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

MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sự phát minh điốt phát quang (Light Emitting Diode - LED), nguồn sáng siêu tiết kiệm điện thân thiện môi trƣờng kỷ 21, tạo cách mạng thực công nghệ chiếu sáng Đèn LED có ƣu điểm vƣợt trội so với loại đèn truyền thống nhƣ hiệu suất phát sáng cao, tuổi thọ cao, siêu tiết kiệm điện năng, khả tạo màu tính uyển chuyển việc tích hợp với hệ điều khiển cƣờng độ chiếu sáng, phát nhiệt, thân thiện môi trƣờng, đem lại giá trị độc đáo chiếu sáng cho nhiều mục đích khác nhƣ chiếu sáng nội thất, chiếu sáng giao thông đƣờng phố, chiếu sáng nghệ thuật, chiếu sáng công nghiệp, nông lâm ngƣ nghiệp… Rào cản công nghệ chiếu sáng LED giá thành, nhƣng với tốc độ nâng cao chất lƣợng giảm giá thành sản phẩm đèn LED nhƣ nay, rào cản nhanh chóng đƣợc dỡ bỏ [1] Trong năm gần đây, đèn LED đƣợc nghiên cứu ứng dụng thành công làm nguồn sáng nhân tạo có phổ phát quang phù hợp với phổ quang hợp trồng để thay nguồn sáng nhân tạo truyền thống kích thích sinh trƣởng khơng điều kiện in vitro, mà điều kiện ex vivo nhiều nƣớc giới Chiếu sáng LED so với nguồn chiếu sáng truyền thống có ƣu điểm nhƣ: Hiệu suất lƣợng sinh học cao, cải thiện mật độ trồng tiết kiệm điện đáng kể Sử dụng lƣợng hiệu nguồn sáng khía cạnh mơi trƣờng Tuy nhiên, câu hỏi đặt sử dụng lƣợng hiệu nguồn sáng có quan trọng khía cạnh mơi trƣờng khác sản phẩm chiếu sáng hay không, ví nhƣ tiến chế tạo tái chế xử lý Để tính đến tác động mơi trƣờng cách tồn diện, phƣơng pháp khoa học đƣợc tiêu chuẩn hóa đƣợc phát triển, đánh giá vòng đời sản phẩm (Life Cycle Assessment - LCA) LCA đƣợc biết tới vào năm 1970, phƣơng pháp khoa học đƣợc thiết lập để định lƣợng so sánh tác động mơi trƣờng Mục tiêu LCA so sánh tồn hiệu ứng mơi trƣờng gán cho sản phẩm cách định lƣợng tất nguồn nguyên liệu đầu vào, sản phẩm đầu đánh giá ảnh hƣởng chúng đến môi trƣờng nhƣ LCA đƣợc sử dụng để cải tiến quy trình, sách hỗ trợ cung cấp sở pháp lý cho định có liên quan Học viên công tác Trung tâm Phát triển công nghệ cao thành viên thực số đề tài, dự án liên quan đến sản phẩm LED, là: (i) dự án “Phát triển thúc đẩy công nghệ LED cho chiếu sáng chung Việt Nam” đƣợc tài trợ Quỹ Mơi trƣờng tồn cầu (GEF), Chƣơng trình Phát triển Liên hợp quốc (UNDP) đồng tài trợ quan/đơn vị liên quan Việt Nam; (ii) đề tài “Nghiên cứu phát triển triển khai ứng dụng mơ hình chiếu sáng điều khiển quang chu kỳ đèn LED chuyên dụng nhằm nâng cao hiệu sản xuất hoa Cúc thương mại khu vực Tây Nguyên”, mã số TN18/C08; (iii) đề tài “Nghiên cứu phát triển công nghệ chiếu sáng LED phục vụ nông nghiệp Tây Nguyên”, mã số TN3/C09 Trên sở đó, học viên xin chọn đề tài “Đánh giá hiệu lượng tác động đến môi trường đèn LED canh tác hoa Cúc” để đánh giá hiệu lƣợng tác động đến môi trƣờng việc sử dụng đèn LED so sánh với đèn huỳnh quang compact đèn huỳnh quang T8 ứng dụng canh tác hoa Cúc từ đề xuất số giải pháp chế tạo sử dụng đèn LED nông nghiệp theo hƣớng thân thiện với mơi trƣờng Mục đích đề tài - Đánh giá hiệu lƣợng tác động đến môi trƣờng việc sử dụng đèn LED so sánh với đèn huỳnh quang compact đèn huỳnh quang T8 ứng dụng trong canh tác hoa Cúc - Đề xuất số giải pháp chế tạo sử dụng đèn LED nông nghiệp theo hƣớng thân thiện với môi trƣờng Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu: Đèn LED, đèn huỳnh quang compact đèn huỳnh