong một lớp học, đƣa ra kết luận và kiến nghị về những thay đổi trong hệ thống chiếu sáng nhằm giảm tác động môi trƣờng và hỗ trợ phát triển bền vững của Đại học bang Arizona: giảm các tác động môi trƣờng (phát thải CO2 và sử dụng năng lƣợng) và tác động kinh tế (chi phí) từ việc thay đổi đèn. Phạm vi của đánh giá này là để phân tích tác động của đèn T8 tuổi thọ 50.000 giờ (tƣơng đƣơng với 8 giờ sử dụng mỗi ngày, 365 ngày mỗi năm, trong khoảng 17,1 năm), duy trì quang thông khoảng 825 lumens [20]. Các nghiên cứu trên là các nghiên cứu LCA cho các đèn LED, đèn huỳnh quang T8, đèn CFL cho chiếu sáng chung và hiện chƣa có nghiên cứu LCA nào cho đèn LED nông nghiệp. Vì vậy đây là nghiên cứu LCA đầu tiên của đèn LED dùng để chiếu sáng cho cây hoa Cúc làm ví dụ nhằm đánh giá các tác động đến môi trƣờng của loại đèn này so với đèn huỳnh quang T8 và huỳnh quang compact (CFL) lâu nay vẫn đang đƣợc ngƣời trồng hoa Cúc sử dụng. 1.2.5. Cơ sở pháp lý liên quan đến đánh giá vòng đời sản phẩm Quyết định số 166/QĐ-TTg ngày 21/1/2014 của Thủ tƣớng Chính phủ về việc ban hành kế hoạch thực hiện chiến lƣợc bảo vệ môi trƣờng quốc gia đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030 có nêu “Ban hành chính sách khuyến khích các cơ sở sản xuất, kinh doanh, dịch vụ xây dựng và áp dụng hệ thống quản lý môi trường theo tiêu chuẩn ISO 14000; các quy định về hướng dẫn sử dụng hạn ngạch phát thải và hình thành thị trường chuyển nhượng hạn ngạch phát thải; quy định về kiểm toán chất thải và đánh giá vòng đời sản phẩm”; 28 Bộ Tiêu chuẩn quốc gia TCVN ISO 14040:2009 (tƣơng đƣơng với ISO 14040:2006) về Quản lý môi trƣờng – Đánh giá vòng đời của sản phẩm – Nguyên tắc và khuôn khổ (Environmental management - Life cycle assessment - Principles and framework); 29 CHƢƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. CÁC NGUYÊN LIỆU, VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ 2.1.1. Các loại đèn nghiên cứu Kế thừa các kết quả nghiên cứu, thử nghiệm lựa chọn loại đèn tối ƣu nhất cho cây hoa Cúc của hai đề tài thuộc Chƣơng trình Tây Nguyên “Nghiên cứu phát triển công nghệ chiếu sáng LED phục vụ nông nghiệp Tây Nguyên”, mã số TN3/C09 và “Nghiên cứu phát triển và triển khai ứng dụng các mô hình chiếu sáng điều khiển quang chu kỳ bằng đèn LED chuyên dụng nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất hoa Cúc thương mại tại khu vực Tây Nguyên”, mã số TN18/C08, đã lựa chọn ra đƣợc loại đèn LED tối ƣu nhất cho từng giai đoạn phát triển của cây hoa Cúc. 2.1.1.1. Đèn LED NN trong nhân giống cây in vitro: Nhóm nghiên cứu của đề tài mã số TN3/C09 và TN18/C08 đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm 5 loại đèn LED tube có tỷ lệ LED phối hợp xanh:đỏ:trắng khác nhau trong