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). Bản tóm tắt và các giá trị bên dưới được giới hạn ở dạng cà phê phổ biến nhất, được sản xuất thông qua bộ lọc nhỏ giọt.
Hình 1: Cây cà phê có quả mọng.Nội dung
Lý lịch
LCA là gì?
LCA là viết tắt của đánh giá vòng đời. Đánh giá vòng đời hoặc phân tích từ đầu đến cuối là một phương pháp có hệ thống được sử dụng để đánh giá vòng đời của sản phẩm hoặc dịch vụ. Việc đánh giá thường bao gồm nhưng không giới hạn ở: danh sách tất cả đầu vào và đầu ra, phân tích năng lượng của tất cả các vật liệu đầu nguồn được sử dụng và tác động môi trường.
Chu kỳ cà phê
Trồng và điều trị
Hình 2: Sự khởi đầu của một cây cà phê.Trước khi cà phê có thể được tiêu thụ, nó phải được trồng và xử lý. Cây cà phê bắt đầu từ hạt đậu. Hạt cà phê được trồng trong đất. Trong vòng 4 đến 8 tuần, cây con sẽ xuất hiện (Hình 2). Cây con được đặt ở nơi có bóng râm để cây không bị cháy dưới ánh nắng 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 dưới đất. Cây sẽ ra quả sau 3 năm nữa, nhưng phải đến 6 năm mới trưởng thành. Khi được 6 tuổi, cây đã trưởng thành hoàn toàn và cho năng suất tối ưu. Cây cà phê sẽ cho thu hoạch từ 20 đến 25 năm. [1]
Rang
Hình 3: Một cơ sở rang cà phê điển hình. Cà phê được rang để mang lại hương vị.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 không ổn định sẽ vẫn 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]
Quá trình rang cà phê bắt đầu bằng việc phân loại hạt cà phê khỏi những mảnh vụn lẫn trong hạt. Sau khi cà phê được phân loại, nó được cân thành từng mẻ và đặt vào máy rang. Cà phê được rang 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 rất lớn đến hương vị của cà phê. Cà phê được rang càng ít thời gian thì màu của hạt cà phê khi kết thúc rang càng nhạt. Hương vị của cà phê rang nhẹ hơn được đặc trưng bởi hương vị nguyên bản hoặc thô của cà phê. Hương vị ban đầu gợi nhớ đến đất đai và khí hậu mà cà phê được trồng ở đó. Cà phê được rang càng lâu thì màu của hạt cà phê khi kết thúc rang càng đậm. Cà phê rang đậm sẽ bóng hơn cà phê rang nhạt vì nhiệt sẽ chiết xuất dầu từ bên trong hạt. Hương vị của món rang đậm hơn được đặc trưng bởi hương vị "rang". Hương vị nướng 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 nơi đó. Một phần lớn chi phí sản xuất cà phê và lượng khí thải đến từ quá trình vận chuyển. Tại nhà máy, cà phê được vận chuyển từ đồng ruộng và giữa các quy trình. Rời khỏi nhà máy, cà phê được vận chuyển chủ yếu 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]
Hình 4: Quả cà phê được vận chuyển từ đồng ruộng đến cơ sở chế biến.Sản xuất bia
Để pha một tách cà phê, trước tiên hạt cà phê phải được nghiền đến độ đặc thích hợp và sau đó cho nước nóng đun sôi vào. Quá trình này được gọi là sản xuất bia. 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 tạo ra mùi vị khó chịu cho tách cà phê.
Có ba phương pháp pha cà phê riêng biệt: ngâm, đun sôi và áp suất.
Cà phê ngâm thường được thực hiện trong máy ép kiểu Pháp. Máy ép kiểu Pháp là một thiết bị hình trụ làm bằng thủy tinh có chứa bộ lọc pít tông kim loại vừa khít với xi lanh thủy tinh. Nước nóng và cà phê được cho vào máy ép 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 ngâm làm cho 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 dầu cà phê được chiết xuất từ bã cà phê càng nhiều.
Đun sôi cà phê là kỹ thuật pha cà phê lâu đời nhất được biết đến. Theo truyền thống, việc đun sôi cà phê được thực hiện bằng cách cho bã cà phê và nước vào nồi rồi đun sôi. Cà phê không được đun sôi lâu sẽ làm cho cà phê có vị đắng. Chất lỏng được đổ vào cốc và tiêu thụ. Chất lỏng thường chứa một ít bã cà phê, nhưng phần lớn bã sẽ nằm ở đáy bình.
Pha cà phê bằng áp suất thường có hai nguồn áp suất: áp suất trọng lực và nước điều áp.
Pha cà phê bằng áp suất trọng lực thường được gọi là cà phê nhỏ giọt. Cà phê nhỏ giọt cho đến nay là phương pháp pha cà phê phổ biến nhất ở Hoa Kỳ. Một bộ lọc chứa đầy bã cà phê và nước nóng được cho từ từ chảy qua bã cà phê. Trọng lực làm cho nước nóng chảy xuống bã cà phê. Chất lỏng nhỏ giọt ra khỏi bộ lọc và được thu vào thùng chứa và tiêu thụ.
Pha cà phê bằng nước có 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 đi qua một số bã cà phê. Cà phê được pha bằng phương pháp này sử dụng nhiều bã cà phê trên mỗi ounce cà phê lỏng hơn bất kỳ phương pháp nào khác.
Bã cà phê
Sau khi pha một tách cà phê, bã cà phê vẫn còn và phải được xử lý. Ba phương pháp xử lý phổ biến là: chất thải rắn, nước thải và tái chế.
