Az amerikai energiaügyi függetlenségről és biztonságról szóló törvény és az EU környezetbarát tervezéséről szóló irányelv teljesítése érdekében a mesterséges világítási rendszerek átalakultak az izzólámpákról energiatakarékos lámpákra (CFL) és LED-ekre az energiamegtakarítás és az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése érdekében. A hagyományos izzólámpákkal összehasonlítva az új izzók, például az energiatakarékos lámpák (CFL) és a fénykibocsátó diódák (LED-ek) az energiafogyasztás 70–85% -át takaríthatják meg, és jelentősen meghosszabbíthatják élettartamukat, ezért ezeket a technológiákat tekintik nagy energiamegtakarítási potenciál. Ezek az új izzók azonban sokkal összetettebbek, mint a hagyományos izzólámpa, potenciális környezeti káros hatásokkal, még a fogyasztói elektronikával összehasonlítva is. A CFL és a LED alkatrészek több fémet tartalmaznak. Ezeknek az összetevőknek a bizonytalanság környezeti hatásai vannak. Szüksége van-e speciális szabályozásra, ha el akarják dobni a munkát? Seong-RinLim és munkatársai, a "Környezet. Tudomány és technológia" ebben a hónapban megjelent (Environ.Sci.Technol.) Cikket tettek közzé "A LED lehetséges környezeti hatásai: fémforrások vagy mérgező veszélyes hulladékok".
Egyesítették a környezeti és erőforrás-értékeléseket az integrált izzók három területén (szokásos izzólámpa, LED és energiatakarékos lámpák). Az energiatakarékos lámpák több bizmutot, rézet (főleg tekercsekhez és nyomtatott áramköri lapokhoz), vasat, ólmot (nyomtatott huzallapok és forrasztáshoz), higanyt (spirálos energiatakarékos lámpák), foszfort, antimonot (fluoreszcencia) és cinket (védőbevonattal) fogyasztanak acél). A LED-izzókhoz több alumínium (hűtőborda), germánium (LED-chip), germánium, króm (rozsdamentes acél), réz (tekercs), gallium (LED-chip), arany (LED-huzal), vas, ólom (nyomtatott áramköri kártya) igényeléséhez szükséges, foszfor, ezüst (fényvisszaverő bevonat) és cink (védőréteg). Az izzólámpa csak volfrám (izzószál) és nikkel. Ezért nagyon fontos az energia újrahasznosítása az energiatakarékos lámpákban és a LED-lámpákban. Az energiatakarékos lámpák és a LED-izzók hulladékgazdálkodási politikájának tartalmaznia kell a gyártó hulladék-újrafeldolgozási rendszerét vagy a „betét-visszatérítési” rendszert. Ezenkívül jelölje meg a termék potenciális veszélyét, és helyezze a megfelelő hulladék válogatási és újrahasznosítási rendszerbe annak elkerülése érdekében, hogy a háztartási hulladékba dobja. A DesignfortheEnvironmentProgram (DfE) az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynöksége által 1992-ben kifejlesztett projekt a szennyezés, valamint az emberekre és a környezetre gyakorolt szennyezés megelőzésére. A DfE megköveteli, hogy a termék életciklusának környezeti minőségi kérdéseit vegyék figyelembe a tervezési folyamat során, az anyagkezeléstől az újrahasznosításig az újrahasznosításig, a környezeti hatás csökkentése érdekében. A hulladéktoxicitásra vonatkozó jellegzetes oldódási eljárás (TCLP) az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynökségének vizsgálati módszere, amely szimulálja a talajvízbe való belépés folyamatát a hulladéklerakóban a talaj feloldása révén. A fenti tesztek után kiderült, hogy a LED-izzóknak aranyra, ezüstre, bizmutra és rézre van szükségük, amelyek energiafogyasztásuk két nagyságrenddel nagyobb, mint az izzólámpáknál, és 2–5-szer magasabb, mint az energiatakarékos lámpáknál.
Az energiatakarékos lámpák esetében az anyag, amely jelentős hatással van az erőforrás-felhasználásra, a réz. Az ezüst és az arany ritka fémek, és az Európai Unió erőforrás-válságának anyagai is szerepelnek. Bár az Egyesült Államokban a réz még nem érte el a válság szintjét, az energiatakarékos lámpákban és a LED-ekben a réz mennyisége nagyon magas, ami más fém alapanyagokon 1-6 nagyságrendű, és a fejlődés szintén aggasztó. A LED-izzókban a leggyakoribb fémtartalom az alumínium, a tantál, a króm és a gallium, amelyek nem jelentősen járulnak hozzá az összes erőforrás-felhasználáshoz. Itt meg kell jegyezni, hogy bár a gallium globális tartalékát tekintik jelentősnek az ellátási kockázatok szempontjából, azt továbbra is olyan anyagnak tekintik, amely válságokkal szembesülhet, mivel a galliumot csak a bauxit kezelés mellékterméként nyerik. és cinkérc. . Éppen ellenkezőleg, bár ezek ritka földfémek is, nem valószínű, hogy válsághelyzetű anyagok, mivel ezek még mindig bőségesek a világon, és a stroncium mennyisége nagyon kicsi. Ha a LED-ek és az energiatakarékos lámpák továbbra is az aktuális sebességgel kicserélik az izzólámpákat, akkor jelentős erőforrás-felhasználást eredményeznek, mivel az arany, az ezüst, az antimon és a rézkészlet nem elégséges. Mivel az arany alacsony elektromos hő impedanciájú, főleg az elektródák vezetékeinek a LED-chipbe történő csatlakoztatására használják. Az ezüst kiváló fényvisszaverő bevonatú anyag a LED-ek számára. a LED-chipek alapanyaga. A rézet LED-ekben és energiatakarékos lámpákban használják tekercsekhez és nyomtatott áramköri táblákhoz. Ezért a DfE-ben ezek a kiegészítő alkatrészek (maga a világítástechnika) utólagos felszerelés és innováció ígérete fémtartalmuk csökkentése érdekében, ugyanúgy, mint az információs és kommunikációs iparban, az optikai kábelek helyettesítik a rézkábeleket.