nhân nhanh in vitro cây hoa Cúc đó là các đèn LED tube 100% xanh, đèn LED tube 100% đỏ, đèn LED tube B1R4W2 (tỷ lệ LED phối hợp là 1 Xanh : 4 Đỏ : 2 Trắng), đèn LED tube B1R5W1 (tỷ lệ LED phối hợp là 1 Xanh : 5 Đỏ : 1 Trắng) và đèn LED tube B1R3 (tỷ lệ LED phối hợp là 1 Xanh : 3 Đỏ). Đèn đối chứng là đèn huỳnh quang T8 (100% ánh sáng trắng), loại đèn hiện đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm, trung tâm, công ty nuôi cấy mô, nhân giống cây trồng trong nƣớc. Kế thừa kết quả thử nghiệm của 2 đề tài cho thấy loại đèn tối ƣu nhất trong nhân nhanh in vitro cây hoa Cúc là loại đèn LED T8 B1R5W1. Các loại đèn LED nông nghiệp (LED NN) trên là sản phẩm nghiên cứu của đề tài mã số TN3/C09 và do Công ty cổ phần bóng đèn Điện Quang sản xuất theo yêu cầu, thiết kế của Trung tâm Phát triển công nghệ cao, Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam. Trên Hình 2.1 có thể thấy ảnh một số loại đèn LED T8, đèn LED T8 B1R5W1-18W, và đèn Huỳnh quang FL T8 Daylight F26 -36W sử dụng trong thí nghiệm nhân giống cây trồng in vitro. 30 Một số thông số chính của đèn Huỳnh quang FL T8 Daylight F26-36W và đèn LED T8 B1R5W1 B1R5W1-18W đƣợc trình bày ở bảng 2.1. Một số loại đèn LED T8 Đèn LED T8 B1R5W1- 18W Đèn FL T8 Daylight F26- 36W (Điện Quang) Hình 2.1. Hình ảnh các loại đèn sử dụng trong thí nghiệm nhân giống cây in vitro Bảng 2.1. Các thông số chính của đèn huỳnh quang FL T8 Daylight F26-36W và đèn LED T8 B1R5W1 sử dụng trong giai đoạn nhân giống cây in vitro TT Loại đèn Tỷ lệ chip LED Công suất Dòng photon quang hợp (µmol/s) Quang thông (lumen) 1 Đèn FL T8 Daylight F26- 36W Đèn đối chứng 36W 46 2520 2 Đèn LED T8 B1R5W1- 18W 1 Xanh:5 Đỏ:1 Trắng 18W 33 1620 2.1.1.2. Đèn LED NN trong giai đoạn trồng cây giống trong vườn ươm: Nhóm nghiên cứu của đề tài TN18/C08 đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm 4 loại đèn LED 3U có tỷ lệ LED phối hợp xanh:đỏ:trắng khác nhau trong giai đoạn vƣờn ƣơm cây hoa Cúc đó là các đèn LED 3U B3R7 630 (tỷ lệ LED phối hợp là 3 Xanh : 7 Đỏ), đèn LED 3U B3R7 660 (tỷ lệ LED phối hợp là 3 Xanh : 7 Đỏ), đèn LED 3U B1R5W1 630 (tỷ lệ LED phối hợp là 1 Xanh : 5 Đỏ : 1 Trắng), đèn LED 3U B1R5W1 660 (tỷ lệ LED phối hợp là 1 Xanh : 5 Đỏ : 1 Trắng) và 01 loại đèn LED dây tóc Vli BR 630. Đèn đối chứng là đèn huỳnh quang compact (CFL) vàng, loại đèn hiện đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong giai đoạn vƣờn ƣơm trong nƣớc. 31 Các loại đèn LED nông nghiệp (LED NN) trên là sản phẩm nghiên cứu của đề tài mã số TN18/C08, do Công ty cổ phần bóng đèn Điện Quang và Công ty cổ phần giải pháp và thiết bị chiếu sáng Vi-Light sản xuất theo yêu cầu, thiết kế của Trung tâm Phát triển công nghệ cao, Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam. Kế