quang T8 (để so sánh) dùng canh tác hoa Cúc Phạm vi nghiên cứu: Tại số sở sản xuất giống trồng hoa Tây Nguyên Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Cho đến nay, nghiên cứu ứng dụng công nghệ chiếu sáng LED cho hoa Cúc tập trung đến hiệu nhân giống trồng, tỷ lệ sống/chết, tốc độ tăng trƣởng, điều khiển hoa chƣa có nghiên cứu đánh giá hiệu lƣợng tác động đến môi trƣờng đèn LED Các kết nghiên cứu đề tài góp phần đánh giá hiệu lƣợng tác động đến môi trƣờng việc sử dụng đèn LED so sánh với đèn huỳnh quang compact đèn huỳnh quang T8 ứng dụng canh tác hoa Cúc từ đề xuất số giải pháp chế tạo sử dụng đèn LED nông nghiệp theo hƣớng thân thiện với môi trƣờng, làm sở liệu cho nghiên cứu nhằm bảo vệ môi trƣờng hiệu Việt Nam CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG CÁC NGUỒN SÁNG LED 1.1.1 Cấu tạo đèn LED LED ghép ba chữ đầu cụm từ tiếng Anh “Light Emiting Diode” nghĩa điôt phát quang Các sản phẩm chiếu sáng LED thuộc nhóm sản phẩm chiếu sáng bán dẫn, nhóm sản phẩm chiếu sáng hệ thứ Bộ đèn chiếu sáng LED bao gồm 04 phận bản: (a) Điốt phát sáng (LED), (b) Bộ điều khiển điện cho LED (LED driver); (c) Bộ phận quang học (Optics) (d) Bộ phận quản lý nhiệt (Thermal Management) đƣợc mô tả Hình 1.1 1.2 [2] b) Bộ điều khiển điện cho LED (LED Driver) a) Điốt phát sáng (LED) c) Bộ phận quanghọc (Optics) d) Bộ phận Quản lý nhiệt (Thermal Mansgement) Hình 1.1 Các phận đèn chiếu sáng LED [2] Hình 1.2 Bộ đèn chiếu sáng LED [2] (LED lamp/Lighting Fixture/Luminaire) = Các điốt phát sáng (LEDs) + Bộ điều khiển điện (Electrical Driver) + Bộ phận quang học (Optics) + Bộ phận quản lý nhiệt (Thermal Management) 1.1.2 Nguyên lý hoạt động công nghệ chế tạo đèn chiếu sáng LED 1.1.2.1 Nguyên lý hoạt động 04 phận đèn LED a) Điốt phát sáng (LED) Phần chủ yếu LED mảnh nhỏ chất bán dẫn có pha tạp chất cho tạo đƣợc hai miền: miền p dẫn điện lỗ trống (hạt tải mang điện dƣơng) miền n dẫn điện điện tử (hạt tải mang điện âm), hai miền lớp tiếp xúc p – n (Hình 1.3) Giống nhƣ điơt (đèn hai cực chỉnh lƣu bán dẫn) dòng điện dễ dàng từ miền p sang miền n (đi theo chiều thuận) không đƣợc theo chiều ngƣợc lại Khi nối điện theo chiều thuận lỗ trống điện tử bị đẩy theo hai chiều ngƣợc nhau, chúng gặp lớp tiếp xúc p - n, tổ hợp lại phát ánh sáng Hình 1.3 Giản đồ mơ tả ngun lý hoạt động điốt bán dẫn [2] Các lại LED ánh sáng đơn sắc: Nhiều vật liệu đƣợc phát triển cho đèn LED thƣơng mại dựa phốt-pho nitrua Sự phát xạ ánh sáng từ đèn LED phụ thuộc vào tiếp giáp p-n tạp chất (ví dụ, gallium, arsenic) đƣợc pha tạp vào lớp đèn LED đƣợc sử dụng để xây dựng lớp hoạt động Những vật liệu khác phát ánh sáng bƣớc sóng rời rạc phổ điện từ, trải rộng từ hồng ngoại tới tia tử ngoại, bao gồm ánh sáng khả kiến Sự lựa chọn xác vật liệu bán dẫn đƣợc sử dụng LED giúp xác định màu sắc phát xạ ánh sáng Bảng 1.1 trình bày số vật liệu phổ biến đƣợc sử dụng ngày sản xuất đèn LED màu đƣợc liệt kê cột Bảng 1 Tóm tắt màu LED vật liệu thông dụng [2] Màu sắc Bước sóng [nm] Điện áp [ΔV] Hồng ngoại λ > 760 ΔV < 1,63 Đỏ 610 < λ < 760 1,63 < ΔV < 2,03 AlGaAs, GaAsP, AlGaInP, GaP, Ga (III) Vật liệu GaAs AlGaAs Cam 590 < λ < 610 2,03 < ΔV < 2,10 GaAsP, AlGaInP, GaP, Ga (III) Vàng 570 < λ < 590 2,10 < ΔV < 2,18 GaAsP, AlGaInP, GaP, Ga (III Xanh lục 500 < λ < 570 1,9 < ΔV < 4,0 Xanh lam 450 < λ < 500 2,48 < ΔV < 3,7 Tím 400 < λ < 450 2,76 < ΔV < 4,0 Đỏ tía Nhiều