Để thực hiện Đạo luật An ninh và Độc lập Năng lượng Hoa Kỳ và Chỉ thị Thiết kế Ecodesign của EU, các hệ thống chiếu sáng nhân tạo đã chuyển từ đèn sợi đốt sang đèn tiết kiệm năng lượng (CFL) và đèn LED để tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải nhà kính. So với bóng đèn sợi đốt truyền thống, các bóng đèn mới như đèn tiết kiệm năng lượng (CFL) và điốt phát sáng (đèn LED) có thể tiết kiệm 70-85% mức tiêu thụ năng lượng và tăng đáng kể tuổi thọ sử dụng, vì vậy chúng được coi là một công nghệ với tiềm năng tiết kiệm năng lượng lớn. Tuy nhiên, những bóng đèn mới này phức tạp hơn nhiều so với thiết kế bóng đèn truyền thống, với những tác động bất lợi đối với môi trường, thậm chí có thể so sánh với các thiết bị điện tử tiêu dùng. Các thành phần CFL và LED chứa nhiều kim loại. Những thành phần này có khả năng tác động môi trường của sự không chắc chắn. Họ có yêu cầu các quy định đặc biệt khi họ đạt đến cuộc sống làm việc của họ cần phải được loại bỏ? Seong-RinLim và cộng sự, "Môi trường. Khoa học và Công nghệ" đã xuất bản trong tháng này (Envir.Sci.Technol.) Đã xuất bản một bài viết "Tác động môi trường tiềm tàng của LED: tài nguyên kim loại hoặc chất thải nguy hại độc hại."
Họ đã kết hợp đánh giá tài nguyên và môi trường trong ba lĩnh vực bóng đèn tích hợp (đèn sợi đốt thông thường, đèn LED và đèn tiết kiệm năng lượng). Đèn tiết kiệm năng lượng tiêu thụ nhiều bismuth, đồng (chủ yếu cho cuộn dây và bảng mạch in), sắt, chì (bảng mạch in và hàn), thủy ngân (đèn tiết kiệm năng lượng xoắn ốc), phốt pho, antimon (huỳnh quang) và kẽm (tráng bảo vệ Thép). Bóng đèn LED đòi hỏi nhiều nhôm (tản nhiệt), gecmani (chip LED), gecmani, crôm (thép không gỉ), đồng (cuộn dây), gallium (chip LED), vàng (dây LED), sắt, chì (bảng mạch in), phốt pho, bạc (lớp phủ phản chiếu) và kẽm (lớp bảo vệ). Bóng đèn sợi đốt chỉ có vonfram (dây tóc) và niken. Do đó, rất cần thiết để tái chế năng lượng trong đèn tiết kiệm năng lượng và đèn LED. Các chính sách quản lý chất thải đối với đèn tiết kiệm năng lượng và bóng đèn LED phải bao gồm hệ thống tái chế của nhà sản xuất đối với các bóng đèn bị loại bỏ hoặc hệ thống hoàn trả tiền đặt cọc. Ngoài ra, đánh dấu các nguy cơ tiềm ẩn trên sản phẩm và đưa nó vào hệ thống phân loại và tái chế chất thải chính xác để tránh vứt vào rác thải sinh hoạt thông thường. DesignfortheEn Môi trường Chương trình (DfE) là một dự án được phát triển bởi Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ vào năm 1992 để ngăn ngừa ô nhiễm và nguy cơ ô nhiễm cho con người và môi trường. DfE yêu cầu các vấn đề về chất lượng môi trường trong vòng đời sản phẩm phải được xem xét trong quá trình thiết kế, từ quản lý vật liệu đến tái chế đến tái chế để giảm tác động môi trường. Quy trình hòa tan đặc tính chất thải (TCLP) là một phương pháp thử nghiệm của Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ mô phỏng quá trình xâm nhập vào nước ngầm thông qua việc giải thể đất tại bãi rác. Sau các thử nghiệm trên, người ta thấy rằng bóng đèn LED đòi hỏi vàng, bạc, bismuth và đồng, có hai mức tiêu thụ năng lượng cao hơn hai lần so với đèn sợi đốt và cao gấp 2 - 5 lần so với đèn tiết kiệm năng lượng.