thừa kết quả thử nghiệm của đề tài mã số TN18/C08 cho thấy loại đèn tối ƣu nhất trong đoạn vƣờn ƣơm cây hoa Cúc là loại đèn LED 3U 660 B1R5W1. Hình 2.2 là ảnh và phổ ánh sáng của đèn CFL 3U4T H8-20W – Rạng Đông (đèn đối chứng) và đèn LED 3U B1R5W1-9W đƣợc sử dụng trong giai đoạn vƣờn ƣơm. Một số thông số chính của đèn CFL 3U4T H8-20W và đèn LED 3U B1R5W1-9W đƣợc trình bày ở bảng 2.2. Đèn CFL 3U4T H8-20W Đèn LED 3U B1R5W1-9W Hình 2.2. Hình ảnh và phổ ánh sáng của đèn được sử dụng trong giai đoạn trồng cây giống trong vườn ươm Bảng 2.2. Các thông số chính của đèn CFL 3U4T H8-20W và đèn LED 3U B1R5W1- 9W sử dụng trong giai đoạn trồng cây giống trong vườn ươm TT Loại đèn Tỷ lệ chip LED Công suất Dòng photon quang hợp (µmol/s) Quang thông (lumen) 1 Đèn CFL 3U4T H8-20W Đèn đối chứng 20W 10,2 1200 2 Đèn LED 3U B1R5W1-9W 1 Xanh:5 Đỏ:1 Trắng 9W 12,6 810 2.1.1.3. Đèn LED NN trong sản xuất cây hoa Cúc Các nghiên cứu và phân tích đã chỉ ra vùng ánh sáng đỏ phù hợp sử dụng cho chiếu sáng phá đêm hoa Cúc. Vì vậy các đèn LED dùng trong nghiên cứu này đều là đèn LED đỏ với phổ phát xạ là 630nm và 660nm. 32 Nhóm nghiên cứu của đề tài mã số TN18/C08 đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm 8 loại đèn LED trong sản xuất cây hoa Cúc đó là các đèn LED 3U R 630 (100% LED đỏ 630), LED 3U R 660 (100% LED đỏ 660), đèn LED tròn Vli 630, đèn LED tròn Vli 660, đèn LED dây tóc Vli 660, đèn LED tròn HL630, đèn LED tròn HL660 và đèn LED tròn HL670. Đèn đối chứng là đèn huỳnh quang compact (CFL) là loại đèn đƣợc sử dụng truyền thống trong chiếu sáng cây hoa Cúc tại nhiều khu vực trên toàn quốc. Các loại đèn LED nông nghiệp (LED NN) trên là sản phẩm nghiên cứu của đề tài mã số TN18/C08, do Công ty cổ phần bóng đèn Điện Quang và Công ty cổ phần giải pháp và thiết bị chiếu sáng Vi-Light sản xuất theo yêu cầu, thiết kế của Trung tâm Phát triển công nghệ cao, Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam. Kế thừa kết quả thử nghiệm của đề tài mã số TN18/C08 cho thấy loại đèn tối ƣu nhất trong giai đoạn này là loại đèn LED 3U 7W R 660. Hình 2.3 là ảnh và phổ ánh sáng của đèn CFL chống ẩm 3U 25W – Công ty ánh sáng Tuấn Khƣơng (đèn đối chứng) và đèn LED 3U 7W R660 đƣợc sử dụng trong giai đoạn vƣờn ƣơm. Một số thông số chính của đèn CFL chống ẩm 3U-25W và đèn LED 3U R 660-7W đƣợc trình bày ở bảng 2.3. Đèn CFL chống ẩm 3U-25W Đèn LED 3U R660-7W Hình 2.3. Hình ảnh và phổ ánh sáng của đèn được sử dụng trong giai đoạn sản xuất hoa Cúc Bảng 2.3. Thông số chính của đèn CFL chống ẩm 3U-25W và đèn LED 3U R660-7W sử dụng trong giai đoạn sản xuất cây hoa Cúc TT Loại đèn Tỷ lệ chip LED Công suất Dòng photon quang hợp (µmol/s) Quang thông (lumen) 1 Đèn CFL chống ẩm 3U-25W Đèn đối