loại 2,48 < ΔV < 3,7 Tia cực tím λ < 400 3,1 < ΔV < 4,4 InGaN /GaN, Ga (III) GaP, Ga(III ), AlGaInP, AlGaP ZnSe, InGaN, SiC (phiến đế) Si (phiến đế phát triển) Indium gallium nitride (InGaN) LEDs hai mầu xanh lam/đỏ (blue/red), LED xanh lam phủ phốt đỏ, LED trắng với nhựa màu đỏ (purple) Kim cƣơng (235 nm), BN(215 nm) AlN) (210 nm), AlGaN, AlGaInN – xuống đến 210 nm Màu sắc Bước sóng [nm] Điện áp [ΔV] Hồng Nhiều loại ΔV ~ 3,3 Trắng Phổ rộng ΔV = 3,5 Vật liệu Màu xanh với hai lớp phốt pho: màu vàng với màu đỏ, cam hồng phốt đƣợc thêm vào sau đó, màu trắng với sắc tố màu hồng thuốc nhuộm điốt xanh da trời/UV kết hợp với lớp phủ cho màu vàng LED ánh sáng trắng: Trong bốn khâu công nghệ tạo nên đèn LED chiếu sáng, công nghệ sản xuất LED trắng mang yếu tố định tạo tính vƣợt trội LED trắng so với sản phẩm chiếu sáng truyền thống khác Vì vậy, yếu tố công nghệ sản xuất LED trắng định đặc điểm LED Nguyên lý phát xạ ánh sáng LED trắng: Do LED phát xạ phổ ánh sáng hẹp, nên thực tế khơng có LED phát xạ ánh sáng trắng Các LED trắng đƣợc cấu tạo hoạt động theo hai nguyên lý sau:  Trộn ba mầu đỏ (Red), xanh lục (Green) xanh lam (Blue) cách sử dụng LED có ba mầu (R-G-B) nêu Hình 1.4 sơ đồ nguyên lý loại LED trắng RGB Nguyên lý trộn mầu để tạo ánh sáng trắng LED trắng sáng loại RGB cách sử dụng LED: đỏ, xanh lục, xanh lam Hình 1.4 Hình ảnh nguyên lý phát xạ ánh sáng LED trắng trộn màu RGB [2] Nguồn: Giới thiệu sử dụng RGB led http://www.vutbay.net/gioi-thieu-va-su-dung-rgb-led/  Sử dụng LED xanh lam (Blue) LED tử ngoại (UV) lớp phốt (để tiện lợi, gọi tắt LED trắng phốt pho): Trên chip LED loại Blue UV, ngƣời ta phủ lớp phủ phốt lên bề mặt chip gọi lớp chuyển đổi Khi LED chip hoạt động, tia sáng xanh tia UV phát đập vào lớp phủ phốt pho, nguyên tử phốt đƣợc kích thích phát tia sáng vàng tia đỏ xanh lục (Hình 1.5) Phổ phát quang loại LED phốt có dạng nhƣ Hình Phổ ánh sáng đƣợc phát xạ LED chip lớp phủ phốt có dải sóng từ 400 – 700 nm (đƣờng liền), phổ ánh sáng đƣợc mắt ngƣời cảm nhận nhƣ nguồn ánh sáng trắng (đƣờng đứt đoạn) nhƣ mô tả Hình 1.6 Huỳnh quang phốt Phốt Dây hàn Phát quang màu xanh lam từ chip LED Chip LED Phốt Hình 1.5 Cấu trúc LED trắng phốt [2] Hình 1.6 Phổ phát quang LED trắng phốt phổ cảm nhận mắt người (đường đứt đoạn) [2] b) Bộ nguồn điện điều khiển đèn LED (LED Driver) Điều khiển điện cho LED (sau gọi tắt Driver) nguồn cung cấp điện tự điều chỉnh công suất cần thiết cho đèn LED dãy đèn LED Các điốt phát sáng tiêu thụ lƣợng thấp để đảm bảo có tuổi thọ dài, nguồn cung cấp điện cho LED phải loại nguồn điện chuyên dụng, khác biệt với nguồn cung cấp điện thơng thƣờng Nếu khơng có Driver tốt, đèn LED trở nên q nóng khơng ổn định dẫn đến hƣ hỏng hiệu phát sáng Để đảm bảo cho đèn LED hoạt động cách hoàn hảo, Driver phải cung cấp lƣợng điện ổn định liên tục để trì cho đèn LED hoạt động thời gian dài Chức Driver: Driver có hai chức năng: cung cấp điện áp thấp bảo vệ cho đèn LED Loại Driver: Các Driver đƣợc cài đặt riêng lẻ bên ngồi tích hợp bên đèn LED - Driver cài đặt bên đèn thƣờng đƣợc sử dụng đèn LED nội thất để thuận tiện thay đèn (Hình 1.7) Driver đặt bên Hình Driver cài đặt bên bóng đèn LED [2] - Driver cài đặt bên đèn đƣợc đặt cách biệt với đèn LED thƣờng đƣợc sử dụng cho ứng dụng nhƣ chiếu sáng trời, thƣơng mại, đƣờng (Hình 1.8) Driver LED đặt bên ngồi Hình 1.8 Driver cài đặt bên đèn LED [2] c) Bộ phận quang học - Hệ thống quang cho đèn chiếu sáng LED Hệ thống quang học cho đèn chiếu sáng LED yếu tố quan trọng đèn LED Hệ thống quang học nhằm mục đích định hình, tập trung trộn ánh sáng đƣợc tạo nguồn sáng LED thành hình dạng, phân bố, màu sắc đáp ứng yêu cầu đối tƣợng cần chiếu sáng Các linh kiện quang học phổ biến cho đèn LED phản xạ thấu kính Bộ phản xạ thƣờng kim loại, có hình dạng nhƣ nón xung quanh bên ngồi đèn LED Thấu kính thƣờng đƣợc làm từ acrylic silicon suốt Một ƣu điểm lớn thấu kính đặt gƣơng phản chiếu nguồn ánh sáng đƣợc che chắn, làm giảm độ chói lóa từ nguồn sáng LED (Hình 1.9) Hình 1.9 Các thấu kính phản xạ cho đèn LED [2] 10 3U-25W để đạt đƣợc mức tƣơng đƣơng với LED 3U R660-7W) Từ số liệu tính tốn bảng 3.13 cho đèn CFL chống ẩm 3U 25W đèn LED 3U R660-7W, hình 3.15 dƣới thể kết đánh giá 15 số LCA tác động đến môi trƣờng đèn LED 3U R660-7W so sánh với đèn CFL chống ẩm 3U-25W giai đoạn điều khiển hoa hoa Cúc 68 Bảng 3.13 So sánh tác động đến môi trường đèn LED 3U R660-7W so với đèn CFL chống ẩm 3U-25W giai đoạn điều khiển hoa hoa Cúc Tác động đến môi trường nước Đèn LED 3U 7W R660 Đèn CFL chống ẩm 3U 25W Loại đèn Tác động đến mơi trường khơng khí Giai đoạn LCA GWP Tiềm nóng lên tồn cầu AP Tiềm axit hóa (kg CO2eq) (kg SO2eq) POCP Tiềm tạo Ozone quang hóa (kg O3) ODP Tiềm suy giảm ơzơn (kg CFC11eq) HTP Tiềm độc tính ngƣời (kg 1,4DCBeq) FAETP - Tiềm MAETP EP Tiềm Tiềm độc tính độc tính sinh thái sinh thái phú nƣớc nƣớc biển dƣỡng (kg 1,4(kg (kg 1,4DCB-eq) PO4-eq) DCBeq) Tác động đến môi trường đất LU - Sử dụng đất đai (m2) EDP Tiềm thiệt hại hệ sinh thái (Điểm) Tác động đến môi trường tài nguyên TAETP Tiềm độc tính sinh thái cạn ARD Suy giảm tài nguyên phi sinh học (kg 1,4DCB-eq) (kg Sbeq) NHWL – Chôn lấp chất thải không nguy hại RWL Chơn lấp chất thải phóng xạ HWL Chơn lấp chất thải nguy hại (kg) (kg) (kg) NL thô 13,243 0,36239 0,003570 0,00000145 11,169 0,6426 8,5669 0,13182 1,2762 0,8681 0,016294 0,10410 1,7137 0,000993 0,001450 Sản xuất 20,534 0,10477 0,001507 0,00000149 5,799 0,4323 2,7597 0,04535 0,8947 0,6737 0,003145 0,10622 3,7138 0,000296 0,000434 Sử dụng 1.500,071 7,86635 0,050348 0,00001144 224,340 21,0558 113,0480 2,10974 23,0036 17,3464 0,136689 8,55496 34,7152 0,047769 0,025497 Tổng 1.533,849 8,33351 0,055425 0,00001438 241,309 22,1307 124,3747 2,28692 25,1744 18,8882 0,156128 8,76527 40,1427 0,049059 0,027380 NL thô 8,416 0,07842 0,001321 0,00000090 8,766 0,2485 4,2408 0,05970 0,2971 0,2221 0,004618 0,05886 2,8670 0,000572 0,001870 Sản xuất 2,277 0,02059 0,000207 0,00000007 0,968 0,0100 0,2111 0,00620 0,1775 0,1341 0,000377 0,01322 0,5196 0,000019 0,000043 Sử dụng 136,722 0,71697 0,004589 0,00000104 20,447 1,9191 10,3036 0,19229 2,0966 1,5810 0,012458 0,77973 3,1641 0,004354 0,002324 Tổng 147,415 0,81597 0,006117 0,00000200 30,181 2,1776 14,7555 0,25819 2,5712 1,9372 0,017454 0,85181 6,5508 0,004945 0,004238 10 11 14 12 11 11 10 10 15 Tỷ lệ tác động đèn LED 3U 7W so với đèn CFL 3U 25W (%) 10 13 10 69 10 10 16 SO SÁNH CÁC TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG 0,02738 0,004238 0,049059 0,004945 40,1427 6,5508 8,76527 0,85181 0,156128 0,017454 18,8882 1,9372 25,1744 2,5712 2,28692 0,25819 Đèn LED 3U R660-7W 124,3747 14,7555 22,1307 2,1776 241,309 30,181 0,00001438 0,000002 0,055425 0,006117 8,33351 0,81597 147,415 1.533,849 Đèn CFL chống ẩm 