A tényleges termékek sikeres DfE-re vonatkozó további példái megtalálhatók az amerikai EPADfE webhelyen. Az alkatrész-technológia utólagos felszerelése mellett az újrahasznosítási technológiákat és az irányítási stratégiákat is be kell tartani annak biztosítása érdekében, hogy a LED-ekben és az energiatakarékos lámpákban kinyert nemesfémek újrafeldolgozásba kerüljenek. A jelenlegi amerikai szövetségi és kaliforniai tartományi kormányrendeletben az életciklus-hatás- és veszélyalapú értékelési módszerek alkalmazása annak felmérésére, hogy ezeket az izzótermékeket veszélyes hulladéknak lehet-e minősíteni. Az életciklus-hatás alapú megközelítés különbözik a hagyományos életciklus-értékeléstől (LCA), amelynek célja az LCA-ban lévő elemek toxikus potenciáljának számszerűsítése. Mind az energiatakarékos lámpák, mind a LED-lámpák veszélyes hulladéknak minősíthetők, mivel az elveszíthető ólom rendkívül nagy (132 mg / L, illetve 44 mg / L, míg a biztonsági előírások 5), és magas a rézszint (111000). mg / kg és 31600mg / kg, és a biztonsági szabvány 2500), ólom (3860 mg / kg CFL izzók esetében, 1000 a biztonsági előírásoknál) és cink (34500 mg / kg CFL izzók esetében, 5000 biztonsági előírások esetén), míg az izzólámpák nem veszélyes. nak,-nek. Vegye figyelembe, hogy a CFL-izzó eredményeiben az izzó higanygőzét nem vették figyelembe, és a kísérleti minta elkészítése során nem hajtották végre. Az izzólámpákhoz képest az energiatakarékos lámpák és a LED-lámpák nagy erőforrás-kimerülési és toxicitási potenciállal rendelkeznek, főleg magas alumínium, réz, arany, ólom, ezüst és cink miatt. A LED-eknek van a legnagyobb toxikus potenciáljuk, főleg a réz és az alumínium jelenléte miatt, amelyet energiatakarékos lámpák követnek, mivel a fő fém réz. Ezek az eredmények különböznek a ToxicPotential Indicator (TPI) eredményeitől. A TPI eredményei azt mutatják, hogy az energiatakarékos lámpák legnagyobb toxicitása elsősorban a cink és a réz beépítéséből adódhat, amelyet réztartalmú LED-ek követnek. Az izzólámpák alumíniumot, rézet és nikkelt tartalmaznak, de az mennyiség nagyon alacsony, és a toxicitási potenciál kicsi. Az energiatakarékos lámpákban a legnagyobb a humán toxicitás és az ökotoxicitás potenciálja, amelyeket LED-ek követnek.
Az energiatakarékos lámpák emberi toxicitása és ökotoxicitása 2,5-szer és 1,3-szor magasabb, mint a LED-eknél, és két nagyságrend az izzólámpák esetében. Megvizsgáltuk az izzó különféle fém elemeinek az emberi toxicitásra és az ökotoxicitásra gyakorolt relatív hozzájárulását. A cink és a réz volt a legmagasabb, 89, 98% és 74-89% -ot tett ki. Összegezve: az energiatakarékos lámpák és a LED-lámpák környezeti hatása 3-26-szor, illetve 2-3-szor nagyobb, mint az izzólámpáké. A jelenlegi energiatakarékos lámpákat és a LED-izzó technológiákat tovább kell fejleszteni az általános erőforrás-fogyasztás és a mérgező potenciál csökkentése érdekében.
Az előnyök és a költségek egyensúlyának átfogó értékelése arra utal, hogy alternatív anyagokat kell keresni a DfE életciklusának szempontjából, minimalizálva az alumínium, a réz, az arany, az ólom, az ezüst és a cink felhasználását. Egy másik megközelítés a hosszabb élettartamú energiatakarékos lámpák és LED-izzók kifejlesztése, amelyek csökkentik az új erőforrások felhasználását és a hulladék mennyiségét. Ezért a világítási termékek fejlesztésében, a védelmi és fenntartható fejlesztési politikákkal összhangban, az energiahatékonyság javítása mellett olyan technológiákra is összpontosítanunk kell, amelyek csökkentik a kockázatot és a ritka fémtartalmat anélkül, hogy befolyásolnák azok teljesítményét és hosszú élettartamát. Az erőforrás-visszanyerés szempontjából az izzókban lévő fémek némelyike valójában nagyon korlátozott. Ezért sürgősen szükség van megfelelő hulladékgazdálkodási intézkedésekre vagy innovatív technológiák alkalmazására a mérgező anyagok, fémek tartalmának csökkentésére vagy a lámpa élettartamának meghosszabbítására.