chứng 25W 13,3 1500 33 TT Loại đèn Tỷ lệ chip LED Công suất Dòng photon quang hợp (µmol/s) Quang thông (lumen) 2 Đèn LED 3U R 660-7W 100% LED Đỏ 7W 11,7 630 2.1.2. Các trang thiết bị - Các giàn đèn LED NN trong nhân giống cây in vitro có kích thƣớc 1.300 x 600 x 2.100 (mm), 6 tầng, khung bằng vật liệu thép chữ L, sơn tĩnh điện: cung cấp ánh sáng nhân tạo cho cây in vitro, cƣờng độ chiếu sáng 2000- 3000lux, thời gian chiếu 12-16giờ/ngày. Giàn đƣợc lắp đèn LED T8 hoặc đèn huỳnh quang T8. Giàn đƣợc lắp tất cả bằng đèn huỳnh quang T8 hoặc đèn LED T8 nhằm so sánh hiệu quả năng lƣợng và tác động môi trƣờng của hai loại đèn này. Hình 2.4. Hình ảnh giàn đèn LED NN 6 tầng - Thiết bị đo ánh sáng lƣợng tử LICO-LI-250ª để đo dòng bức xạ photon quang hợp; 34 Hình 2.5. Hình ảnh thiết bị đo ánh sáng lượng tử LICO-LI-250ª - Khu nhà lƣới thuộc Viện Nghiên cứu và ứng dụng nông nghiệp công nghệ cao thuộc Trƣờng Đại học Đà Lạt, (địa chỉ: số 1 Phù Đổng Thiên Vƣơng, phƣờng 8, Tp. Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng). Diện tích nhà lƣới sử dụng cho thí nghiệm sản xuất hoa Cúc có mặt bằng là 1.200 m2. Nhà lƣới đạt tiêu chuẩn để canh tác: có hệ thống tƣới phun theo tiêu chuẩn, có điện 3 pha cấp vào đến gần cửa nhà lƣới. Hình 2.6. Hình ảnh nhà lưới thực hiện thí nghiệm chiếu sáng điều khiển quang chu kỳ bằng các loại đèn LED 2.1.3. Giống hoa Cúc nghiên cứu Giống hoa Cúc nghiên cứu là loại Cúc Pha Lê (màu vàng): là giống nhập nội, sinh trƣởng khoẻ, thời gian sinh trƣởng 110-120 ngày với quang chu kỳ bổ sung là 35 ngày, chiều cao cây 90-100 cm. Hoa màu vàng, cánh hoa dài, cành hoa dạng chùm phô trƣơng, kiểu bông hoa dạng nhím (quyll), kích thƣớc hoa lớn (8,5-9,0 cm), tràng hoa cứng. Thích hợp sản xuất hoa đơn và chùm. Phiến lá dày, xẻ thùy mạnh, thân màu xanh. Hoa Cúc Pha Lê hiện đang đƣợc bán buôn với giá từ 1.600.000-1.800.000 đ/thùng = 1.000 bông, giá ngày tết thƣờng từ 2.500.000-3.000.000đ/thùng (giá của Siêu thị Đà Lạt). 35 Trong các thí nghiệm nhân nhanh in vitro: các cây Cúc pha lê in vitro khỏe mạnh, không nhiễm nấm mốc đƣợc cung cấp bởi Trung tâm ứng dụng Khoa học và Công nghệ Lâm Đồng, Sở Khoa học công nghệ tỉnh Lâm Đồng. Trong các thí nghiệm giai đoạn vƣờn ƣơm: các cây Cúc in vitro khỏe mạnh, sạch nấm mốc đƣợc cung cấp bởi phòng Công nghệ tế bào Thực vật – Viện Công nghệ Sinh học. Cây hoa Cúc có chiều cao đồng đều nhau (5-7 cm), có 4 – 5 lá. Trong các thí nghiệm sản xuất hoa Cúc: các cây Cúc pha lê khỏe mạnh, đồng đều, không có mầm nụ hoa, cao 8 - 9 cm, có 2 - 4 rễ dài 1 - 3cm, trồng nhẹ nhàng, lấp đất kín gốc. Mật độ trồng cây cách cây 8 - 10cm, hàng cách hàng 8 - 10cm. Hình 2.7. Cây hoa Cúc Pha Lê 2.