3U-25W Hình 3.15 So sánh tác động đến mơi trường đèn LED 3U R660-7W so với đèn CFL chống ẩm 3U-25W giai đoạn điều khiển hoa hoa Cúc 70 Các bảng sau thể so sánh chi tiết 15 số tác động đến môi trƣờng khơng khí, nƣớc, đất tài ngun của đèn LED 3U R660-7W so sánh với đèn CFL chống ẩm 3U-25W giai đoạn điều khiển hoa hoa Cúc Hình 3.16 So sánh số tác động đến mơi trường khơng khí giai đoạn điều khiển hoa hoa Cúc đèn CFL chống ẩm 3U-25W đèn LED 3U R660-7W 71 Hình 3.17 So sánh số tác động đến môi trƣờng nƣớc giai đoạn điều khiển hoa hoa Cúc đèn CFL chống ẩm 3U-25W đèn LED 3U R660-7W Hình 3.18 So sánh số động đến môi trường đất giai đoạn điều khiển hoa hoa Cúc đèn CFL chống ẩm 3U-25W đèn LED 3U R660-7W 72 Hình 3.19 So sánh số tác động đến môi trƣờng tài nguyên giai đoạn điều khiển hoa hoa Cúc đèn CFL chống ẩm 3U-25W đèn LED 3U R660-7W Từ hình cho thấy rằng, giai đoạn LCA (q trình khai thác ngun liệu thơ, sản xuất sử dụng) 15 số tác động đến mơi trƣờng khơng khí, đất, nƣớc tài nguyên đèn LED 3U R660-7W từ 10-20% so với đèn CFL chống ẩm 3U-25W giai đoạn điều khiển hoa hoa Cúc Chỉ có q trình khai thác ngun liệu thơ số chôn lấp chất thải không nguy hại chất thải nguy hại đèn LED 3U R660-7W cao đèn CFL chống ẩm 3U-25W nhƣng không đáng kể Quá trình sử dụng trình phát sinh chất thải lớn nhất, trình sử dụng điện để thắp sáng Quá trình sản xuất q trình phát thải tất 15 số 3.2 THẢO LUẬN Từ bảng 3.1 xác định nguồn nguyên, nhiên liệu lƣợng đầu vào cho giai đoạn đèn LED T8 B1R5W1-18W, đèn LED 3U B1R5W1 9W đèn LED 3U R660-7W bảng xác định loại lƣợng chất thải phát sinh q trình khai thác ngun liệu thơ, sản xuất sử dụng loại đèn LED nghiên cứu, thấy lƣợng phát thải phát sinh 73 nhiều giai đoạn sử dụng, thƣờng chiếm khoảng từ 60 – 93% tổng lƣợng chất thải phát sinh, sau đến giai đoạn khai thác ngun liệu thơ cuối giai đoạn sản xuất Tƣơng tự nhƣ đèn Huỳnh quang FL T8 Daylight-36W, đèn CFL 3U4T H8-20W đèn CFL chống ẩm 3U25W, giai đoạn phát sinh nhiều chất thải giai đoạn sử dụng, nghĩa giai đoạn dùng điện để thắp sáng So sánh đèn LED với loại đèn huỳnh quang/CFL đối chứng, cho thấy tiêu phát thải, lƣợng chất thải phát sinh từ đèn LED T8 B1R5W1-18W khoảng 50-60% so với đèn Huỳnh quang FL T8 Daylight-36W đối chứng giai đoạn nhân nhanh in vitro, đặc biệt lƣợng phát thải phát sinh từ đèn LED 3U R660-7W/đèn LED 3U B1R5W1-9W 10-20% so với đèn CFL chống ẩm 3U 25W/CFL 3U4T H8-20W đối chứng giai đoạn điều khiển hoa hoa Cúc giai đoạn trồng giống vƣờn ƣơm Sử dụng đèn LED tiết kiệm đƣợc 31% điện giai đoạn nhân giống in vitro tiết kiệm đƣợc đến gần 70% điện giai đoạn trồng giống điều khiển hoa Qua thấy rằng, sử dụng đèn LED vừa tiết kiệm đƣợc chi phí vừa giảm thiểu đƣợc lƣợng chất thải phát sinh trình sử dụng điện 74 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN Nghiên cứu xác định tính tốn đƣợc nguồn nguyên, nhiên liệu, lƣợng đầu vào cho giai đoạn vòng đời sản phẩm chiếu sáng LED cho hoa Cúc Đã xác định đƣợc loại lƣợng chất thải phát sinh tác động đến môi trƣờng khơng khí, nƣớc, đất tài ngun q trình khai thác ngun liệu thơ, sản xuất sử dụng sản phẩm chiếu sáng nhƣ đèn Huỳnh quang FL T8 Daylight-36W, đèn CFL 3U4T H8-20W, đèn CFL chống ẩm 3U-25W, đèn LED T8 B1R5W1-18W, đèn LED 3U B1R5W1-9W đèn LED 3U R660-7W canh tác hoa Cúc Đã tính tốn, đánh giá hiệu lƣợng đánh giá tác động đến môi trƣờng đèn LED so với đèn huỳnh quang T8/CFL canh