LCA of Compact Desiccant Evaporative Cooling System

Life Cycle Assessment

1.    Goal and Scope Definition

Tujuan dari LCA dari Freesco adalah untuk menilai seberapa besar dampak penggunaan alat ini terhadap lingkungan dan efisiensi energy yang terjadi jika menggunakan alat ini dibandingkan dengan alat pendingin standar. Pada kasus ini, functional unit (satuan unit fungsional) yang dipakai adalah sebuah sistem yang dapat mentransfer energi panas (283 kW h/tahun) dan dapat mentransfer kebutuhan pendinginan (1199 kW h/tahun) pada bangunan perkantoran selama jam kerja kantor sepanjang 15 tahun. Batasan dari tahapan siklus hidup alat yang diamati adalah hanya pada tahap manufaktur (pembuatan), fase penggunaan alat dan pada saat pembuangan alat tersebut (end of life). Tahapan siklus hidup alat yang tidak dipertimbangkan karena keterbatasan informasi adalah fase instalasi dan perawatan, sistem transportasi yang digunakan dari tempat produksi hingga ke tempat pemasangan.

Berikut ini adalah kategori dari dampak yang digunakan untuk menghitung performansi energy dan sistem terhadap lingkungan.

a.       Global energy requirement (GER): Total energy global yang dibutuhkan.

b.      Climate change (CC): Perubahan iklim.

c.       Ozone depletion (OD): Penipisan lapisan ozon.

d.   Human toxicity – non cancer effects (HTnce): Racun yang dapat membahayakan manusia (tidak menyebabkan kanker).

e.     Human toxicity – cancer effects (HTce): Racun yang dapat membahayakan manusia (menyebabkan kanker).

f.        Particulate matter (PM): Polusi yang disebabkan oleh partikel, seperti debu, kotoran, asap dan sebagainya.

g.    Ionizing radiation HH (IRhh): Radiasi ionisasi yang membawa energy yang cukup untuk membebaskan electron dari atom atau molekul.

h.      Ionizing radiation E interim (IRe).

i.        Photochemical ozone formation (POF).

j.        Acidification (Ac): Proses perubahan menjadi asam.

k. Terrestrial eutrophication (TE): Pencemaran tanah yang disebabkan oleh berkembangnya organisme yang hidup di permukaan tanah secara tak terkendali.

l.        Marine eutrophication (ME): Pencemaran air laut. 

m.    Freshwater ecotoxicity (FEtox): Potensi yang berdampak pada pencemaran air.

n.      Land use: Penggunaan lahan.

o.      Water resource depletion (WRD): Pengurangan sumber daya air.

p.      Mineral resource depletion (MRD): Pengurangan sumber mineral.

2.    Life Cycle Inventory

Berikut ini merupakan dokumentasi dari persentase penggunaan dari masing-masing komponen yang menyusun suatu sistem alat tersebut.

a.       Baki penyerap (adsorbent beds) sebanyak 2.

b.      Baterai solar (solar batteries) sebanyak 2.

c.       Saluran/pipa udara.

d.      Kabel listrik.

e.       Pompa sebanyak 2.

f.        Solar photovoltaic thermal.

g.      Katup penutup sebanyak 2.

h.      Penyaring udara.

i.        Isolasi panas.

j.        Subsistem pendinginan dengan proses penguapan.

k.      Kotak.

l.        Saklar listrik.

m.    Papan control (control board).

n.      Dinamo motor servo.

o.      Kerangka dalam.

p.      Kerangka strukutrual utama.

q.      Tiang pendingin (cooling tower).

r.        Pipa ledeng.

s.       4-way trottoling valve.

t.        Kipas sebanyak 2.

Pada fase penggunaan terdapat proses pendinginan dan proses pemanasan. Studi kasus di Palermo, Sicily telah dilakukan untuk memonitor energy yang dihasilkan pada proses pendinginan dan proses pemanasan terhadap suatu ruangan. Berikut ini merupakan tabel hasil dari energy yang dihasilkan maupun energy yang dikonsumsi pada sebuah ruangan di Palermo, Silicily.