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1. Phƣơng pháp thu thập tài liệu thứ cấp - Dựa vào các tài liệu, số liệu đã đƣợc công bố trên các bài báo, báo cáo khoa học và các số liệu từ các kết quả nghiên cứu. - Thu thập các tài liệu, số liệu, bằng sáng chế phát minh, catalogue trên mạng intenet. 2.2.2. Phƣơng pháp nhân giống và điều khiển ra hoa cây hoa Cúc 2.2.2.1. Phương pháp nhân giống in vitro Vật liệu đèn, giàn: đèn LED T8 B1R5W1-18W và đèn Huỳnh quang FL T8 Daylight F26-36W, giàn đèn nuôi cấy mô 6 tầng. 36 Thời gian chiếu sáng: chiếu sáng 16 giờ/ngày và chiếu liên tục 30 ngày đến khi thu hoạch cây giống in vitro, tƣơng ứng chiều cao đồng đều nhau (5-7 cm), có 4 – 5 lá. 2.2.2.2. Phương pháp trồng cây giống trong vườn ươm - Vật liệu thực vật: cây Cúc Pha lê in vitro khỏe mạnh, sạch nấm mốc đƣợc cung cấp bởi phòng Công nghệ tế bào Thực vật – Viện Công nghệ Sinh học. Cây hoa Cúc có chiều cao đồng đều nhau (5-7 cm), có 4 – 5 lá. - Vật liệu giá thể: cây hoa Cúc đƣợc trồng trên luống đất với đất thịt đƣợc khử mầm bệnh với vôi bột. Sau khi đất đƣợc xử lý loại bỏ mầm bệnh đƣợc phối trộn với trấu hun và vun đống với chiều cao luống 30 cm, chiều rộng luống ≥ 1 m. - Đèn: đèn LED 3U B1R5W1-9W và đèn CFL 3U4T H8-20W - Thời gian chiếu sáng: chiếu sáng 6 giờ/ngày (từ 20 giờ đến 2 giờ) và chiếu liên tục trong 15 ngày đến khi thu hoạch cây giống cao đồng đều 8 - 9 cm, có rễ dài 3 – 4 cm. 2.2.2.3. Phương pháp điều khiển ra hoa cây hoa Cúc - Vật liệu thực vật: giống hoa Cúc pha lê vàng sau khi kết thúc giai đoạn trồng trong vƣờn ƣơm, đƣợc chọn cây khỏe mạnh, đồng đều, không có mầm nụ hoa, cao 8 - 9 cm, có rễ dài 3 – 4 cm, trồng nhẹ nhàng, lấp đất kín gốc. Mật độ trồng cây cách cây 8 – 10 cm, hàng cách hàng 8 – 10 cm. - Đèn: LED 3U R 660-7W và đèn CFL chống ẩm 3U-25W - Thời gian chiếu sáng: chiếu sáng 1 giờ/ngày (23 giờ 30 đến 0 giờ 30) và chiếu liên lục trong 35 ngày. 2.2.3. Phƣơng pháp đánh giá hiệu suất năng lƣợng Năng lƣợng cho quá trình sản xuất bao gồm: sản xuất đèn huỳnh quang T8, đèn huỳnh quang compact (CFL), các loại đèn LED nghiên cứu (Chip LED, đóng gói LED và bộ đèn LED). Vì công nghệ sản xuất đèn huỳnh quang T8 công suất 32-36W, CFL 20-25W và đèn LEDT8 18-20W, LED 3U 7-9W của Công ty Cổ phần Bóng đèn Điện Quang (viết tắt là Điện Quang) đáp ứng yêu cầu TCVN ISO 14040:2009 (tƣơng đƣơng với ISO 14040:2006) 37 và tƣơng đƣơng với công nghệ sản xuất các loại đèn nêu trong chƣơng tổng quan, mục 1.2.4, nên để đánh giá tiêu hao năng lƣợng, tiêu hao nguyên vật liệu đầu vào cho các khâu sản xuất các loại đèn do Điện Quang sản xuất, có thể vận dụng các số liệu đã đƣợc công bố ở mục 1.2.4 để tính toán. Riêng năng lƣợng trong quá trình sử dụng đèn, căn cứ vào số lƣợng, công suất, tuổi thọ của đèn và quy chuẩn mức sử dụng năng lƣợng cho đèn có