عنوان پایان‌نامه
مدل سازی و بهینه سازی مصرف انرژی و ارزیابی چرخه زندگی تولید و فرآوری چای در استان گیلان
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی - مکانیزاسیون کشاورزی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7026;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76143;کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7026;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76143
- تاریخ دفاع
- ۲۷ دی ۱۳۹۴
- دانشجو
- مهرناز شرافت
- استاد راهنما
- حسین مبلی
- چکیده
- در این پژوهش به بررسی انرژی مصرفی، انتشار آلاینده‌های زیست‌محیطی، مدل‌سازی و بهینه‌سازی آن‌ها در مراحل مختلف تولید چای در استان گیلان پرداخته‌شده است. داده‌های موردنیاز مربوط به بخش کشاورزی و صنعتی تولید چای با استفاده از تکمیل پرسشنامه در مزارع چای شهرستان¬های استان گیلان، بایگانی اسناد جهاد کشاورزی، موسسه تحقیقات چای، بازدید از کارخانه‌های تولید چای و مصاحبه با کارشناسان مربوطه به دست آمد. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که کل انرژی ورودی و خروجی در تولید برگ سبز چای به ترتیب برابر با 34343/51و 10996/45 مگاژول بر هکتار می‌باشد. همچنین کل انرژی ورودی برای تولید یک‌تن چای خشک برابر 64885/23 مگاژول به دست آمد. بیش‌ترین سهم انرژی نهاده‌ها در تولید برگ سبز مربوط به کود نیتروژن با سهم 73/36 درصد و در تولید چای مربوط به سوخت دیزل با سهم 72/93درصد بود. نتایج این ارزیابی در مزارع چای نشان داد که در بخش‌های اثر تقلیل مواد غیر آلی، اسیدی شدن، اختناق دریاچه ای و گرمایش جهانی، بیش‌ترین تأثیر مربوط به نهاده های کود نیتروژن می‌باشد. همچنین ماشین ها و ادوات بیش‌ترین تأثیر را در افزایش شاخص بخش‌های اثر در نقصان لایه‌ی ازن، مسمومیت‌های انسان ها ، آب های سطحی، آب های آزاد، خاک و اکسیداسیون فتوشیمیایی دربرداشته است. بررسی ارزیابی چرخه حیات در کارخانه های فرآوری چای نیز نمایانگر آن بود که بیش‌ترین میزان آلایندگی در بخش های اثر تقلیل مواد غیر آلی، نقصان لایه ی اوزون مسمومیت انسان ها، مسمومیت آب های آزاد و اکسیداسیون فتوشیمیایی مربوط به سوخت دیزل، در بخش های اسیدی شدن، اختناق دریاچه ای، پتانسیل گرمایش جهانی مربوط به نهاده‌ی برگ سبز چای و در بخش‌های اثر مسمومیت های آب‌های سطحی و خاک مربوط به کاغذ روکش‌دار بوده است. نتایج مدل‌سازی انرژی و انتشار آلاینده‌های زیست‌محیطی در تولید برگ سبز چای نشان داد که باوجود دقت مناسب مدل‌های رگرسیونی، شبکه‌های عصبی مصنوعی می‌توانند با دقت بالاتری میزان انرژی خروجی و انتشار آلاینده‌های زیست‌محیطی در تولید برگ سبز چای را پیش‌بینی نمایند. بهینه‌سازی انرژی مصرفی در تولید برگ سبز چای نیز با استفاده از روش تحلیل پوششی داده‌ها انجام گرفت و نتایج نشان داد که ذخیره‌سازی انرژی مصرفی در تولید برگ سبز چای به مقدار 27/80 درصد (9548 مگاژول در هر هکتار) با ثابت بودن میزان تولید امکان‌پذیر می‌باشد. همچنین کود نیتروژن با حدود 72 درصد بیش‌ترین سهم از انرژی ذخیره‌شده در نهاده‌ها را دارا می‌باشد. پس از بهینه سازی انرژی توسط روش تحلیل پوششی داده‌ها میزان کاهش آلایندگی نیز موردبررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد بین 28 تا 36 درصد از مقادیر شاخص های اثر می تواند با این روش کاهش یابد. استفاده از کودهای زیستی در کشت چای، یکپارچه‌سازی اراضی، افزایش مکانیزاسیون به معنای عام ماشینی شدن به‌ویژه در عملیات برداشت از مهم‌ترین راهکارهای کاهش مصرف انرژی و آلاینده‌های زیست‌محیطی در تولید این محصول می‌باشند.
- Abstract
- In this research, energy consumption, environmental emissions and their modeling and optimization were investigated for different process of tea production in Guilan province. Data related to agricultural and industrial activities of tea production chain were collected through questionnaire survey from tea farms of different counties of Guilan province, archives of Jihad-e-Agriculture documents, tea research institute, survey form tea process factories and interviews with experts. The results showed that the total input energy and output energy of tea green leaf production were calculated as 34343.51 and 10996.45 MJ per hectare, respectively. Also, total input energy of one tone of dry tea was obtained 64885.23 MJ. The highest share of energy use was belonged to nitrogen fertilizer with 73.36% in green leaf production and diesel fuel with 72.93% in tea production. The results of life cycle assessment in tea farms revealed in Abiotic Depletion, Acidification, Eutrophication and Global Warming Potential impacts the highest effect was belonged to nitrogen. Moreover, agricultural machinery had the highest effect in increasing of Ozone Layer Depletion, Human Toxicity, Fresh Water Aquatic Ecotoxicity, Marine Aquatic Ecotoxicity, Terrestrial Ecotoxicity and Photochemical Oxidation impact categories. The survey of life cycle assessment in tea processing factories illustrated that diesel fuel had the highest share in Abiotic Depletion, Ozone Layer Depletion, Human Toxicity, Fresh Water Aquatic Ecotoxicity and Photochemical Oxidation impact categories. In Acidification, Eutrophication, Global Warming Potential impacts, green leaf input had the highest share. Moreover, the highest share of Marine Aquatic Ecotoxicity and Terrestrial Ecotoxicity was belonged to coated paper. The results of green leaf production energy and environmental emissions modeling using regression and artificial neural networks showed that artificial neural networks can predict output energy and environmental emissions in green leaf production with more accuracy than regression models. Optimization of energy consumption in the green leaf tea production was performed using data envelopment analysis (DEA) and the results showed that 27.80% of energy can be saved without reducing yield (about 9548 MJ per hectare). Nitrogen fertilizer with 72% had the greatest share of energy savings among other inputs. After energy optimization by DEA, the reduction of environmental emissions was investigated and the results demonstrated the rate of impacts categories can be reduce among 28% to 36% using this approach. The use of organic fertilizers in tea production, integration of lands, increasing of mechanization as motorization definition in harvest operation is the main solution of reduction of energy consumption and environmental emissions in this production. Keywords: Tea, Energy consumption, Life cycle assessment, Impact categories, Modeling, Optimization.
