Для выполнения Закона США об энергетической независимости и безопасности и Директивы ЕС по экологическому дизайну системы искусственного освещения перешли с ламп накаливания на энергосберегающие лампы (КЛЛ) и светодиоды для экономии энергии и сокращения выбросов парниковых газов. По сравнению с традиционными лампами накаливания новые лампы, такие как энергосберегающие лампы (КЛЛ) и светодиоды (СИД), могут сэкономить 70-85% энергопотребления и значительно увеличить срок их службы, поэтому они считаются технологией с большой потенциал энергосбережения. Тем не менее, эти новые лампы намного сложнее, чем традиционные лампы, с потенциальными неблагоприятными воздействиями на окружающую среду, даже сопоставимыми с бытовой электроникой. Компоненты CFL и LED содержат больше металла. Эти компоненты имеют потенциал для воздействия на окружающую среду неопределенности. Требуют ли они специальных правил, когда они достигают своей трудовой жизни и должны быть выброшены? Seong-RinLim и др., «Экология. Наука и технологии», опубликованная в этом месяце (Environ.Sci.Technol.), Опубликовала статью «Потенциальное воздействие светодиодов на окружающую среду: металлические ресурсы или токсичные опасные отходы».
Они объединили оценки окружающей среды и ресурсов в трех областях встроенных лампочек (обычные лампы накаливания, светодиодные и энергосберегающие лампы). Энергосберегающие лампы потребляют больше висмута, меди (в основном для катушек и печатных плат), железа, свинца (печатных плат и припоя), ртути (спиральные энергосберегающие лампы), фосфора, сурьмы (флуоресценции) и цинка (с защитным покрытием). сталь). Для светодиодных ламп требуется больше алюминия (радиатор), германия (светодиодная микросхема), германия, хрома (нержавеющая сталь), меди (катушка), галлия (светодиодная микросхема), золота (светодиодная проволока), железа, свинца (печатная плата), фосфор, серебро (отражающее покрытие) и цинк (защитный слой). Лампами накаливания служат только вольфрам (нить накала) и никель. Поэтому очень необходимо перерабатывать энергию в энергосберегающих лампах и светодиодных лампах. Политика обращения с отходами для энергосберегающих ламп и светодиодных ламп должна включать систему утилизации отработавших ламп или систему «возврат-возврат». Кроме того, отметьте потенциальную опасность на продукте и поместите его в правильную систему сортировки и переработки отходов, чтобы избежать попадания в обычные бытовые отходы. DesignfortheEnvironmentProgram (DfE) - это проект, разработанный Агентством по охране окружающей среды США в 1992 году для предотвращения загрязнения и риска загрязнения для человека и окружающей среды. DfE требует, чтобы вопросы качества окружающей среды в течение жизненного цикла продукта учитывались в процессе проектирования, от управления материалами до переработки и утилизации, чтобы уменьшить воздействие на окружающую среду. Процедура растворения характеристики токсичности отходов (TCLP) - это метод испытаний Агентства по охране окружающей среды США, который моделирует процесс проникновения в подземные воды путем растворения земли на свалке. После вышеупомянутых испытаний выяснилось, что для светодиодных ламп требуется золото, серебро, висмут и медь, что на два порядка выше энергопотребления, чем у ламп накаливания, и в 2-5 раз выше, чем у энергосберегающих ламп.
Для энергосберегающих ламп материалом, который оказывает существенное влияние на потребление ресурсов, является медь. Серебро и золото являются редкими металлами, и они также перечислены в качестве материалов для кризисов ресурсов в Европейском союзе. Хотя медь в Соединенных Штатах еще не достигла уровня кризиса, в энергосберегающих лампах и светодиодах количество меди очень велико, что составляет 1-6 порядков для других металлических материалов, и развитие тоже волнуюсь. Наиболее распространенным содержанием металлов в светодиодных лампах является алюминий, тантал, хром и галлий, которые не вносят существенного вклада в общее потребление ресурсов. Здесь следует отметить, что, хотя глобальные запасы галлия считаются значительными при рассмотрении рисков поставок, он по-прежнему считается материалом, который может столкнуться с кризисом, поскольку галлий получают только в качестве побочного продукта обработки боксита. и цинковая руда. , Напротив, хотя и являются также редкоземельными элементами, они вряд ли будут являться кризисным материалом, поскольку и по-прежнему в изобилии в мире, а количество стронция очень мало. Если светодиоды и энергосберегающие лампы продолжат заменять лампы накаливания на текущих скоростях, это приведет к значительному потреблению ресурсов, так как запасы золота, серебра, сурьмы и меди недостаточны. Поскольку золото имеет низкий электрический термический импеданс, оно в основном используется для подключения проводов электродов в светодиодной микросхеме. Серебро является отличным отражающим покрытием для светодиодов. является основным материалом светодиодных чипов. Медь используется в светодиодах и энергосберегающих лампах для катушек и печатных плат. Поэтому в DfE эти вспомогательные компоненты (сама технология неосвещения) являются перспективными для модернизации и инноваций для снижения содержания металла, так же как в информационной и коммуникационной промышленности оптоволоконные кабели заменяют медные кабели.
