Mở đầu
Trước yêu cầu chuyển đổi năng lượng, giảm phát thải khí nhà kính hướng tới mục tiêu phát thải ròng bằng “0” (Net-Zero) vào năm 2050, ngành chiếu sáng Việt Nam đã có lộ trình thay thế toàn bộ đèn Natri cao áp (High Pressure Sodium: HPS) bằng đèn LED. Việc đánh giá vòng đời và định lượng phát thải của các thiết bị chiếu sáng là rất quan trọng vì nó cung cấp đầy đủ các thông tin về kinh tế và môi trường cho các dự án phát triển hạ tầng chiếu sáng với mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính. Bài viết này tập trung tính toán và so sánh phát thải khí nhà kính (Carbon Footprint of Products – CFP) của hai loại đèn HPS 250W truyền thống và LED 150W hiện đại, dựa trên ba giai đoạn chính là sản xuất, sử dụng và tiêu hủy, tái chế các bộ đèn. Phương pháp định lượng dựa trên các quy định của TCVN ISO 14067: 2018 với tên gọi: “Khí nhà kính – Dấu vết carbon của sản phẩm – Yêu cầu và hướng dẫn định lượng”.
- Lựa chọn đối tượng và thời gian nghiên cứu
Trong tài liệu này, chúng tôi chọn đối tượng nghiên cứu là hai bộ đèn HPS 250W và LED 150W. Đây cũng chính là phương án thường được lựa chọn khi thay đèn HPS bằng đèn LED để có quang thông tương đương. Các thông tin về đặc tính chiếu sáng và thông số vật liệu cơ bản của hai bộ đèn được dẫn ra tại bảng 1 và 2. Cũng cần chú ý rằng, đây chỉ là số liệu ước tính chứ không tính cho một mẫu đèn cụ thể nào. Phép định lượng được tính toán trong thời gian 10 năm ứng với tuổi thọ trung bình cả cả hai bộ đèn HPS và LED
Bảng 1. Các thông về đặc tính chiếu sáng của bộ đèn HPS 250W và LED 150W
| Loại đèn | Công suất (kW) | Hiệu suất phát sáng (lm/W) | Quang thông của nguồn sáng (lm) | Hiệu suất của bộ đèn (%) | Quang thông hữu ích (lm) | Tuổi thọ (năm) |
| HPS | 0,25 | 100 | 25.000 | 0,8 | 20.000 | 10 |
| LED | 0,15 | 150 | 22.500 | 0,9 | 20.250 | 10 |
Bảng 2. Thông số vật liệu cơ bản của hai loại đèn
| Đèn HPS 250W | Đèn LED 150W | ||
| Vật liệu | Khối lượng (kg) | Vật liệu | Khối lượng
(kg) |
| Vỏ kim loại (thép) | 4,5 | Nhôm cho tản nhiệt | 4,0 |
| Reflector nhôm | 0,5 | Bộ nguồn | 0,5 |
| Ballast gồm tôn silic và dây đồng | 3,0 | Bo mạch gồm nhôm và linh kiện điện tử | 0,5 |
| Thủy ngân | 0,005 | Kính bảo vệ | 0,5 |
| Nắp nhựa hoặc thủy tinh chịu nhiệt | 0,5 | Thép | Không đáng kể |
2. Phương pháp định lượng
Phương pháp định lượng khí nhà kính dựa theo cách tiếp cận vòng đời (LCA – Life Cycle Assessment), bao gồm tổng lượng phát thải khí nhà kính tương đương (CO2e) từ công đoạn chuẩn bị vật liệu đến quá trình sử dụng và xử lý cuối vòng đời của bộ đèn (tiêu hủy hoặc tái chế).
- Tài liệu áp dụng
Các số liệu áp dụng hệ số phát thải trung bình của các vật liệu phổ biến được tham khảo từ các nguồn như Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC), Ecoinvent, và Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA). Số liệu được dẫn ra trong bảng 3.
