白炽灯、LED和节能灯的环保性对比

为了实行《美国动力自力和平安法案》(U.S. Energy Independence and Security Act)和《欧盟生态化计划指令》(EU Ecodesign Directive),人工照明体系从白炽灯过渡到节能灯(CFL)和LED,这是为了俭省动力和淘汰温室气体排放。同传统的白炽灯胆比拟,节能灯(CFL,Compact fluorescent lamp)与发光二极管(LED)等新型灯胆可俭省70~85%的动力耗费,运用寿命也大大增长,因此被以为是一种具有宏大节能潜力的技能,但是,这些新型灯胆比传统灯胆的计划要庞大得多,具有潜伏的情况倒霉影响,以至与消耗类电子设置装备摆设相称。CFL和LED组件中含更多的金属。这些组件有不肯定性的潜伏情况影响,当抵达其事情寿命需求烧毁时,能否需求作出分外的规则呢?Seong-Rin Lim等在本月出书的“情况迷信与技能”(Environ. Sci. Technol.)上颁发了一篇文章“LED的潜伏情况影响:是金属资本,照旧有毒的风险烧毁物”(Potential Environmental Impacts of Light-Emitting Diodes (LEDs): Metallic Resources, Toxicity, and Hazardous Waste Classification)。他们综合三品种型灯胆(平凡白炽灯、LED和节能灯)在很多方面的状况停止了情况与资本方面的评价。

节能灯要耗费更多的锑、铜(重要是用于线圈和印刷线路板)、铁、铅(印刷线路板和焊料)、汞(螺旋式节能灯)、磷、钇(荧光)和锌(防护性涂层钢)。LED灯胆需求更多的铝(散热片)、锑(LED芯片)、钡、铬(不锈钢)、铜(线圈)、镓(LED芯片)、金(LED线)、铁、铅(印刷线路板)、磷、银(反光涂层)和锌(维护层)。白炽灯胆只要钨(灯丝)和镍。接纳应用节能灯和LED灯中的金属黑白常有须要的,如铜估量有26%的岩石圈储量曾经用于永世运用形态大概烧毁掉。对节能灯和LED灯胆的烧毁物办理政接应包罗制造商对烧毁灯胆的接纳体系或“典质返还”(deposit-refund)轨制。别的,在产物上标示其潜伏的风险性,让其放入精确的废物分类和接纳体系中,防止将其丢到通例的生存废物中。情况计划项目(Design for the Environment Program,DfE)是美国环保署1992年开辟的一个项目,努力于避免净化以及给人类和情况带来的净化危害。DfE请求在计划历程中思索产物生命周期内的情况质量题目,从资料办理不断贯串到接纳和再应用淘汰对情况的影响。DfE项目供应有关更平安的电子设置装备摆设、更平安的阻燃剂、更平安的化学配方以及最佳情况理论。DfE应用多种计划办法,试图淘汰产物的出产、历程和效劳关键(整个生命周期)中对人类安康和情况影响。补助灯胆产物的接纳,却是能够鼓励制造商实行DfE步伐,如许也俭省资本耗费,经过淘汰产物中的金属含量消弭了不良影响。

烧毁物毒性特征溶出步伐(TCLP)是美国环保局的一种测试办法,包罗总阈值限定浓度(TTLC)和可溶性阈值限定浓度(STLC),旨在模仿废物填埋场中经过水溶出而进上天下水的历程。TTLC剖析可起首肯定样品中各目的剖析物的总浓度。当任何目的剖析物超越TTLC的限定时,这个烧毁物就可被归为风险烧毁物,不需进一步的测试。假如TTLC没有凌驾限定,其效果就用于肯定STLC或废物提取实验(WET)能否须要。Calscience情况实行室还需求用鱼停止生物测定(96小时半致死浓度)。