tác hoa Cúc từ giai đoạn nhân giống in vitro, giai đoạn trồng giống vƣờn ƣơm điều khiển hoa hoa Cúc Tất nguyên vật liệu, trình sản xuất, sử dụng phát thải chất ô nhiễm môi trƣờng từ trình đƣợc tính tốn, phân tích Từ kết nghiên cứu cho thấy rằng: - Sử dụng đèn LED thay đèn huỳnh quang T8 CFL giai đoạn canh tác hoa Cúc khẳng định hiệu tiết kiệm lƣợng từ 3070% điện tiêu thụ, vừa tiết kiệm chi phí vừa giảm thiểu lƣợng chất thải phát sinh trình sử dụng điện - Các tác động đến môi trƣờng lớn hai hệ thống chiếu sáng huỳnh quang/CFL chiếu sáng LED từ giai đoạn sử dụng điện để thắp sáng đèn - Các tác động đến môi trƣờng đèn LED suốt vòng đời sản phẩm thấp nhiều so với đèn huỳnh quang T8 CFL, đặc biệt giai đoạn trồng giống điều khiển hoa, đèn LED 3U B1R5W19W/đèn LED 3U R660-7W giảm lƣợng chất thải phát sinh so với đèn CFL 3U4T H8-20W/đèn CFL chống ẩm 3U 25W từ 80-90% 75 Nhìn chung, LED nguồn ánh sáng thân thiện với môi trƣờng so với đèn huỳnh quang/CFL 4.2 KIẾN NGHỊ - Dần thay đèn huỳnh quang T8 đèn LED T8 B1R5W1-18W với phổ ánh sáng thích hợp phịng/trung tâm ni cấy mơ in vitro; - Tăng cƣờng truyền thông, quảng bá để ngƣời trồng hoa biết, sử dụng đèn LED 3U B1R5W1-9W/đèn LED 3U R660-7W thay đèn CFL 3U4T H8-20W/đèn CFL chống ẩm 3U-25W canh tác hoa Cúc (giai đoạn trồng giống điều khiển hoa hoa Cúc); - Tăng cƣờng sản xuất sử dụng sản phẩm LED Việt Nam; - Sớm loại bỏ dần đèn Huỳnh quang có chứa thủy ngân độc hại mơi trƣờng đất, nƣớc, khơng khí tác động xấu đến sức khỏe ngƣời (ví dụ: sau vụ cháy Cơng ty Cổ phần bóng đèn Phích nƣớc Rạng Đông, công ty định dừng sản xuất đèn huỳnh quang) - Giai đoạn khai thác nguyên liệu thô để sản xuất đèn tác động phần không nhỏ đến môi trƣờng sau giai đoạn sử dụng sản phẩm, đồng thời chế tạo chip LED đòi hỏi cần có cơng nghệ đại, nguồn đầu tƣ lớn học viên xin đề xuất khơng sản xuất chip LED (nguồn gây tác động môi trƣờng chủ yếu) nhà sản xuất nên hƣớng đến việc tăng cƣờng hiệu suất đèn để giảm tác động đến môi trƣờng./ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] Solid-State Lighting Research and Development: Multi-Year Program Plan, 2015, DOE MYPP 2015; Phan Hồng Khôi, 2018, Các khái niệm LED đèn chiếu sáng LED, Chương 1, Tr.1-32, sách Công nghệ chiếu sáng LED ứng dụng, NXB Thanh Niên, xuất tháng 12/2018, ISBN 978-604-973705-3 [3] Wei Fang, Chi-Chung Chen, Yung-Yi Lee, Ming-Yih Chang, 2009, Development of LED Lids for Tissue Culture Lighting, 6th International Symposium of Light in Horticulture, Nov 15-19, Tsukuba, Japan [4] Phan Hồng Khơi, Hồng Cao Dũng, Nguyễn Thị Bắc Kinh, Nguyễn Văn Thao, Vũ Đình Thịnh, Phạm Quốc Việt, Hồng Thị Thu Linh, Đỗ Thị Gấm, Chu Hoàng Hà, Nguyễn Thúy Hƣờng, Dƣơng Tấn Nhựt, Nguyễn Thị Thu Hiền, Hà Thị Thanh Bình, Phan Thanh Bình, Nguyễn Thị Mai, 2014, Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ chiếu sáng LED ứng dụng nuôi cấy mô thực vật, nhân giống trồng, Hội nghị sơ kết kỳ Chương trình Tây Nguyên 3, Hà Nội, ngày 01, 02/7/2014 [5] Plant Factory – Mini, City, Container Farm LED grow lighting, (PARUS Co., Ltd, POSCO Apartment-2010) PARUS Factory: KOREA (Factory) : 112 Whasung-ri, Sungnam-myun, Dongnam-gu, Cheonan city, Korea, T +82-41-5665323 F +82-41-5675323, CHINA (R&D) : Shimao Bldg 7F 717, 1197 WuZhong Rd, Minhang District, Shanghai, China Tel 86.21.6405.3510; Fax 86.21.6405.3520, sales@parusonline.com [6] Vertical 'Pinkhouses': The