LCA of coffee/vi
Bài viết này trình bày phân tích vòng đời (LCA) của cà phê (Hình 1). Tổng năng lượng, lượng khí thải carbon, lượng nước sử dụng và chất thải được đánh giá trong suốt vòng đời của một tách cà phê (100 ml). Tóm tắt và các giá trị dưới đây chỉ giới hạn ở dạng cà phê phổ biến nhất, được sản xuất thông qua bộ lọc nhỏ giọt.
Nội dung
Lý lịch
LCA là gì?
LCA là từ viết tắt của life cycle evaluation (đánh giá vòng đời). Đánh giá vòng đời, hay phân tích từ cái nôi đến cái chết, là phương pháp có hệ thống được sử dụng để đánh giá vòng đời của một sản phẩm hoặc dịch vụ. Đánh giá thường bao gồm nhưng không giới hạn ở: danh sách tất cả các đầu vào và đầu ra, phân tích năng lượng của tất cả các vật liệu thượng nguồn được sử dụng và tác động môi trường.
Chu kỳ cà phê
Trồng và xử lý
Trước khi có thể tiêu thụ cà phê, nó phải được trồng và xử lý. Một cây cà phê bắt đầu từ một hạt. Hạt từ cây cà phê được trồng trong đất. Trong vòng 4 đến 8 tuần, một cây con xuất hiện (Hình 2). Cây con được đặt ở nơi râm mát để không bị cháy dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp. Cây con được chăm sóc và để phát triển trong 9 đến 18 tháng tiếp theo, cho đến khi đạt chiều cao khoảng 2 feet. Cây cà phê nhỏ được trồng xuống đất. Cây sẽ ra quả sau 3 năm nữa, nhưng không đạt độ chín cho đến năm thứ 6. Vào năm thứ 6, cây đã trưởng thành hoàn toàn và cho năng suất tối ưu. Cây cà phê sẽ cho sản lượng trong 20 đến 25 năm. [1]
Rang
Cà phê được rang để tăng hương vị của hạt cà phê thô hoặc xanh. Khi hạt cà phê xanh được rang, các phản ứng hóa học diễn ra làm tăng hương vị và cũng làm mất ổn định cà phê. Cà phê mất ổn định sẽ tươi trong khoảng một tháng. Hạt cà phê xanh ổn định lâu hơn nhiều. Do đó, quá trình rang diễn ra ngay trước khi bán cho người dùng cuối. [2]
Rang cà phê bắt đầu bằng việc phân loại hạt cà phê khỏi các mảnh vụn lẫn vào hạt cà phê. Sau khi cà phê đã được phân loại, nó được cân thành từng mẻ và cho vào máy rang. Cà phê được rang trong khoảng thời gian từ 3 đến 30 phút tùy thuộc vào kết quả mong muốn (Hình 3). Nhiệt độ của máy rang dao động từ 188 đến 282 độ C. Thời gian rang ảnh hưởng đáng kể đến hương vị của cà phê. Thời gian rang cà phê càng ngắn thì màu của hạt cà phê càng nhạt khi kết thúc quá trình rang. Hương vị của loại rang nhạt hơn được đặc trưng bởi hương vị ban đầu hoặc hương vị thô của cà phê. Hương vị ban đầu gợi nhớ đến đất và khí hậu nơi cà phê được trồng. Cà phê rang càng lâu thì màu của hạt cà phê càng sẫm khi kết thúc quá trình rang. Cà phê rang đậm hơn sáng hơn loại rang nhạt vì nhiệt sẽ chiết xuất dầu từ bên trong hạt cà phê. Hương vị của loại rang đậm hơn được đặc trưng bởi hương vị "rang". Hương vị rang quá nổi trội đến mức có thể nếm được rất ít hương vị ban đầu.
Vận tải
Cà phê được trồng trên khắp thế giới và được vận chuyển đến hầu hết các nơi. Một phần lớn chi phí sản xuất cà phê và khí thải đến từ việc vận chuyển. Tại nhà máy, cà phê được vận chuyển bằng xe tải từ cánh đồng và giữa các quy trình. Khi rời khỏi nhà máy, cà phê chủ yếu được vận chuyển bằng thuyền và xe tải. Hình 4 cho thấy quả cà phê được chuyển đến nhà máy chế biến, nơi chúng sẽ được tách vỏ và sấy khô. [3]
Pha chế
Để pha một tách cà phê, trước tiên, hạt cà phê phải được xay đến độ đặc thích hợp và sau đó cho nước sôi chảy qua chúng. Quá trình này được gọi là pha chế. Pha cà phê được thực hiện để chiết xuất hương vị cà phê và caffeine từ hạt cà phê rang. Không nên đun sôi bã cà phê với nước vì quá trình này sẽ làm mất hương vị của tách cà phê.
