Jotta Yhdysvaltojen energia riippumattomuudesta ja turvallisuudesta annettu laki ja EU: n ekologista suunnittelua koskeva direktiivi täyttyisivät, keinotekoiset valaistusjärjestelmät ovat siirtyneet hehkulampuista energiansäästölamppuihin (CFL) ja LEDeihin energiansäästön ja kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseksi. Verrattuna perinteisiin hehkulamppuihin, uudet lamput, kuten energiansäästölamput (CFL) ja valoa emittoivat diodit (LEDit), voivat säästää 70–85% energiankulutuksesta ja pidentää niiden käyttöikää huomattavasti, joten niitä pidetään tekniikana, jolla on suuri energiansäästöpotentiaali. Nämä uudet sipulit ovat kuitenkin paljon monimutkaisempia kuin perinteiset sipulimallit, joilla on mahdollisia ympäristöhaittoja, jopa verrattavissa kulutuselektroniikkaan. CFL- ja LED-komponentit sisältävät enemmän metallia. Näillä komponenteilla on epävarmuuden mahdollisia ympäristövaikutuksia. Edellyttävätkö he erityisiä määräyksiä saavuttaessaan työelämänsä? Seong-RinLim ym., "Environ. Science and Technology" julkaisivat tässä kuussa (Environ.Sci.Technol.) Artikkelin "LEDien mahdolliset ympäristövaikutukset: metallivarat tai myrkylliset vaaralliset jätteet".
He yhdistivät ympäristö- ja luonnonvarojen arvioinnit kolmella integroidun hehkulampun alueella (tavalliset hehkulamput, LED- ja energiansäästölamput). Energiansäästölamput kuluttavat enemmän vismuttia, kuparia (pääasiassa käämeille ja piirilevyille), rautaa, lyijyä (painetut johdotuslevyt ja juote), elohopeaa (spiraaliset energiansäästölamput), fosforia, antimonia (fluoresenssi) ja sinkkiä (suojapinnoitettu) teräs). LED-lamput vaativat enemmän alumiinia (jäähdytyselementti), germanium (LED-siru), germanium, kromi (ruostumaton teräs), kupari (kela), gallium (LED-siru), kulta (LED-lanka), rauta, lyijy (painettu piirilevy), fosfori, hopea (heijastava pinnoite) ja sinkki (suojakerros). Hehkulamput ovat vain volframia (hehkulankaa) ja nikkeliä. Siksi on erittäin tärkeää kierrättää energiaa energiansäästölampuissa ja LED-lampuissa. Energiansäästölamppujen ja LED-lamppujen jätehuoltopolitiikkaan tulisi sisältyä valmistajan kierrätysjärjestelmä hävitetyille polttimille tai ”talletus-palautus” -järjestelmä. Lisäksi merkitse tuotteelle mahdollinen vaara ja laita se oikeaan jätteiden lajittelu- ja kierrätysjärjestelmään välttääksesi sen heittämistä tavalliseen talousjätteeseen. DesignfortheEnvironmentProgram (DfE) on Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston vuonna 1992 kehittämä hanke, jolla estetään ihmisten ja ympäristön pilaantuminen ja pilaantumisriski. DfE vaatii, että tuotteen elinkaaren ympäristön laatuongelmat on otettava huomioon suunnitteluprosessissa materiaalin hallinnasta kierrätykseen kierrätykseen ympäristövaikutusten vähentämiseksi. Jätteiden myrkyllisyydelle ominainen hajotusmenetelmä (TCLP) on Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston testausmenetelmä, joka simuloi pohjaveteen pääsyprosessia kaatopaikalle tapahtuvan maaperän liukenemisen kautta. Yllä olevien testien jälkeen on todettu, että LED-lamput vaativat kultaa, hopeaa, vismuttia ja kuparia, jotka ovat energiankulutuksessa kaksi suuruusluokkaa suuremmat kuin hehkulamput ja 2–5 kertaa suuremmat kuin energiansäästölamput.
Energiansäästölamppujen materiaalilla, jolla on merkittävä vaikutus resurssien kulutukseen, on kupari. Hopea ja kulta ovat harvinaisia metalleja, ja ne on lueteltu myös resurssien kriisien materiaaleina Euroopan unionissa. Vaikka kupari Yhdysvalloissa ei ole vielä saavuttanut kriisitasoa, energiansäästölampuissa ja LED-valoissa kuparin määrä on erittäin korkea, mikä on 1-6 kertaluokkaa muille metallimateriaaleille, ja kehitys on myös huolestuttavaa. LED-lamppujen yleisin metallipitoisuus on alumiini, tantaali, kromi ja gallium, jotka eivät merkittävästi edistä resurssien kokonaiskulutusta. Tässä yhteydessä on huomattava, että vaikka galliumin globaalien varantojen katsotaan olevan huomattavia hankintariskejä ajatellen, sitä pidetään silti materiaalina, joka voi kohdata kriisiä, koska galliumia saadaan vain bauksiitin käsittelyn sivutuotteena. ja sinkkimalmi. . Päinvastoin, vaikka ne ovatkin harvinaisten maametallien elementtejä, ne eivät todennäköisesti ole kriisimateriaaleja, koska niitä on maailmassa edelleen runsaasti, ja strontiumin määrä on hyvin pieni. Jos LEDit ja energiansäästölamput jatkavat hehkulamppujen korvaamista nykyisellä nopeudella, resurssien kulutus on huomattava, koska kulta-, hopea-, antimoni- ja kuparivaroja ei ole riittävästi. Koska kullalla on matala sähköinen lämpöimpedanssi, sitä käytetään pääasiassa elektrodien johtimien kytkemiseen LED-siruun. Hopea on erinomainen heijastava pinnoitemateriaali LEDille. on LED-sirujen ydinmateriaali. Kuparia käytetään ledissä ja energiansäästölampuissa käämeille ja piirilevyille. Siksi DfE: ssä nämä apukomponentit (itsessään ei-valaistustekniikka) lupaavat jälkiasennusta ja innovaatioita metallipitoisuuden vähentämiseksi, samoin kuin tieto- ja viestintäalalla kuitukaapelit korvaavat valokuitukaapelit.