Bã cà phê được bỏ vào thùng rác sẽ được chuyển đến một số cơ sở hoặc bãi chứa chất thải rắn trong khu vực.
Bã cà phê được rửa trôi xuống cống được vận chuyển theo nước thải theo đường cống đến nhà máy xử lý nước thải. Tại nhà máy xử lý nước thải, đất nền được tách ra và xử lý theo quy trình của nhà máy xử lý cụ thể đó.
Bã cà phê được tái chế thường được làm phân trộn hoặc dùng để cải tạo đất cho cây trồng. Việc ủ bã cà phê làm giàu hàm lượng nitơ trong phân trộn. Do bã cà phê có kích thước nhỏ nên nó phân hủy và ủ phân tương đối nhanh. Khi bã cà phê được sử dụng để cải tạo đất, bã cà phê sẽ từ từ giải phóng nitơ và bổ sung axit cho đất.
Kết quả LCA: Đánh giá về tổng nguồn lực được sử dụng
Ba bảng được trình bày để tóm tắt việc sử dụng năng lượng (Bảng 1), sử dụng nước (Bảng 2) và lượng khí thải carbon của cà phê (Bảng 3). Cần lưu ý rằng “chế biến” trong các bảng bao gồm: xử lý & làm sạch cà phê nhân, rang, xay, chiết rót & đóng gói và điều hòa.
Năng lượng
Năng lượng sử dụng cho từng quy trình được trình bày trong Bảng 1. Tổng năng lượng sử dụng cho một tách cà phê được sản xuất là 1,94 Mega Joules (gần bằng động năng của hai xe buýt trường học di chuyển với tốc độ 50 mph). Khoảng 60% năng lượng này được sử dụng khi cà phê gần hết thời gian sử dụng khi nó được pha và cốc được rửa, pha và rửa trong Bảng 1. Sự mất mát về hiệu quả này bắt nguồn từ quy mô nhỏ mà tại đó cà phê được pha nhưng cũng do quy mô nhỏ. hiệu suất 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 |
|---|---|
| Thủy lợi (4000 m^3/ha/năm) | 0,24 |
| Sản xuất bia | 0,86 |
| Rửa | 0,39 |
| Sản xuất thiết bị cốc và 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 |
| Canh tác | 0,2 |
| Chất thải cuối đời | -0,07 |
| Tổng cộng | 1,94 |
Nước
Nước được sử dụng rộng rãi trong quá trình sinh trưởng, chế biến và chuẩn bị cà phê. Bảng 2 báo cáo số lít nước được sử dụng cho mỗi tách cà phê được sản xuất. Quá trình chế biến và giao hàng được cho là không sử dụng nước khi pha cà phê phin. Cho đến nay, tưới tiêu là hoạt động sử dụng nhiều nước nhất trong chu trình cà phê, sử dụng 28 lít nước cho mỗi cốc (100mL) cà phê. Lượng nước đó nhiều hơn 280 lần so với 100mL trong cốc cà phê.
| Quá trình | Lượng nước sử dụng (lít/100mL) |
|---|---|
| Thủy lợi (4000 m^3/ha/năm) | 25 |
| Sản xuất bia | 1,96 |
| Rửa | 1,22 |
| Sản xuất thiết bị cốc và cà phê | 0,07 |
| Phân bổ | 0,05 |
| Xử lý | - |
| Bao bì | 0,1 |
| Vận chuyển | - |
| Sự đối đãi | 0,13 |
| Canh tác | 0,37 |
| Chất thải cuối đời | -0,07 |
| Tổng cộng | 28,83 |
Phát thải cacbon
Lượng khí thải carbon dựa trên hỗn hợp năng lượng của Châu Âu để sử dụng điện, nhiên liệu phương tiện, quy trình chế biến, v.v. [3] Bảng 3 cho thấy lượng khí thải của từng phần của quy trình với tổng lượng khí thải carbon là 114 gam carbon-dioxide tương đương trên một tách cà phê được sản xuất. Những con số đáng chú ý nhất là nấu bia, rửa và trồng trọt; 44,03, 20,87 và 24,37 g tương đương Carbon-Dioxide trên 100mL tương ứng. Lượng khí thải carbon trong quá trình sản xuất bia và giặt giũ đến từ các nhà máy điện cung cấp năng lượng để làm nóng nước. Khí thải từ hoạt động trồng trọt phần lớn đến từ các thiết bị nông nghiệp, như máy kéo diesel.
| Quá trình | g Tương đương Carbon-Dioxide trên 100mL |
|---|---|
| Thủy lợi (4000 m^3/ha/năm) | 6.08 |
| Sản xuất bia | 44.03 |
| Rửa | 20,87 |
| Sản xuất thiết bị cốc và 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 |
| Canh tác | 24.32 |
| Chất thải cuối đời | -3,78 |
| Tổng cộng | 114.03 |
Người giới thiệu
- ↑ Coffee Detective, Khám phá sự thật về cà phê và máy pha cà phê. Samariah Sampson (2007).
- ↑ Đồ đạc. Cuộc sống bí mật của những điều hàng ngày. John C. Ryan và Alan Thein Durning. Theo dõi Môi trường Tây Bắc (1997).
- ↑ Jump up to: 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 lựa chọn thay thế (bộ lọc nhỏ giọt và cà phê espresso viên nang) . Sebastien Humbert, Yves Loerincik, Vincent Rossi, Manuele Margni, Olivier Jolliet. Tạp chí Sản xuất sạch hơn 17 (2009) 1351–1358.