Có ba phương pháp pha cà phê khác nhau: ngâm, đun sôi và nén.
Cà phê pha theo phương pháp truyền thống được thực hiện trong bình pha cà phê kiểu Pháp. Bình pha cà phê kiểu Pháp là một thiết bị hình trụ làm bằng thủy tinh có chứa một bộ lọc pít-tông kim loại vừa khít với xi-lanh thủy tinh. Nước nóng và cà phê được cho vào bình pha cà phê kiểu Pháp và để pha trong 5-10 phút. Sau đó, pít-tông được ấn xuống để tách bã cà phê ra khỏi dung dịch cà phê. Quá trình pha cà phê tạo ra một tách cà phê đậm đà hơn vì bã cà phê tiếp xúc với nước nóng lâu hơn. Nước nóng tiếp xúc với bã cà phê càng lâu thì hương vị và tinh dầu cà phê càng được chiết xuất từ bã cà phê.
Đun sôi cà phê là kỹ thuật pha chế lâu đời nhất được biết đến. Đun sôi cà phê theo truyền thống được thực hiện bằng cách cho bã cà phê và nước vào nồi và đun sôi. Cà phê không được đun sôi lâu vì điều này sẽ khiến cà phê có vị đắng. Chất lỏng được đổ vào cốc và uống. Chất lỏng thường chứa một ít bã cà phê, nhưng phần lớn bã sẽ nằm ở đáy nồi.
Pha cà phê bằng áp suất thường có hai nguồn áp suất: áp suất do trọng lực và áp suất nước.
Pha chế bằng áp suất trọng lực thường được gọi là pha cà phê nhỏ giọt. Pha cà phê nhỏ giọt là phương pháp pha chế phổ biến nhất ở Hoa Kỳ. Một bộ lọc được đổ đầy bã cà phê và nước nóng được cho chảy chậm qua bã cà phê. Trọng lực khiến nước nóng chảy xuống qua bã cà phê. Chất lỏng nhỏ giọt ra khỏi bộ lọc và được thu thập trong một thùng chứa và tiêu thụ.
Pha chế bằng nước áp suất thường được gọi là espresso (ví dụ Nespresso D290 ). Một thiết bị cơ học làm nóng và tạo áp suất cho nước và đẩy nước nóng qua một số bã cà phê. Cà phê được pha bằng phương pháp này sử dụng nhiều bã cà phê hơn trên mỗi ounce cà phê lỏng so với bất kỳ phương pháp nào khác.
Bã cà phê
Sau khi pha một tách cà phê, bã cà phê vẫn còn và phải được thải bỏ. Ba phương pháp thải bỏ phổ biến là: chất thải rắn, nước thải và tái chế.
Bã cà phê được vứt vào thùng rác cuối cùng sẽ được chuyển đến cơ sở xử lý chất thải rắn hoặc bãi rác trong khu vực.
Bã cà phê được rửa trôi xuống cống được vận chuyển qua nước thải trong đường ống cống đến nhà máy xử lý nước thải. Tại nhà máy xử lý nước thải, bã cà phê được tách ra và xử lý theo các giao thức của nhà máy xử lý cụ thể đó.
Bã cà phê tái chế thường được ủ thành phân hữu cơ hoặc dùng để cải tạo đất cho cây trồng. Ủ bã cà phê làm giàu hàm lượng nitơ trong phân hữu cơ. Do bã cà phê có kích thước nhỏ nên phân hủy và ủ tương đối nhanh. Khi bã cà phê được dùng làm chất cải tạo đất, bã cà phê sẽ từ từ giải phóng nitơ và bổ sung axit vào đất.
Kết quả LCA: Đánh giá tổng tài nguyên đã sử dụng
Có ba bảng được trình bày để tóm tắt mức sử dụng năng lượng (Bảng 1), mức sử dụng nước (Bảng 2) và lượng khí thải carbon của cà phê (Bảng 3). Cần lưu ý rằng "xử lý" trong các bảng bao gồm: xử lý & làm sạch cà phê xanh, rang, xay, chiết rót & đóng gói và xử lý.