Future Of Urban Farming, 2013, http://www.npr.org/sections/thesalt/2013/05/21/185758529/verticalpinkhouses-the-future-of-urban-farming [7] Đỗ Thị Gấm, Phan Hồng Khơi, Chu Hồng Hà, Phạm Bích Ngọc, Nguyễn Khắc Hƣng, Hà Thị Thanh Bình, Nguyễn Nhƣ Chƣơng, Lƣờng Tú Nam, Nguyễn Thị Thúy Bình, 2017, Ảnh hƣởng ánh sáng LED 77 đến sinh trƣởng, phát triển lan Kim Tuyến (Anoectochilus roxburghii) in vitro, Tạp chí Cơng nghệ sinh học, 15(1), 97-104, 2017 [8] Nguyễn Thị Mai, Phan Thanh Bình, Phan Hồng Khơi, Đỗ Thị Gấm, Nguyễn Khắc Hƣng, Phạm Bích Ngọc, Chu Hồng Hà, Hà Thị Thanh Bình, 2016, Bƣớc đầu khảo sát ảnh hƣởng ánh sáng LED (light emiting diode) đến khả tái sinh cà phê Vối (Coffea canephora) qua phơi soma, Tạp chí Sinh học, 2016, 38(2): 228-235 [9] Dƣơng Tấn Nhựt (2010), Một số phương pháp, hệ thống nghiên cứu công nghệ sinh học thực vật, NXB Nông nghiệp, 124-127 [10] International Standard ISO 14040, 1997, Environmental management – Life cycle assessment – Principles and framework; [11] Bộ Tiêu chuẩn quốc gia TCVN ISO 14040:2009, ISO 14040:2006 Quản lý môi trường – Đánh giá vịng đời sản phẩm – Ngun tắc khn khổ (Environmental management - Life cycle assessment Principles and framework) [12] Office of Energy Efficiency and Renewable Energy - US Department of Energy, 2012, Life-Cycle Assessment of Energy and Environmental Impacts of LED Lighting Products Part I: Review of the Life-Cycle Energy Consumption of Incandescent, Compact Fluorescent, and LED Lamps [13] Ecoinvent life cycle impact assessment database, http://www.ecoinvent.org [14] Matthews, D M., 2009, Energy Consumption in the Production of High-Brightness Light- Emitting Diodes Sustainable Systems and Technology, 1-6 [15] Navigant Consulting Europe, Ltd., 2009, Life Cycle Assessment of Ultra-Efficient Lamps London: DEFRA [16] Osram, 2009, Executive Summary: Life Cycle Assessment of Illuminants - A Comparison of Light Bulbs, Compact Fluorescent Lamps and LED Lamps [17] Navigant Consulting Europe, Ltd., 2009, Life Cycle Assessment of Ultra-Efficient Lamps London: DEFRA 78 [18] Hendrickson, C T., 2010, Reducing environmental burdens of solidstate lighting through end-of-life design Environmental Research Letters [19] Life-cycle Energy Consumption of Solid-State Lighting, The information from this study was extracted from a poster presented at the 2011 DOE SSL R&D Workshop [20] Parker Helble, Elena Hoff, Andy Stein, and Jessica Welch, Comparative Life Cycle Assessment of Lamps Used in a Classroom at Arizona State University, Final report of Life Cycle Assessment for Civil Systems – Dr Chester SOS 598 : Spring 2014 [21] Office of Energy Efficiency and Renewable Energy - US Department of Energy, 2012, Life-Cycle Assessment of Energy and Environmental Impacts of LED Lighting Products Part 2: LED Manufacturing and Performance [22] US Environmental Protection Agency, Frequent Questions about Regulations that Affect the Management and Disposal of MercuryContaining Light Bulbs (Lamps) Retrieved from http://www.epa.gov/osw/hazard/wastetypes/universal/ lamps/faqs.htm [23] Báo cáo “Đánh giá ảnh hưởng cường độ chiếu sáng đèn LED NN đến giai đoạn nhân nhanh In vitro hoa Cúc Pha lê” đề tài TN18/C08, Bản lƣu Trung tâm Phát triển Công nghệ cao [24] Báo cáo “Đánh giá hiệu hệ thống chiếu sáng đèn LED NN đến trình nhân giống hoa Cúc pha lê giai đoạn vườn ươm” đề