Bảng 3. Hệ số phát thải khí nhà kính khi sản xuất và xử lý vật liệu
| TT | Đơn vị tính (kg) | Sản xuất
(kg CO2e) |
Tái chế
(kg CO2e) |
Tiêu hủy
(kg CO2e) |
| Nhôm | kg | 11,00 | 1,00 | không |
| Thép và tôn Silic | kg | 2,50 | 0,50 | không |
| Đồng | kg | 4,00 | 1,00 | không |
| Nhựa | kg | 2,50 | không | 2,50 |
| Thủy tinh | kg | 2,00 | không | 0,00 (chôn lấp) |
| Thiếc hàn và linh kiện điện tử | kg | 20,00 | không | 5,00 |
| Thủy ngân | kg | 7,00 | không | 7,00 |
- Định lượng phát thải theo vòng đời
4.1. Phát thải trong giai đoạn chế tạo
Đèn HPS 250W (Bảng 4)
Bảng 4. Phát thải khi sản xuất đèn HPS 250W
| Thành phần | Khối lượng (kg) | Phát thải CO₂e (kg) |
| Vỏ thép | 4,50 | 11,25 |
| Reflector nhôm | 0,50 | 5,50 |
| Ballast (đồng và tôn silic) | 3,00 | 9,00 |
| Thủy tinh | 0,50 | 0,50 |
| Thủy ngân | 0,004 | 6,00 |
| Nhựa chịu nhiệt | 0,50 | 0,5 |
| Tổng phát thải | 32,75 | |
Đèn LED 150W (Bảng 5)
Bảng 5. Phát thải khi sản xuất đèn LED 150W
| Thành phần | Khối lượng (kg) | Phát thải (kgCO₂e) |
| Vỏ nhôm | 4,00 | 44,00 |
| Kính cường lực | 0,05 | 1.,00 |
| Module LED | 0,30 | 6,00 |
| Driver | 0,50 | 10,00 |
| Tổng phát thải | 61,00 | |
4.2. Phát thải khí nhà kính trong giai đoạn sử dụng
Phát thải khí nhà kính trong quá trình sử dụng hai bộ đèn chính là phát phát do sử dụng điện lưới. Theo công bố của Cục biến đổi khí hậu, hệ số phát thải của lưới điện Việt Nam 2023 là 0,6592 kgCO2e/kWh. Vì phép tính được áp dụng trong 10 năm ứng với tuổi thọ của hai bộ đèn nên chúng tôi ước tính hệ số phát thải trung bình của lưới điện Việt Nam trong 10 năm tới là 0,5 kgCO2e/kWh. Việc lựa chọn hệ số này là phù hợp với xu hướng giảm phát thải khí nhà kính của lưới điện Việt Nam, khi tỷ lệ điện tái tạo tăng rất nhanh trong những năm gần đây. Tổng phát thải trong 10 năm của hai bộ đèn được dẫn ra trong bảng 6.