Năng lượng
Năng lượng sử dụng cho mỗi quy trình được trình bày trong Bảng 1. Tổng năng lượng sử dụng cho một cốc cà phê được sản xuất là 1,94 Mega Joule (gần bằng động năng của hai xe buýt trường học chạy với tốc độ 50mph). Khoảng 60% năng lượng này được sử dụng gần cuối vòng đời của cà phê khi cà phê được pha và cốc được rửa, pha và rửa trong Bảng 1. Sự mất hiệu quả này bắt nguồn từ quy mô nhỏ mà cà phê được pha nhưng cũng là hiệu quả tương đối của máy pha cà phê (các nhà máy lớn có cách thu hồi năng lượng trong khi các sản phẩm tiêu dùng thì không).
| Quá trình | MJ trên 100mL |
|---|---|
| Tưới tiêu (4000 m^3/ha/năm) | 0,24 |
| Pha chế | 0,86 |
| Giặt giũ | 0,39 |
| Sản xuất cốc và thiết bị pha cà phê | 0,05 |
| Phân bổ | 0,03 |
| Xử lý | 0,05 |
| Bao bì | 0,04 |
| Vận chuyển | 0,04 |
| Sự đối đãi | 0,11 |
| Trồng trọt | 0,2 |
| Chất thải cuối vòng đời | -0,07 |
| Tổng cộng | 1,94 |
Nước
Nước được sử dụng rộng rãi trong quá trình trồng trọt, chế biến và pha chế cà phê. Bảng 2 báo cáo số lít nước được sử dụng cho một cốc cà phê được sản xuất. Quá trình chế biến và giao hàng được cho là không sử dụng nước khi pha cà phê lọc nhỏ giọt. Tưới tiêu là hoạt động sử dụng nhiều nước nhất trong chu trình pha cà phê, sử dụng 28 lít nước cho một cốc (100mL) cà phê. Lượng nước này gấp 280 lần so với 100mL trong cốc cà phê.
| Quá trình | Lượng nước sử dụng (lít/100mL) |
|---|---|
| Tưới tiêu (4000 m^3/ha/năm) | 25 |
| Pha chế | 1,96 |
| Giặt giũ | 1.22 |
| Sản xuất cốc và thiết bị pha cà phê | 0,07 |
| Phân bổ | 0,05 |
| Xử lý | - |
| Bao bì | 0,1 |
| Vận chuyển | - |
| Sự đối đãi | 0,13 |
| Trồng trọt | 0,37 |
| Chất thải cuối vòng đời | -0,07 |
| Tổng cộng | 28,83 |
Lượng khí thải Carbon
Lượng khí thải carbon dựa trên hỗn hợp năng lượng của Châu Âu cho việc sử dụng điện, nhiên liệu xe cộ, quy trình chế biến, v.v. [3] Bảng 3 cho thấy lượng khí thải của từng phần trong quy trình với tổng lượng khí thải carbon là 114 gam carbon dioxide tương đương cho mỗi cốc cà phê được sản xuất. Các con số đáng chú ý nhất là pha chế, rửa và canh tác; lần lượt là 44,03, 20,87 và 24,37 gam carbon dioxide tương đương trên 100 mL. Lượng khí thải carbon cho quá trình pha chế và rửa đến từ các nhà máy điện cung cấp năng lượng để đun nước. Lượng khí thải cho quá trình canh tác chủ yếu đến từ các thiết bị nông nghiệp, như máy kéo chạy bằng dầu diesel.
| Quá trình | g Cacbon Dioxit tương đương trên 100mL |
|---|---|
| Tưới tiêu (4000 m^3/ha/năm) | 6.08 |
| Pha chế | 44.03 |
| Giặt giũ | 20,87 |
| Sản xuất cốc và thiết bị pha cà phê | 3.29 |
| Phân bổ | 2,79 |
| Xử lý | 2,63 |
| Bao bì | 2,79 |
| Vận chuyển | 2,63 |
| Sự đối đãi | 8,38 |
| Trồng trọt | 24.32 |
| Chất thải cuối vòng đời | -3,78 |
| Tổng cộng | 114.03 |
Tài liệu tham khảo
- ↑ Coffee Detective, Khám phá sự thật về cà phê và máy pha cà phê. Samariah Sampson (2007).
- ↑ Stuff. Cuộc sống bí mật của những thứ thường ngày. John C. Ryan, và Alan Thein Durning. Northwest Environment Watch (1997).
- ↑Nhảy lên tới:3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Đánh giá vòng đời của cà phê hòa tan sấy phun và so sánh với các giải pháp thay thế (phin lọc nhỏ giọt và viên nang espresso) . Sebastien Humbert, Yves Loerincik, Vincent Rossi, Manuele Margni, Olivier Jolliet. Tạp chí Sản xuất Sạch hơn 17 (2009) 1351–1358.