Studi kasus untuk proses pemanasan dilakukan selama 121 hari dan periode studi kasus pendinginan dilakukan selama 90 hari. Periode tersebut telah dipertimbangkan untuk menilai dampak yang ditimbulkan selamasatu tahun. Rata-rata dari hasil yang telah dimonitor digunakan untuk meramalkan kemungkinan performansi musiman dari seluruh proses pemanasan (12 jam satu hari) dan proses pendinginan (8 jam satu hari) untuk satu musim penuh. Untuk sepanjang tahun, 113,4 kW h dari total konsumsi energy digunakan untuk fase penggunaan dan hanya 24,9 kW h diambil dari jaringan listrik.

Pada fase end of life (akhir dari masa produk) telah dipertimbangkan mengenai daur ulang untuk bahan yang berbahan dasar kaca, pembuangan akhir untuk solar photovoltaic/thermal modules dan material berbahan silica, rockwool (media tanam secara hidroponik) dan cat.

  

3.    Life Cycle Impact Assessment

Semua dampak dari siklus hidup khususnya siklus konstruksi, penggunaannya dan akhir dari produk sistem Freescoo telah diinvestigasi. Berikut ini merupakan persentase dari masing-masing siklus hidup produk beserta dampak yang dihasilkan.

Berdasarkan tabel berikut dapat diketahui bahwa pada fase produksi merupakan fase yang paling banyak menyumbang dampak-dampak indicator kerusakan lingkungan. Fase produksi mencapai persentase sebesar 95% untuk indicator kerusakan lingkungan, seperti pengurangan sumber air, timbulnya racun pada air, pencemaran air, racun yang dapat menimbulkan efek kanker pada manusia dan racun yang tidak menimbulkan efek kanker kepada manusia. Semenjak fase konstruksi menjadi fase yang paling menyumbang terhadap dampak kerusakan lingkungan, maka diskusi lebih lanjut akan dilakukan pada fase ini. Komponen yang paling berdampak pada lingkungan adalah baki penyerap (adsorbent bed), baterai solar (solar batteries), sistem photovoltaic thermal (photovoltaic thermal system), penyaring udara (air filters), modul pendinginan yang memanfaatkan proses penguapan (evaporative cooling module), kerangka internal dan eksternal baja. Penjumlahan dampak dari komponen-komponen tersebut melebihi 85% dari total dampak terhadap seluruh indikator. Berikut ini merupakan penjelasan dari setiap komponen terhadap dampak yang ditimbulkan.

a.       Pembagian tertinggi dari dampak yang ditimbulkan berhubungan dengan baki penyerap (adsorbent bed) yang berkisar dari 5,53% dari penipisan lapisan ozon hingga 22,85% dari penggunaan lahan.

b.  Untuk baterai solar (solar batteries) berkaitan dengan dampak racun yang dapat menimbulkan efek non kanker mencapai persentase sebesar 48,39%, pencemaran air sebesar 43,72% dan racun pada air sebesar 46,06%. Indikator lain mencapai kisaran persentase antara sebesar 10,80% dari racun yang dapat menimbulkan efek kanker hingga 27,85% untuk pengasaman (acidification).

c.   Sistem photovoltaic thermal berdampak untuk persentase antara 13,27% untuk racun yang tidak menimbulkan efek kanker pada manusia hingga 21,67 % dari pencemaran air laut.

d.    Alat penyaring udara (air filters) memiliki peran yang lebih sedikit semenjak dampak yang dihasilkan berkisar di antara 4,35% dari penipisan lapisan ozon dan hingga 6,70% dari total energy global yang diperlukan.

e.     Modul pendingin yang memanfaatkan proses penguapan memiliki dampak yang berkisar pada 9,18% dari photochemical ozone formation hingga 13,19% dari ionizing radiation E (interim).

f.     Kerangka luar baja memiliki dampak yang berkisar pada angka 3,81% dari racun yang menimbulkan efek non kanker pada manusia hingga 10,34% dari racun yang menimbulkan efek kanker pada manusia.

g.      Kerangka dalam baja memiliki dampak yang berkisar pada 3,48% dari penipisan lapisan ozon dan 7,08% dari total energy global yang dibutuhkan.