tuổi thọ cao nhất là đèn LED (20.000 giờ) để tính toán. Chiếu sáng cho thực vật khác với chiếu sáng sinh hoạt cho con ngƣời, năng lƣợng chiếu sáng trong sinh hoạt của con ngƣời đƣợc tính bằng quang thông - là tổng lƣợng ánh sáng mà đèn phát ra đƣợc theo mọi hƣớng trong 1 giây chiếu sáng, đơn vị đo là lumen (kí hiệu là Lm), nhƣ vậy nếu muốn không gian sáng thì chọn đèn có quang thông lớn và ngƣợc lại, hoặc nếu chọn đèn với quang thông nhỏ thì đồng nghĩa với việc cần nhiều đèn mới đủ sáng. Còn năng lƣợng chiếu sáng cho thực vật đƣợc tính bằng bức xạ photon quang hợp (PAR) - Vùng quang phổ của ánh sáng mặt trời hữu ích cho thực vật, đƣợc thực vật hấp thụ và sử dụng trong quá trình quang hợp. Bức xạ photon quang hợp đƣợc đo dựa vào số lƣợng photon rơi xuống bề mặt chiếu sáng và sử dụng đơn vị tính là μmol/s. Trong nghiên cứu này, học viên sử dụng đồng hồ đo ánh sáng Li-250A (LI-250A Light Meter) để đo bức xạ photon quang hợp của các đèn. Tính toán hiệu suất năng lƣợng và tuổi thọ của mỗi đèn, thấy rõ rằng những sản phẩm này hoàn toàn không tƣơng đƣơng. Để tính hiệu suất năng lƣợng vòng đời dùng trong chiếu sáng sinh hoạt hàng ngày thƣờng sử dụng đơn vị lumen–giờ nhƣng để chiếu sáng cho thực vật thay vì sử dụng đơn vị lumen-giờ, nghiên cứu này đề xuất sử dụng đơn vị (μmol/s)-giờ. 2.2.4. Phƣơng pháp đánh giá các tác động đến môi trƣờng Sử dụng công cụ LCA để đánh giá các tác động đến môi trƣờng của sản phẩm đèn LED NN qua 4 giai đoạn vòng đời sản phẩm: (1) Sản xuất (nguyên liệu thô, sản xuất linh kiện và sản xuất sản phẩm cuối), (2) vận chuyển và phân phối đến điểm bán, (3) sử dụng sản phẩm và (4) xử lý/tái chế ở cả 3 giai đoạn nhân giống in vitro, trồng cây giống trong vƣờn ƣơm và điều khiển ra 38 hoa ở cây hoa Cúc bằng cách tính toán 15 chỉ số đã nêu tại Bảng 3, đồng thời so sánh với đèn huỳnh quang T8 và đèn CFL. Khung đánh giá dựa trên tiêu chuẩn ISO 14040. Hiện công nghệ chiếu sáng LED đang ở giai đoạn đầu phát triển và quy trình công nghệ sản xuất rất phức tạp nên các dữ liệu về các quy trình và vật liệu sản xuất LED cho từng loại đèn rất ít đƣợc công bố. Hơn nữa, các nhà sản xuất đều sản xuất sản phẩm chiếu sáng theo quy trình công nghệ sản xuất đèn LED cũng nhƣ đèn huỳnh quang/đèn CFL theo chuẩn quốc tế nên học viên xin phép đƣợc sử dụng các dữ liệu nghiên cứu trên thế giới đã công bố để ngoại suy và tính toán số liệu cho nghiên cứu này. Hình bên dƣới minh họa phạm vi, bốn giai đoạn của vòng đời sản phẩm, đầu vào và đầu ra (các tác động đến môi trƣờng) đƣợc sử dụng để đánh giá vòng đời của các sản phẩm chiếu sáng. Hình 2.8. Phạm vi, bốn giai đoạn, đầu vào và đầu ra (các tác động đến môi trường) của đánh giá vòng đời sản phẩm Luận văn này học viên chỉ xin phân tích, tính