LCA of coffee/咖啡生命周期评估

本文對咖啡進行了生命周期分析（LCA）（圖1）。分析內容包括一杯（100毫升）咖啡在其生命周期內的總能源消耗、碳排放、用水量和廢棄物產生量。以下總結和數值僅適用於最常見的咖啡沖泡方式，即滴濾式咖啡。

LCA是生命周期評估的縮寫。生命周期評估，或稱從搖籃到墳墓分析，是一種用於評估產品或服務生命周期的系統方法。評估通常包括但不限於：所有投入和產出的清單、所有上游原材料的能源分析以及環境影響。

咖啡在被飲用之前，必須經過種植和處理。咖啡樹的種子長成一棵咖啡樹。將咖啡樹上的種子種入土壤中，4到8周後會發芽（圖2）。幼苗會被放置在陰涼處，以免被陽光直射灼傷。幼苗需要精心照料，並在接下來的9到18個月內生長，直到長到大約60厘米高。然後將這棵小咖啡樹栽種到地里。咖啡樹會在3年後結果，但要到6年才能完全成熟。6年後，咖啡樹完全成熟，產量達到最佳。咖啡樹的產果期可達20到25年。^{[ 1 ]}

咖啡烘焙是為了提升生咖啡豆的風味。生咖啡豆烘焙過程中會發生化學反應，這些反應既能提升風味，也會使咖啡變得不穩定。不穩定的咖啡大約能保鮮一個月，而生咖啡豆的穩定性則要好得多。因此，烘焙通常在出售給最終用戶之前進行。^{[ 2 ]}

咖啡烘焙的第一步是將咖啡豆與混雜其中的雜質進行分揀。分揀後的咖啡豆按批次稱重，然後放入烘焙機。根據所需的烘焙效果，烘焙時間從3分鐘到30分鐘不等（圖3）。烘焙機的溫度範圍為188至282攝氏度。烘焙時間的長短對咖啡的風味有顯著影響。烘焙時間越短，咖啡豆的顏色越淺。淺烘焙咖啡的風味以咖啡豆的原始風味為特徵，這種原始風味讓人聯想到咖啡生長的土壤和氣候。烘焙時間越長，咖啡豆的顏色越深。深烘焙咖啡比淺烘焙咖啡更有光澤，因為高溫會萃取咖啡豆內部的油脂。深烘焙咖啡的風味以「烘焙味」為特徵。烘焙味非常濃郁，幾乎嘗不出原味。

咖啡種植遍布世界各地，並銷往世界各地。咖啡生產成本和排放的很大一部分都來自運輸環節。在加工廠，咖啡從田間到各個加工環節都通過卡車運輸。離開加工廠後，咖啡主要通過船隻和卡車運輸。圖 4 顯示了咖啡漿果被運往加工廠進行去殼和乾燥的過程。^{[ 3 ]}

要衝泡一杯咖啡，首先需要將咖啡豆研磨至合適的粗細，然後用沸水沖泡。這個過程稱為沖泡。沖泡咖啡的目的是從烘焙過的咖啡豆中提取咖啡的風味和咖啡因。切勿將咖啡粉與水一起煮沸，因為這樣做會影響咖啡的味道。

沖泡咖啡有三種不同的方法：浸泡法、煮沸法和加壓法。

傳統的浸泡式咖啡沖泡方法是使用法壓壺。法壓壺是一種圓柱形玻璃器皿，內部裝有緊密貼合的金屬壓杆。將熱水和咖啡粉倒入法壓壺中，浸泡5-10分鐘。然後向下按壓壓杆，將咖啡粉與咖啡液分離。浸泡式沖泡法能使咖啡更濃郁，因為咖啡粉與熱水接觸的時間更長。熱水與咖啡粉接觸的時間越長，咖啡粉中的風味物質和油脂就能被充分萃取出來。

煮咖啡是已知最古老的沖泡方法。傳統上，煮咖啡是將咖啡粉和水放入壺中煮沸。咖啡煮的時間不長，否則會變得苦澀。煮好的咖啡液倒入杯中飲用。咖啡液中通常會含有一些咖啡粉，但大部分咖啡粉會沉在壺底。

加壓咖啡沖泡通常有兩種壓力來源：重力壓力和加壓水。

重力壓力沖泡法更常見的名稱是滴濾咖啡。滴濾咖啡是美國最常見的咖啡沖泡方式。將咖啡粉放入濾網中，然後讓熱水緩慢流過咖啡粉。在重力作用下，熱水向下流過咖啡粉。液體從濾網中滴出，收集到容器中即可飲用。

高壓水萃取法更常見的名稱是意式濃縮咖啡（例如Nespresso D290）。這種方法利用機械裝置加熱並加壓水，然後將熱水強制通過咖啡粉。與其他任何萃取方法相比，這種方法每盎司咖啡液需要更多的咖啡粉。

沖泡完一杯咖啡後，咖啡渣會留在咖啡機里，必須妥善處理。三種常見的處理方法是：固體廢物處理、廢水處理和回收利用。

丟棄在垃圾桶里的咖啡渣最終會被運往某個地區的固體廢物處理廠或垃圾填埋場。

被沖入下水道的咖啡渣會隨著污水通過污水管道輸送到污水處理廠。在污水處理廠，咖啡渣會被分離出來，並根據該廠的特定處理規程進行處理。

回收的咖啡渣通常會被堆肥或用作土壤改良劑。咖啡渣堆肥可以提高堆肥的氮含量。由於咖啡渣顆粒細小，因此分解和堆肥的速度相對較快。當咖啡渣用作土壤改良劑時，它會緩慢釋放氮並增加土壤的酸性。

本文提供了三個表格，分別總結了咖啡的能源消耗（表1）、用水量（表2）和碳排放量（表3）。需要注意的是，表格中的「加工」包括：生咖啡豆的處理和清洗、烘焙、研磨、灌裝和包裝以及調質。

表1列出了各工序的能耗。每生產一杯咖啡的總能耗為1.94兆焦耳（約相當於兩輛校車以50英里/小時的速度行駛的動能）。其中約60%的能耗消耗在咖啡生產後期，即沖泡和清洗咖啡杯的環節（表1中列出了沖泡和清洗環節）。這種效率損失源於咖啡沖泡規模較小，以及咖啡沖泡設備的相對效率較低（大型工廠有能量回收系統，而消費品則沒有）。

水在咖啡的種植、加工和製作過程中被廣泛使用。表2列出了每生產一杯咖啡所用的水量（升）。假設製作滴濾咖啡時，加工和運輸過程不使用水。灌溉是咖啡生產周期中用水量最大的環節，每生產一杯（100毫升）咖啡需要28升水。這相當於咖啡杯中100毫升水量的280倍。

碳排放量基於歐洲能源結構，包括電力消耗、車輛燃料、加工流程等。^{[ 3 ]}表3顯示了各加工環節的碳排放量，每生產一杯咖啡的總碳排放量為114克二氧化碳當量。其中最顯著的排放環節是沖煮、水洗和種植，分別為每100毫升44.03克、20.87克和24.37克二氧化碳當量。沖煮和水洗環節的碳排放主要來自為水加熱提供能源的發電廠。種植環節的碳排放則主要來自柴油拖拉機等農用設備。