4.    Interpretasi

Semenjak pengamatan terhadap proses pendinginan dan proses pemanasan dilakukan tidak sepanjang satu tahun, maka perlu dilakukan analisis sensitivitas. Analisis sensitivitas dilakukan dengan tujuan untuk menerangkan perbedaan dari EER selama proses pengamatan. Pada analisis sensitivitas disiapkan dua scenario, yaitu scenario A dan scenario B. Skenario A: mempertimbangkan bahwa nilai EER dari proses pemanasan dan pendinginan ditetapkan pada nilai paling rendah yang dicatat ketika pengamatan, yakni secara berurutan 22,5 dan 11,8. Skenario B: mempertimbangkan bahwa nilai EER dari proses pemanasan dan pendinginan ditetapkan pada nilai paling tinggi yang dicatat ketika pengamatan, yakni secara berurutan 43,85 dan 15,5. Setelah menentukan dua scenario tersebut, maka didapatkan hasil sebagai berikut.

Berdasarkan hasil dari uji sensitivitas tersebut, maka didapatkan untuk Scenario A pada indikator land use sebesar 1,64% dan pada Scenario B pada indikator yang sama sebanyak -2.21%.

Untuk kepentingan tujuan dari makalah ini, maka dilakukanlah perbandingan sistem Freescoo terhadap sistem konvensional. Berikut ini adalah tabel perbandingan antara Freescoo dengan sistem pendingin yang konvensional.

Berdasarkan tabel perbandingan antara sistem Freescoo dengan sistem konvensional, maka dapat diketahui indikator dampak lingkungan yang memiliki nilai lebih tinggi untuk Freescoo adalah racun yang dapat menimbulkan efek kanker dan efek non kanker, racun pada air dan pengurangan komponen abiotic. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa fase yang paling berdampak dari Freescoo adalah fase penggunaannya, maka dapat diketahui bahwa nilai pada masing-masing indikator tersebut tinggi akibat dari sebagian besar digunakan untuk baterai solar. Selain itu penggunaan air dari Freescoo jauh lebih sedikit jika dibandingkan dengan penggunaan air secara langsung oleh sistem konvensional. Freescoo memang cukup banyak menggunakan air untuk secara tak langsung. Sementara sistem konvensional menggunakan air secara langsung untuk energy listriknya. Berikut ini merupakan grafik perbandingan penggunaan air untuk Freescoo dan sistem konvensional.

5.      Kesimpulan

Makalah ini memiliki focus untuk mengetahui performansi dari compact desiccant evaporative cooling system dibandingkan dengan sistem pendingin yang konvensional. Freescoo merupakan pendingin yang diaplikasikan di bangunan residensial dan bangunan kecil dan memiliki sistem photovoltaic thermal pada kondisi pendinginan energy efficieny ratio nya mencapai 12,8 dan dapat mencapai angka 50,7 jika pembangkit photovoltaic dipertimbangkan. Untuk menilai performansi dari sistem yang diajukan dari sudut pandang yang berbeda, maka LCA dilakukan untuk mendeteksi seluruh fase siklus hidup dari Freescoo. Hasil yang didapatkan kemudian akan dibandingkan terhadap sistem pendingin yang konvensional.

Fase produksi memiliki dominasi di antara fase-fase yang lain. Hal tersebut dikarenakan fase produksi mencapai angka 95% untuk indikator pengurangan ketersediaan mineral, pengurangan sumber daya air, racun pada air, pencemaran air, racun yang menimbulkan efek kanker dan efek non kanker. Sellain itu untuk fase penggunaan dari Freescoo memiliki dampak sebesar 96% lebih rendah jika dibandingkan dengan sistem pendingin konvensional selama masa penggunaan. Sementara untuk penggunaan air, sistem konvensional tiga kali jauh lebih boros dari Freescoo

Sistem Freescoo membuktikan keuntungan kompetitif dari sudut pandang penggunaan energy dan dampak terhadap lingkungan. Akan tetapi, baterai solar pada Freescoo memiliki peran besar dalam menyumbang racun pada manusia, racun pada air dan indikator komponen abiotic lainnya. Untuk memperbaiki performansi dari sudut pandang keseluruhan fase hidup, maka perlu dilakukan untuk mengurangi penggunaan sistem penyimpanan yang berdampak pada lingkungan.