toán các tác động đến môi trƣờng liên quan đến 2 giai đoạn vòng đời sản phẩm chiếu sáng đó là: giai đoạn sản xuất và sử dụng và xin bỏ qua giai đoạn vận chuyển từ nhà sản xuất đến ngƣời tiêu dùng do các tác động liên quan đến giai đoạn vận chuyển/phân  Nguyên liệu thô  Sản xuất linh kiện  Sản xuất sản phẩm cuối Sản xuất Sử dụng  Đóng gói sản phẩm  Lƣu kho  Vận chuyển & phân phối  Lắp đặt  Bảo trì  Sử dụng điện Xử lý & Tái chế  Vận chuyển đến khu xử lý chất thải  Tái chế Vận chuyển & phân phối Đầu vào: Nguyên liệu thô, sử dụng nƣớc, năng lƣợng và sản phẩm Đầu ra (Các tác động đến môi trƣờng): Phát thải vào không khí, nƣớc, đất, tiêu thụ năng lƣợng và chất thải 39 phối sản phẩm là không đáng kể [21] và bỏ qua giai đoạn thải bỏ/tái chế do đèn huỳnh quang có chứa thủy ngân, đƣợc coi là chất thải nguy hại, nên việc xử lý hiện nay đang phụ thuộc nhiều vào ý thức của ngƣời tiêu dùng và quy định của chính quyền địa phƣơng. Bảng 2.4. Tóm tắt các giai đoạn của vòng đời được tính toán trong nghiên cứu Giai đoạn vòng đời Bao gồm Tóm tắt giai đoạn Đầu vào (Khai thác nguyên liệu) ✓ Giai đoạn này chiếm lƣợng phát thải và sử dụng tài nguyên do việc khai thác các nguyên liệu thô cần để chế tạo mỗi đèn (không tính đến tiêu thụ điện để thắp sáng trong khai thác nguyên liệu). Sản xuất (Gia công và lắp ráp) ✓ Giai đoạn sản xuất và lắp ráp đèn. Tính lƣợng năng lƣợng đƣợc sử dụng trong suốt quá trình sản xuất đèn, cũng nhƣ lƣợng chất thải phát sinh. Vận chuyển (Vận chuyển từ nhà sản xuất đến ngƣời tiêu dùng) X Nghiên cứu này bỏ qua giai đoạn vận chuyển/phân phối từ nhà sản xuất đến ngƣời tiêu dùng. So với các giai đoạn vòng đời khác, các tác động liên quan đến các giai đoạn vận chuyển/phân phối là không đáng kể [21, p.13]. Sử dụng (Sử dụng đèn của ngƣời tiêu dùng) ✓ Năng lƣợng tiêu thụ, phát sinh chất thải và chi phí liên quan đến giai đoạn này đƣợc tính dựa trên lƣợng điện tiêu thụ trong 20.000 giờ sử dụng. Cuối đời (Thải bỏ/tái chế đèn sau khi sử dụng) X Nghiên cứu bỏ qua giai đoạn này do đèn huỳnh quang có chứa thủy ngân đƣợc coi là chất thải nguy hại nên việc xử lý hiện nay đang phụ thuộc nhiều vào ý thức của ngƣời tiêu dùng và quy định của chính quyền địa phƣơng [22]. 2.2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu Số liệu thí nghiệm đƣợc xử lý bằng phần mềm Excel theo tham số thống kê. 40 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NĂNG LƢỢNG VÀ TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƢỜNG CỦA ĐÈN LED 3.1.1. Nguồn nguyên, nhiên liệu, năng lƣợng đầu vào cho các giai đoạn Nhƣ đã đề cập đến ở phần trên, công nghệ sản xuất đèn LED T8 18W, LED 3U 7-9W của Điện Quang tƣơng đƣơng với công nghệ sản xuất các loại đèn nêu trong chƣơng tổng quan, do đó đánh giá