Đối với đèn tiết kiệm năng lượng, vật liệu có tác động đáng kể đến tiêu thụ tài nguyên là đồng. Bạc và vàng là kim loại quý hiếm, và chúng cũng được liệt kê là nguyên liệu cho các cuộc khủng hoảng tài nguyên ở Liên minh châu Âu. Mặc dù đồng ở Hoa Kỳ chưa đạt đến mức khủng hoảng, nhưng trong các loại đèn và đèn LED tiết kiệm năng lượng, lượng đồng rất cao, là 1-6 độ lớn đối với các vật liệu kim loại khác, và sự phát triển là cũng đáng lo. Hàm lượng kim loại phổ biến nhất trong bóng đèn LED là nhôm, tantalum, crom và gali, không đóng góp đáng kể vào tổng mức tiêu thụ tài nguyên. Cần lưu ý ở đây rằng mặc dù trữ lượng gallium toàn cầu được coi là đáng kể trong việc xem xét rủi ro cung cấp, nó vẫn được coi là một nguyên liệu có thể đối mặt với khủng hoảng, bởi vì gallium chỉ được coi là sản phẩm phụ của việc xử lý bauxite và quặng kẽm. . Ngược lại, mặc dù, và cũng là các nguyên tố đất hiếm, chúng không có khả năng là một vật liệu khủng hoảng, bởi vì và vẫn còn rất nhiều trên thế giới, và lượng strontium rất nhỏ. Nếu đèn LED và đèn tiết kiệm năng lượng tiếp tục thay thế bóng đèn sợi đốt ở tốc độ hiện tại, thì việc tiêu thụ tài nguyên đáng kể sẽ dẫn đến việc cung cấp vàng, bạc, antimon và tài nguyên đồng là không đủ. Vì vàng có trở kháng nhiệt điện thấp, chủ yếu được sử dụng để kết nối dây của các điện cực trong chip LED. Bạc là một vật liệu phủ phản chiếu tuyệt vời cho đèn LED. là vật liệu cốt lõi của chip LED. Đồng được sử dụng trong đèn LED và đèn tiết kiệm năng lượng cho cuộn dây và bảng mạch in. Do đó, trong DfE, các thành phần phụ trợ này (chính công nghệ không chiếu sáng) hứa hẹn sẽ trang bị thêm và đổi mới để giảm hàm lượng kim loại của chúng, giống như trong ngành thông tin và truyền thông, cáp quang thay thế cáp đồng.