Bảng 6. Phát thải khí nhà kính trong 10 năm của hai bộ đèn
| Loại đèn | Thời gian hoạt động (giờ) | Lượng điện tiêu thụ (kWh) | Hệ số phát thải trung bình của lưới điện (kg CO₂e/kWh) | Tổng phát thải (kg CO₂e) |
| HPS 250W | 43.800 | 10.950 | 0,50 | 5.547 |
| LED 150W | 43.800 | 6.570 | 0,50 | 3.285 |
4.3. Phát thải trong tiêu hủy và tái chế
Đèn HPS 250W
Trong bộ đèn HPS, các vật liệu như dây đồng và vỏ sắt thường được tái chế còn các vật liệu khác đều được tiêu hủy. Các chất thải của bộ đèn HPS như tôn silic, nhựa cứng, thủy tinh ít được tái chế. Đặc biệt, thủy ngân cùng các muối kim loại dùng để chế tạo nguồn sáng là chất thải độc hại, khó xử lý nên phát thải nhiều khí nhà kính. Hiệu quả xử lý được tính bằng lượng khí nhà kính được giảm bớt khi các nguyên liệu được sử dụng cho vòng đời tiếp theo của bộ đèn HPS 250W. Kết quả xử lý bộ đèn HPS 250W được giảm khoảng 1 kg CO2e (không được trình bày ở đây)
Đèn LED 150W
Đối với bộ đèn LED, các vật liệu như thân tản nhiệt và nền mạch in cho module LED được làm bằng nhôm nên đều được tái chế với hiệu quả cao. Ngoài ra, các linh kiện điện tử và chíp LED đều là rác thải thông thường và chiếm khối lượng rất nhỏ. Vì vậy phép tính (không trình bày ở đây) cho thấy, bộ đèn LED 150W được giảm khoảng 15 kg CO2e
5. Tổng phát thải cả vòng đời của hai bộ đèn
Tổng phát thải khí nhà kính trong cả vòng đời (10 năm) của hai bộ đèn được chỉ ra trong bảng 7
Bảng 7. Tổng phát thải khí nhà kính trong vòng đời của hai bộ đèn
| Thông tin | HPS 250W (kg CO2e) | LED 150W (kgCO2e) |
| Sản xuất (1) | 32,75 | 61,00 |
| Sử dụng (2) | 5.547,00 | 3.285,00 |
| Bồi hoàn sau xử lý (3) | 1,00 | 15,00 |
| Tổng ( 1 + 2 – 3) | 5.578,50 | 3.331 |
6. Kết luận
Qua phân tích toàn bộ vòng đời (sản xuất, sử dụng và tiêu hủy), chúng ta có thể có những nhận xét sau:
Thứ nhất: Đối với phương tiện chiếu sáng, phát thải khí nhà kính khi sản xuất và xử lý cuối vòng đời không đáng kể so với giai đoạn sử dụng
Thứ hai: Trong quá trình chế tạo, đèn LED phát thải nhiều khí nhà kính hơn đèn HPS. Tuy nhiên, do đèn LED là thiết bị chiếu sáng công nghệ cao được chế tạo bằng các vật liệu dễ tái chế, thân thiện với môi trường nên nếu xét trên hai công đoạn chế tạo và xử lý cuối vòng đời thì tổng phát thải khí nhà kính của đèn LED vẫn thấp hơn đèn HPS tương đương. Ngoài ra đèn LED thân thiện với môi trường hơn HPS vì không chứa thủy ngân và các muối kim loại là chất thải độc hạị khác.
Thứ ba: Phép tính cho thấy, xét trong cả vòng đời, đèn LED chỉ phát thải khí nhà kính bằng khoảng 60% so với đèn HPS. Ở Việt Nam, số lượng cột đèn chiếu sáng bằng HPS còn chiếm tỷ lệ rất lớn (chắc chắn là trên 50%) và chủ yếu được sử dụng trong chiếu sáng giao thông và kho tàng, bến bãi. Theo thống kê, lượng điện giành cho chiếu sáng giao thông chiếm khoảng 5 -10% tổng điện năng của các đô thị. Hệ thống chiếu sáng công cộng không những tiêu thụ một lượng lớn điện năng mà còn gây áp lực lên lưới điện vào khung giờ cao điểm buổi tối khi “cả thành phố lên đèn”. Vì vậy việc thay thế dần đèn HPS bằng LED là một việc làm cần thiết và cần sớm được triển khai.
Tài liệu tham khảo
[1] IPCC (2021). Climate Change 2021: The Physical Science Basis.
[2] Ecoinvent Database v3.8 (2023). Life Cycle Inventory Data.
[3] U.S. EPA (2022). Greenhouse Gas Emission Factors Hub.
[4] IEA (2022). Global Energy and CO₂ Status Report.
[5] UNEP (2013). Minamata Convention on Mercury.
TS. Lê Hải Hưng, ĐHBK Hà Nội
