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LED燈環境潛在影響:降低整體資源消耗成關鍵
2017.12.27
   同傳統的白熾燈泡相比,節能燈與LED等新型燈泡可節省70~85%的能源消耗,使用壽命也大大增加,因而被認為是一種具有巨大節能潛力的技術,然而,這些新型燈泡比傳統燈泡的設計要複雜得多,具有潛在的環境不利影響,甚至與消費類電子設備相當。
 
       節能燈和LED組件中含更多的金屬。其中,節能燈要消耗更多的銻、銅(主要是用於線圈和印刷線路板)、鐵、鉛(印刷線路板和焊料)、汞(螺旋式節能燈)、磷、釔(熒光)和鋅(防護性塗層鋼)。LED燈泡需要更多的鋁(散熱片)、銻(LED芯片)、鋇、鉻(不鏽鋼)、銅(線圈)、镓(LED芯片)、金(LED線)、鐵、鉛(印刷線路板)、磷、銀(反光塗層)和鋅(保護層)。白熾燈泡隻有鎢(燈絲)和鎳。
 
       回收利用節能燈和LED燈中的金屬是非常有必要的,如銅估計有26%的岩石圈儲量已經用於永久使用狀態或者廢棄掉。對節能燈和LED燈泡的廢棄物管理政策應包括製造商對廢棄燈泡的回收係統或“抵押返還”(deposit-refund)製度。此外,在產品上標示其潛在的危險性,讓其放入正確的垃圾分類和回收係統中,避免將其丟到常規的生活垃圾中。
 
         由於LED燈泡需要金、銀、銻、銅,所以在資源消耗上比白熾燈高2個數量級,比節能燈高2-5倍高。對節能燈來說,在資源消耗上有重要影響的物質是銅。銀和金是稀貴金屬,在歐盟銻也列為存在資源危機的材料。雖然在美國銅還沒有達到危機的程度,但在節能燈和LED中,銅的用量非常高,是其他金屬材料的1-6個數量級,發展下去也令人擔憂。LED燈泡中金屬含量最多的是鋁、鋇、鉻、镓,它們並會不明顯導致總資源的消耗。這裏需要注意的是,在考慮供應風險上,雖然镓在全球的儲量估計相當大,但仍被認為是一種可能麵臨危機的材料,因為镓隻是作為處理鋁土礦和鋅礦石的副產品而獲取。相反,釔、釓和鈰雖然也屬於稀土元素,但不太會成為危機材,因為釔、鈰在全球還算儲量豐富,釓的用量非常少。
 
     如果LED和節能燈以目前的速度持續地取代白熾燈泡,就會產生相當大的資源消耗,因為金、銀、銻、銅的資源供應是不足的。由於金具有低電熱阻抗,主要用於連接LED芯片中電極的導線。銀作為LED中優良的反光塗層材料。銻是LED芯片的核心材料。銅是用於LED和節能燈中的線圈為和印刷電路板。除了改造組件技術,回收技術和管理策略也應該跟進,確保在LED和節能燈中回收的貴重金屬能進入再循環。
 
     節能燈和LED燈都可歸為危險廢棄物,因為可流失的鉛已經極度過量了(分別為132 mg/L與44mg/L,而安全標準規定為5)和高含量的銅(111 000mg/kg和31600mg/kg,而安全標準規定為2500)、鉛(CFL燈泡為3860mg/kg,安全標準規定為1000)和鋅(CFL燈泡為34500mg/kg,安全標準規定為5000),而白熾燈泡是不危險的。注意,CFL燈泡的結果中,沒有考慮燈泡汞蒸氣,實驗樣品製備過程中沒有進行捕獲)。與白熾燈相比,節能燈和LED燈具有較高的導致資源枯竭和毒性的潛力。
 
     LED具有最高的毒性潛力,主要是由於含銅和鋁,節能燈次之,因為主要金屬是銅。這些結果與潛在毒性指標(Toxic Potential Indicator,TPI)的結果有所不同。TPI的結果表明,節能燈具有最高的毒性可能主要是由於其中含鋅和銅,其次才是含銅的LED。白熾燈泡含鋁、銅、鎳,但量很低,毒性潛力小。節能燈的具有最高的人類毒性和生態毒性潛力,LED次之。節能燈的人類毒性和生態毒性分別比LED高2.5倍和1.3倍,是白熾燈的2個數量級。考察燈泡中各金屬元素對人類毒性和生態毒性的相對貢獻,鋅和銅是最高的,分別占89-98%和74-89%。
 
     綜合來說,節能燈和LED燈的環境潛在影響分別高於白熾燈3-26倍和2-3倍。目前的節能燈和LED燈泡技術需要進一步發展,降低整體資源消耗和毒性潛力。權衡收益與成本的綜合評估認為,從DfE生命周期角度證明尋找替代材料是很有必要,盡量減少鋁、銅、金、鉛、銀、鋅的使用。另一種方法是開發壽命更長的節能燈和LED燈泡,可減少新的資源的使用和廢棄物數量。從資源回收角度來講,燈泡中的一些金屬其實又是非常有限的。因此,迫切需要適當的廢棄物管理措施,或者通過革新技術減少毒性物質、金屬的含量,或者延長燈泡壽命。(科學時報)
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