tài TN18/C08, Bản lƣu Trung tâm Phát triển Công nghệ cao [25] Báo cáo “Xây dựng công thức thí nghiệm chọn địa điểm triển khai thí nghiệm chiếu sáng điều khiển quang chu kỳ đèn LED chuyên dụng sản xuất hoa Cúc Pha lê, Kim cương, Farm” đề tài TN18/C08, Bản lƣu Trung tâm Phát triển Công nghệ cao 79 PHỤ LỤC Bảng PL.1 Các tác động đèn CF-15W đèn LED-12,5W liên quan đến mơi trường khơng khí [21] Đèn LED12,5W Đèn CFL15W Loại đèn Tác động đến môi trường khơng khí Giai đoạn LCA GWP Tiềm nóng lên toàn cầu (kg CO2-eq) POCP - Tiềm ODP - Tiềm AP - Tiềm tạo suy axit Ozone quang giảm ơzơn hóa hóa (kg CFC11(kg SO2-eq) (kg O3) eq) HTP - Tiềm độc tính ngƣời (kg 1,4-DCBeq) Nguyên liệu thô 10,680 0,29225 0,002879 0,00000117 9,007 Sản xuất 16,560 0,08449 0,001215 0,00000120 4,677 Sử dụng 277,380 1,89095 0,012103 0,00000275 53,928 Tổng 304,620 2,26769 0,016197 0,00000512 67,612 Nguyên liệu thô 12,752 0,11881 0,002002 0,00000136 13,282 Sản xuất 3,450 0,03119 0,000313 0,00000010 1,466 Sử dụng 234,756 1,60038 0,010243 0,00000233 45,641 Tổng 250,958 1,75038 0,012558 0,00000378 60,389 Bảng PL.2 Các tác động đèn CFL-15W đèn LED-12,5W liên quan đến môi trường nước [21] Đèn LED12,5W Đèn CFL15W Loại đèn Tác động đến môi trường nước Giai đoạn LCA FAETP - Tiềm độc tính sinh thái nƣớc (kg 1,4-DCB-eq) MAETP - Tiềm độc tính sinh thái dƣới nƣớc biển (kg 1,4-DCB-eq) EP - Tiềm phú dƣỡng (kg PO4-eq) Nguyên liệu thô 0,5182 6,9088 0,10631 Sản xuất 0,3486 2,2256 0,03657 Sử dụng 5,0615 27,175 0,50715 Tổng 5,9283 36,3094 0,65003 Nguyên liệu thô 0,3765 6,4255 0,09046 Sản xuất 0,0151 0,3198 0,00939 Sử dụng 4,2838 22,9991 0,42922 Tổng 4,6754 29,7444 0,52907 80 Đèn LED12,5W Đèn CFL15W Loại đèn Bảng PL.3 Các tác động đèn CFL-15W đèn LED-12,5W liên quan đến môi trường đất.[21] Tác động đến môi trường đất Giai đoạn LCA EDP - Tiềm thiệt hại hệ sinh thái (Điểm) LU - Sử dụng đất đai (m2) TAETP - Tiềm độc tính sinh thái cạn (kg 1,4-DCB-eq) Ngun liệu thơ 1,0292 0,7001 0,013140 Sản xuất 0,7215 0,5433 0,002536 Sử dụng 5,5297 4,1698 0,032858 Tổng 7,2804 5,4132 0,048534 Nguyên liệu thô 0,4501 0,3365 0,006997 Sản xuất 0,2689 0,2032 0,000572 Sử dụng 4,6800 3,5291 0,027809 Tổng 5,3991 4,0687 0,035378 Bảng PL.4 Các tác động đèn CFL15W đèn LED12,5W liên quan đến môi trường tài nguyên [21] Đèn LED12,5W Đèn CFL15W Loại đèn Tác động đến môi trường tài nguyên Giai đoạn LCA Suy giảm tài nguyên phi sinh học (kg Sb-eq) Chôn lấp chất thải không nguy hại (kg) Chôn lấp chất thải phóng xạ (kg) Chơn lấp chất thải nguy hại (kg) Nguyên liệu thô 0,08395 1,3820 0,000801 0,001169 Sản xuất 0,08566 2,9950 0,000239 0,000350 Sử dụng 2,05648 8,3450 0,011483 0,006129 Tổng 2,22609 12,7220 0,012523 0,007648 Nguyên liệu thô 0,08918 4,3440 0,000867 0,002834 Sản xuất 0,02003 0,7873 0,000028 0,000066 Sử dụng 1,74047 7,0628 0,009719 0,005188 Tổng 1,84968 12,1941 0,010614 0,008087 81 82 ... đề tài ? ?Đánh giá hiệu lượng tác động đến môi trường đèn LED canh tác hoa Cúc” để đánh giá hiệu lƣợng tác động đến môi trƣờng việc sử dụng đèn LED so sánh với đèn huỳnh quang compact đèn huỳnh... Kết đánh giá hiệu lƣợng tác động đến môi trƣờng đèn LED so sánh với đèn CFL đèn huỳnh quang T8 sử dụng để nhân giống điều khiển hoa hoa Cúc 3.1.3.1 Đánh giá hiệu lượng đèn LED so sánh với đèn. .. 39 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, lƣợng đầu vào cho giai đoạn Nhƣ đề cập đến phần trên, công