颠末上述测试发明,因为LED灯胆需求金、银、锑、铜,以是在资本耗费上比白炽灯高2个数目级,比节能灯高2-5倍高。对节能灯来说,在资本耗费上有紧张影响的物质是铜。银和金是稀贵金属,在欧盟锑也列为存在资本危急的资料。固然在美国铜还没有到达危急的水平,但在节能灯和LED中,铜的用量十分高,是其他金属资料的1-6个数目级,开展下去也令人担心。LED灯胆中金属含量最多的是铝、钡、铬、镓,它们并会不显着招致总资本的耗费。这里需求留意的是,在思索供给危害上,固然镓在环球的储量估量相称大,但仍被以为是一种大概面对危急的资料,由于镓只是作为处置铝土矿和锌矿石的副产物而获取。相反,钇、钆和铈固然也属于稀土元素,但不太会成为危急材,由于钇、铈在环球还算储量丰厚,钆的用量十分少。

假如LED和节能灯以当前的速率连续地代替白炽灯胆,就会孕育发生相称大的资本耗费,由于金、银、锑、铜的资本供给是缺乏的。因为金具有低电热阻抗,重要用于衔接LED芯片中电极的导线。银作为LED中优秀的反光涂层资料。锑是LED芯片的中心资料。铜是用于LED和节能灯中的线圈为和印刷电路板。因而,在DfE中,这些帮助的组件(非发光技能自身)是有盼望停止改革和改造的,以淘汰其金属含量,正如在信息和通讯财产,光纤电缆代替铜电缆一样。附加的例子在实践产物的胜利的DfE能够发明在美国EPA DfE网站。除了改革组件技能,接纳技能和办理战略也应该跟进,确保在LED和节能灯中接纳的宝贵金属能进入再轮回。

在现有的美国联邦与加州州当局的法例中,经过使用基于生命周期影响和基于风险的评价办法,评价这些灯胆产物能否可归为风险烧毁物。基于生命周期影响的办法,与通例的生命周期评价(LCA)是差别的,它是要量化LCA中元素的毒性潜力。节能灯和LED灯都可归为风险烧毁物,由于可流失的铅曾经非常过量了(辨别为132 mg/L与44mg/L,而平安规范规则为5)和高含量的铜(111 000mg/kg和31600mg/kg,而平安规范规则为2500)、铅(CFL灯胆为3860mg/kg,平安规范规则为1000)和锌(CFL灯胆为34500mg/kg,平安规范规则为5000),而白炽灯胆是不风险的。留意,CFL灯胆的效果中,没有思索灯胆汞蒸气,实行样品制备历程中没有停止捕捉)。与白炽灯比拟,节能灯和LED灯具有较高的招致资本干涸和毒性的潜力,重要是因为它们具有较高的铝、铜、金、铅、银和锌。

LED具有最高的毒性潜力,重要是因为含铜和铝,节能灯次之,由于重要金属是铜。这些效果与潜伏毒性目标(Toxic Potential Indicator,TPI)的效果有所差别。TPI的效果标明,节能灯具有最高的毒性大概重要是因为此中含锌和铜,其次才是含铜的LED。白炽灯胆含铝、铜、镍,但量很低,毒性潜力小。节能灯的具有最高的人类毒性和生态毒性潜力,LED次之。节能灯的人类毒性和生态毒性辨别比LED高2.5倍和1.3倍,是白炽灯的2个数目级。调查灯胆中各金属元素对人类毒性和生态毒性的绝对奉献,锌和铜是最高的,辨别占89?98%和74-89%。

综合来说,节能灯和LED灯的情况潜伏影响辨别高于白炽灯3-26倍和2-3倍。当前的节能灯和LED灯胆技能需求进一步开展,低落团体资本耗费和毒性潜力。衡量收益与本钱的综合评价以为,从DfE生命周期角度证实寻觅替换资料是很有须要,只管即便淘汰铝、铜、金、铅、银、锌的运用。另一种办法是开辟寿命更长的节能灯和LED灯胆,可淘汰新的资本的运用和烧毁物数目。因而,在照明产物开辟中,要遵照维护和可连续开展政策,除了进步动力应用服从,还应该重点开辟一些在不影响他们的功能和寿命的条件下,淘汰风险和有数金属含量的技能。而从资本接纳角度来讲,灯胆中的一些金属实在又黑白常无限的。因而,急迫需求恰当的烧毁物办理步伐,大概经过改造技能淘汰毒性物质、金属的含量,大概延伸灯胆寿命。

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