Có thể tìm thấy các ví dụ khác về DfE thành công trong các sản phẩm thực tế trên trang web EPADfE của Hoa Kỳ. Ngoài việc trang bị thêm công nghệ thành phần, các công nghệ tái chế và chiến lược quản lý cũng cần được tuân thủ để đảm bảo rằng các kim loại quý được thu hồi trong đèn LED và đèn tiết kiệm năng lượng có thể đi vào tái chế. Trong các quy định hiện hành của chính phủ liên bang và tiểu bang California, việc áp dụng các phương pháp đánh giá tác động vòng đời và dựa trên nguy cơ để đánh giá xem các sản phẩm bóng đèn này có thể được phân loại là chất thải nguy hại hay không. Cách tiếp cận dựa trên tác động của vòng đời khác với đánh giá vòng đời thông thường (LCA), đó là định lượng tiềm năng độc hại của các yếu tố trong LCA. Cả đèn tiết kiệm năng lượng và đèn LED đều có thể được phân loại là chất thải nguy hại vì chì có thể bị mất là quá nhiều (lần lượt là 132 mg / L và 44 mg / L, trong khi tiêu chuẩn an toàn là 5) và mức đồng cao (111000 mg / kg và 31600mg / kg, và tiêu chuẩn an toàn là 2500), chì (3860mg / kg đối với bóng đèn CFL, 1000 đối với tiêu chuẩn an toàn) và kẽm (34500mg / kg đối với bóng đèn CFL, 5000 đối với tiêu chuẩn an toàn), trong khi bóng đèn sợi đốt là không nguy hiểm. của. Lưu ý rằng trong kết quả của bóng đèn CFL, hơi thủy ngân của bóng đèn không được xem xét và không có sự bắt giữ nào được thực hiện trong quá trình chuẩn bị mẫu thí nghiệm. So với đèn sợi đốt, đèn tiết kiệm năng lượng và đèn LED có khả năng cạn kiệt tài nguyên và độc tính cao, chủ yếu là do nhôm, đồng, vàng, chì, bạc và kẽm cao. Đèn LED có tiềm năng độc hại cao nhất, chủ yếu là do sự hiện diện của đồng và nhôm, tiếp theo là đèn tiết kiệm năng lượng vì kim loại chính là đồng. Những kết quả này khác với kết quả của Chỉ số ToxicPotential (TPI). Kết quả của TPI chỉ ra rằng độc tính cao nhất của đèn tiết kiệm năng lượng có thể chủ yếu là do bao gồm kẽm và đồng, tiếp theo là đèn LED có chứa đồng. Bóng đèn sợi đốt chứa nhôm, đồng và niken, nhưng lượng rất thấp và khả năng gây độc là nhỏ. Đèn tiết kiệm năng lượng có tiềm năng cao nhất đối với độc tính và độc tính sinh thái của con người, tiếp theo là đèn LED.
Độc tính của con người và độc tính sinh thái của đèn tiết kiệm năng lượng lần lượt cao hơn 2,5 lần và 1,3 lần so với đèn LED và là hai bậc độ lớn đối với đèn sợi đốt. Sự đóng góp tương đối của các yếu tố kim loại khác nhau trong bóng đèn vào độc tính và độc tính sinh thái của con người đã được nghiên cứu. Kẽm và đồng là cao nhất, lần lượt chiếm 89, 98% và 74-89%. Tóm lại, tác động môi trường của đèn tiết kiệm năng lượng và đèn LED lần lượt cao gấp 3-26 lần và gấp 2-3 lần so với đèn sợi đốt. Các loại đèn tiết kiệm năng lượng hiện tại và công nghệ bóng đèn LED cần được phát triển hơn nữa để giảm mức tiêu thụ tài nguyên tổng thể và tiềm năng độc hại.
Một đánh giá toàn diện về sự cân bằng giữa lợi ích và chi phí cho thấy cần phải tìm vật liệu thay thế theo quan điểm của vòng đời DfE, giảm thiểu việc sử dụng nhôm, đồng, vàng, chì, bạc và kẽm. Một cách tiếp cận khác là phát triển các loại đèn tiết kiệm năng lượng và bóng đèn LED có tuổi thọ cao hơn nhằm giảm việc sử dụng các nguồn tài nguyên mới và lượng chất thải. Do đó, trong quá trình phát triển các sản phẩm chiếu sáng, theo chính sách bảo vệ và phát triển bền vững, ngoài việc cải thiện hiệu quả năng lượng, chúng ta cũng nên tập trung vào các công nghệ giảm rủi ro và hàm lượng kim loại hiếm mà không ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của chúng. Từ góc độ phục hồi tài nguyên, một số kim loại trong bóng đèn thực sự rất hạn chế. Do đó, nhu cầu cấp thiết cho các biện pháp quản lý chất thải thích hợp hoặc sử dụng các công nghệ tiên tiến để giảm hàm lượng các chất độc hại, kim loại hoặc kéo dài tuổi thọ của đèn.