Lisäesimerkkejä onnistuneesta DfE: stä todellisissa tuotteissa löytyy Yhdysvaltain EPADfE-verkkosivustolta. Komponenttitekniikan jälkiasennuksen lisäksi olisi myös noudatettava kierrätysteknologiaa ja hallintastrategioita sen varmistamiseksi, että ledissä ja energiansäästölampuissa talteen otetut jalometallit pääsevät kierrätykseen. Yhdysvaltojen nykyisissä liittovaltion ja Kalifornian osavaltioiden hallitusten säädöksissä elinkaarivaikutusten ja vaaroihin perustuvien arviointimenetelmien soveltaminen sen arvioimiseksi, voidaanko nämä lampputuotteet luokitella vaaralliseksi jätteeksi. Elinkaariin kohdistuva vaikutuspohjainen lähestymistapa eroaa tavanomaisesta elinkaariarvioinnista (LCA), jonka tarkoituksena on kvantifioida LCA: n elementtien myrkylliset mahdollisuudet. Sekä energiansäästölamput että LED-lamput voidaan luokitella vaaralliseksi jätteeksi, koska menetettävä lyijy on erittäin liiallista (vastaavasti 132 mg / L ja 44 mg / L, kun taas turvallisuusstandardit ovat 5) ja korkea kuparipitoisuus (111000). mg / kg ja 31600 mg / kg ja turvastandardi on 2500), lyijy (3860 mg / kg CFL-lampuille, 1000 turvallisuusstandardeille) ja sinkki (34500 mg / kg CFL-lampuille, 5000 turvallisuusstandardeille), kun taas hehkulamput ovat vaaraton. of. Huomaa, että CFL-lampun tuloksissa polttimen elohopeahöyryä ei otettu huomioon eikä sieppausta suoritettu kokeellisen näytteen valmistelun aikana. Verrattuna hehkulamppuihin, energiansäästölampuilla ja LED-lampuilla on suuri potentiaali luonnonvarojen kulutukseen ja myrkyllisyyteen, mikä johtuu pääasiassa niiden korkeasta alumiinista, kuparista, kullasta, lyijystä, hopeasta ja sinkistä. LEDillä on suurin toksinen potentiaali, pääasiassa kuparin ja alumiinin läsnäolon vuoksi, ja niitä seuraavat energiansäästölamput, koska päämetalli on kupari. Nämä tulokset ovat erilaisia kuin ToxicPotential Indicator (TPI) -tulokset. TPI: n tulokset osoittavat, että energiansäästölamppujen suurin toksisuus voi johtua pääasiassa sinkin ja kuparin sisällyttämisestä, jota seuraavat kuparia sisältävät LEDit. Hehkulamput sisältävät alumiinia, kuparia ja nikkeliä, mutta määrä on erittäin pieni ja myrkyllisyyspotentiaali on pieni. Energiansäästölampuilla on suurin potentiaali myrkyllisyydelle ja ympäristömyrkyllisyydelle, ja niitä seuraavat LEDit.
Energiansäästölamppujen myrkyllisyys ihmiselle ja ekomyrkyllisyys ovat 2,5 kertaa ja 1,3 kertaa korkeammat kuin LED-merkkivalot, ja ne ovat kaksi suuruusluokkaa hehkulampuissa. Sipulissa olevien erilaisten metalliosien suhteellista vaikutusta ihmisen myrkyllisyyteen ja ekomyrkyllisyyteen tutkittiin. Sinkkiä oli eniten sinkkiä, 89%, 98% ja kuparia 74-89%. Yhteenvetona voidaan todeta, että energiansäästölamppujen ja LED-lamppujen ympäristövaikutukset ovat 3–26 kertaa ja 2–3 kertaa suuremmat kuin hehkulamppujen. Nykyisiä energiansäästölamppuja ja LED-lamppujen tekniikoita on kehitettävä edelleen resurssien kokonaiskulutuksen ja myrkyllisten potentiaalien vähentämiseksi.
Hyötyjen ja kustannusten tasapainon kattava arviointi viittaa siihen, että on tarpeen löytää vaihtoehtoisia materiaaleja DfE-elinkaaren näkökulmasta minimoimalla alumiinin, kuparin, kullan, lyijyn, hopean ja sinkin käyttö. Toinen lähestymistapa on kehittää pidemmän käyttöiän energiansäästölamput ja LED-lamput, jotka vähentävät uusien resurssien käyttöä ja jätteiden määrää. Siksi valaistustuotteiden kehittämisessä suojelua ja kestävää kehitystä koskevien politiikkojen mukaisesti energiatehokkuuden parantamisen lisäksi meidän tulisi keskittyä myös tekniikoihin, jotka vähentävät riskiä ja harvinaisten metallien pitoisuutta vaikuttamatta niiden suorituskykyyn ja pitkäikäisyyteen. Resurssien hyödyntämisen kannalta osa polttimissa olevista metalleista on todella hyvin rajallisia. Siksi tarvitaan kiireellisesti asianmukaisia jätehuollon toimenpiteitä tai innovatiivisten tekniikoiden käyttöä toksisten aineiden, metallien pitoisuuden vähentämiseksi tai lampun käyttöiän pidentämiseksi.