Дополнительные примеры успешного DfE в реальных продуктах можно найти на веб-сайте EPADfE США. В дополнение к технологии модернизации компонентов следует также применять технологии переработки и стратегии управления, чтобы обеспечить возможность повторного использования драгоценных металлов, извлеченных в светодиодах и энергосберегающих лампах. В действующих нормативных актах федерального правительства США и штата Калифорния о применении методов оценки воздействия на жизненный цикл и оценки опасности, чтобы определить, можно ли классифицировать эти колбы как опасные отходы. Подход, основанный на воздействии жизненного цикла, отличается от обычной оценки жизненного цикла (LCA), которая заключается в количественной оценке токсического потенциала элементов в LCA. Как энергосберегающие лампы, так и светодиодные лампы могут быть классифицированы как опасные отходы, потому что количество свинца, которое может быть потеряно, чрезмерно велико (132 мг / л и 44 мг / л соответственно, в то время как стандарты безопасности 5) и высокий уровень меди (111000 мг / кг и 31600 мг / кг, а стандарт безопасности 2500), свинец (3860 мг / кг для ламп КЛЛ, 1000 для стандартов безопасности) и цинк (34500 мг / кг для ламп КЛЛ, 5000 для стандартов безопасности), в то время как лампы накаливания безопасно. из. Следует отметить, что в результатах колбы КЛЛ пар ртути в колбе не учитывался, и при подготовке экспериментального образца захват не производился. По сравнению с лампами накаливания энергосберегающие лампы и светодиодные лампы обладают высоким потенциалом истощения ресурсов и токсичности, в основном из-за высокого содержания алюминия, меди, золота, свинца, серебра и цинка. Светодиоды имеют самый высокий токсический потенциал, в основном из-за присутствия меди и алюминия, за которыми следуют энергосберегающие лампы, поскольку основным металлом является медь. Эти результаты отличаются от результатов индикатора токсического потенциала (TPI). Результаты TPI показывают, что наибольшая токсичность энергосберегающих ламп может быть связана главным образом с включением цинка и меди, за которыми следуют медьсодержащие светодиоды. Лампы накаливания содержат алюминий, медь и никель, но их количество очень мало, а потенциал токсичности невелик. Энергосберегающие лампы обладают наибольшим потенциалом токсичности и экотоксичности для человека, за ними следуют светодиоды.
Токсичность и экотоксичность для человека энергосберегающих ламп в 2,5 и 1,3 раза выше, чем у светодиодов, соответственно, и на два порядка для ламп накаливания. Был исследован относительный вклад различных металлических элементов в колбе в токсичность и экотоксичность для человека. Цинк и медь были самыми высокими, составляя 89, 98% и 74-89% соответственно. Таким образом, воздействие энергосберегающих ламп и светодиодных ламп на окружающую среду в 3-26 раз и в 2-3 раза выше, чем у ламп накаливания, соответственно. Современные энергосберегающие лампы и технологии светодиодных ламп нуждаются в дальнейшем развитии для снижения общего потребления ресурсов и токсического потенциала.
Комплексная оценка баланса выгод и затрат показывает, что необходимо найти альтернативные материалы с точки зрения жизненного цикла DfE, сводя к минимуму использование алюминия, меди, золота, свинца, серебра и цинка. Другой подход заключается в разработке энергосберегающих ламп и светодиодных ламп с более длительным сроком службы, которые сокращают использование новых ресурсов и количество отходов. Поэтому при разработке светотехнических изделий в соответствии с политикой защиты и устойчивого развития, помимо повышения энергоэффективности, мы должны также сосредоточиться на технологиях, которые снижают риск и содержание редких металлов, не влияя на их производительность и долговечность. С точки зрения восстановления ресурсов, некоторые металлы в лампах на самом деле очень ограничены. Поэтому существует острая необходимость в соответствующих мерах по обращению с отходами или использовании инновационных технологий для снижения содержания токсичных веществ, металлов или продления срока службы лампы.