tiêu hao năng lƣợng, tiêu hao nguyên vật liệu đầu vào cho các khâu sản xuất và sử dụng các loại đèn do Điện Quang sản xuất có thể vận dụng các số liệu đã đƣợc công bố để tính toán. Vì thiếu các dữ liệu nguyên liệu đầu vào của các đèn LED T8 B1R5W1-18W, đèn LED 3U B1R5W1 9W và đèn LED 3U R660-7W nên học viên vận dụng các dữ liệu LCA đã công bố của đèn LED-12,5W [21] và ngoại suy dữ liệu để tính toán ra lƣợng nguyên, vật liệu, năng lƣợng chế tạo các đèn này. Khối lƣợng trung bình của đèn LED-12,5W là 215g [21] và đèn LED T8 B1R5W1-18W là 250 g, LED 3U B1R5W1-9W là 145g và đèn LED 3U R660-7W là 142g. Đối với giai đoạn khai thác nguyên liệu thô và sản xuất đèn, ngƣời ta cho rằng khối lƣợng đèn tỷ lệ thuận với các nguyên, nhiên liệu, năng lƣợng chế tạo. Do đó, khối lƣợng của các nguyên vật liệu, năng lƣợng chế tạo của đèn LED T8 B1R5W1 18W, đèn LED 3U B1R5W1 9W và đèn LED 3U R660 7W đƣợc tính bằng cách nhân các nguyên vật liệu, năng lƣợng chế tạo trong các giai đoạn của đèn LED 12,5W đã công bố với tỷ lệ khối lƣợng của nó với các đèn nghiên cứu, cụ thể là: - với đèn LED T8 B1R5W1-18W nhân với hệ số 1,163; - với đèn LED 3U B1R5W1-9W nhân với hệ số 0,674; - với đèn LED 3U R660-7W nhân với hệ số 0,66. Trong nghiên cứu này, đèn LED 3U B1R5W1-9W và LED 3U R660- 7W có hình dáng giống nhau, khối lƣợng gần tƣơng đƣơng nhau, do đó học 41 viên sẽ tính toán số lƣợng nguyên vật liệu, năng lƣợng cho cho đèn LED 3U R660-7W (số liệu này sẽ đƣợc dùng chung cho đèn LED 3U B1R5W1-9W). Dữ liệu nguyên nhiên liệu đầu vào của các loại đèn nghiên cứu đƣợc tính toán trong bảng sau Bảng 3.1. Dữ liệu nguyên nhiên liệu đầu vào của đèn LED Dữ liệu LCA đèn LED-12,5W [21] Số lượng quy đổi Công đoạn Vật liệu sử dụng Eco-ID Mô tả theo Ecoinvent Số lượng Đèn LED T8-18W Đèn LED 3U -7W Vật liệu LEDs 12 chiếc 120 chiếc* 30 chiếc* Vật liệu Phốt pho 6954 Nồng độ đất hiếm, 70% oxit đất hiếm (REO), tại nơi sử dụng 1,0g 1,2g 0,66g Vật liệu Phốt pho nhựa 6954 Nồng độ đất hiếm, 70% oxit đất hiếm (REO), tại nơi sử dụng 11,1g 12,9g 7,3g Vật liệu Tản nhiệt nhôm 1057 Nhôm, hợp kim đúc, tại nhà máy 68,2g 79,3g 45,0g Vật liệu Đồng 1084 Đồng, tại nhà máy 5,0g 5,8g 3,3g Vật liệu Niken 1121 Niken, 99.5%, tại nhà máy 0,003g 0,003g 0,002g Vật liệu Đồng thau 1066 Đồng thau, tại nhà máy 1,65g 1,92g 1,1g Vật liệu Gang 1069 Gang, tại nhà máy 4,0g 4,65g 2,64g Vật liệu Crom 1072 Thép crom 18/8, tại nhà máy 0,0002g 0,0002g 0,0001g Vật liệu Cuộn cảm 1074 đồng, tại kho 5 cuộn. 5 cuộn** 5 cuộn** Vật liệu Chip mạch tích hợp 7016 Mạch tích hợp, IC, tại nhà máy 2,0g 2,33g 1,32g Vật liệu Tụ dán bề mặt SMD 7010 Tụ điện, loại SMD gắn bề mặt, tại nhà máy 8 cái 8 cái** 8 cái** Vật liệu Tụ hoá 7011 Tụ điện, loại điện phân, chiều cao <2cm, tại nhà má