من أجل الوفاء بالقانون الأمريكي لاستقلال الطاقة وأمنها وتصميم توجيه الاتحاد الأوروبي للتصميم الإيكولوجي ، انتقلت أنظمة الإضاءة الصناعية من المصابيح المتوهجة إلى المصابيح الموفرة للطاقة (CFL) ومصابيح LED لتوفير الطاقة وتقليل انبعاثات غازات الدفيئة. بالمقارنة مع المصابيح المتوهجة التقليدية ، فإن المصابيح الجديدة مثل المصابيح الموفرة للطاقة (CFLs) والثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) يمكن أن توفر 70-85٪ من استهلاك الطاقة وتزيد من عمر الخدمة بشكل كبير ، لذلك فهي تعتبر تقنية مع إمكانات توفير الطاقة كبيرة. ومع ذلك ، فإن هذه المصابيح الجديدة أكثر تعقيدًا بكثير من تصاميم المصابيح التقليدية ، مع تأثيرات ضارة بيئية محتملة ، حتى مماثلة للإلكترونيات الاستهلاكية. تحتوي مكونات CFL و LED على المزيد من المعادن. هذه المكونات لديها القدرة على التأثيرات البيئية لعدم اليقين. هل يحتاجون إلى لوائح خاصة عندما يصلون إلى حياتهم العملية يحتاجون إلى التخلص منها؟ نشرت Seong-RinLim et al. ، "Environ. Science and Technology" هذا الشهر (Environ.Sci.Technol.) مقالًا "التأثير البيئي المحتمل لـ LED: الموارد المعدنية ، أو النفايات السامة الخطرة".
لقد جمعوا بين التقييمات البيئية والموارد في ثلاثة مجالات من المصابيح الكهربائية المتكاملة (المصابيح المتوهجة العادية والمصابيح الموفرة للطاقة والمصابيح الموفرة للطاقة). تستهلك المصابيح الموفرة للطاقة المزيد من البزموت والنحاس (بشكل أساسي للملفات ولوحات الدوائر المطبوعة) والحديد والرصاص (ألواح الأسلاك المطبوعة وجندى) والزئبق (المصابيح الموفرة للطاقة الحلزونية) والفوسفور والأنتيمون (التألق) والزنك صلب). تتطلب مصابيح LED مزيدًا من الألومنيوم (المشتت الحراري) ، والجرمانيوم (رقاقة LED) ، والجرمانيوم ، والكروم (الفولاذ المقاوم للصدأ) ، والنحاس (الملف) ، وال Gallium (رقاقة LED) ، والذهب (سلك LED) ، والحديد ، والرصاص (لوحة الدوائر المطبوعة) ، الفوسفور والفضة (طلاء عاكس) والزنك (طبقة واقية). المصابيح المتوهجة هي فقط التنغستن (خيوط) والنيكل. لذلك ، من الضروري جدًا إعادة تدوير الطاقة في المصابيح الموفرة للطاقة ومصابيح LED. يجب أن تتضمن سياسات إدارة النفايات الخاصة بالمصابيح الموفرة للطاقة ومصابيح LED نظام إعادة التدوير الخاص بالشركة المصنعة للمصابيح المهملة أو نظام "استرداد الودائع". بالإضافة إلى ذلك ، حدد الخطر المحتمل على المنتج وضعه في النظام الصحيح لفرز النفايات وإعادة تدويرها لتجنب رميها في النفايات المنزلية العادية. The DesignfortheEnvironmentProgram (DfE) هو مشروع تم تطويره بواسطة وكالة حماية البيئة الأمريكية في عام 1992 لمنع التلوث وخطر التلوث على البشر والبيئة. تتطلب DfE مراعاة مشكلات الجودة البيئية في دورة حياة المنتج أثناء عملية التصميم ، من إدارة المواد إلى إعادة التدوير إلى إعادة التدوير لتقليل التأثير البيئي. طريقة حل خصائص سمية النفايات (TCLP) هي طريقة اختبار لوكالة حماية البيئة الأمريكية التي تحاكي عملية إدخال المياه الجوفية من خلال تفكيك الأراضي في مكب النفايات. بعد الاختبارات المذكورة أعلاه ، تبين أن مصابيح LED تتطلب الذهب والفضة والبزموت والنحاس ، وهما أمران أكبر في استهلاك الطاقة من المصابيح المتوهجة وأعلى من 2-5 مرات من المصابيح الموفرة للطاقة.
بالنسبة للمصابيح الموفرة للطاقة ، فإن المواد التي لها تأثير كبير على استهلاك الموارد هي النحاس. الفضة والذهب من المعادن النادرة ، كما أنها مدرجة كمواد لأزمات الموارد في الاتحاد الأوروبي. على الرغم من أن النحاس في الولايات المتحدة لم يصل بعد إلى مستوى الأزمة ، في المصابيح والمصابيح الموفرة للطاقة ، فإن كمية النحاس عالية جدًا ، والتي تتراوح ما بين 1-6 طلبيات للمواد المعدنية الأخرى ، والتطور مقلق أيضا. إن المحتوى المعدني الأكثر شيوعًا في مصابيح LED هو الألومنيوم والتنتالوم والكروم والغاليوم ، والتي لا تسهم بشكل كبير في إجمالي استهلاك الموارد. تجدر الإشارة هنا إلى أنه على الرغم من أن الاحتياطيات العالمية من الجاليوم تعتبر كبيرة في النظر في مخاطر الإمداد ، إلا أنها لا تزال تعتبر مادة قد تواجه أزمة ، لأن الجاليوم يتم الحصول عليه فقط كمنتج ثانوي لعلاج البوكسيت وخام الزنك. . على العكس ، وعلى الرغم من أنها عناصر أرضية نادرة ، إلا أنها من غير المحتمل أن تكون مادة أزمة ، لأنها وما زالت وفيرة في العالم ، وكمية السترونتيوم صغيرة جدًا. إذا استمرت مصابيح LED والمصابيح الموفرة للطاقة في استبدال المصابيح المتوهجة بالسرعة الحالية ، فسوف ينتج عن ذلك استهلاك كبير للموارد ، نظرًا لعدم كفاية موارد الذهب والفضة والأنتيمون والنحاس. نظرًا لأن الذهب لديه مقاومة حرارية كهربائية منخفضة ، فإنه يستخدم بشكل رئيسي لتوصيل أسلاك الأقطاب الكهربائية في رقاقة LED. الفضة مادة طلاء عاكسة ممتازة للمصابيح. هو المادة الأساسية لرقائق LED. يستخدم النحاس في المصابيح والمصابيح الموفرة للطاقة للملفات ولوحات الدوائر المطبوعة. لذلك ، في DfE ، تعد هذه المكونات المساعدة (تقنية غير الإضاءة نفسها) واعدة لإعادة التعديل والابتكار لتقليل محتواها المعدني ، تمامًا كما في صناعة المعلومات والاتصالات ، تحل كابلات الألياف البصرية محل الكابلات النحاسية.
يمكن العثور على أمثلة إضافية لنجاح DfE في المنتجات الفعلية على موقع الويب EPADfE في الولايات المتحدة. بالإضافة إلى تقنية مكونات التعديل التحديثي ، ينبغي أيضًا اتباع تقنيات إعادة التدوير واستراتيجيات الإدارة لضمان أن المعادن الثمينة المستردة في المصابيح والمصابيح الموفرة للطاقة يمكن أن تدخل في إعادة التدوير. في لوائح حكومة الولايات الفيدرالية وحكومة ولاية كاليفورنيا الحالية ، وتطبيق أساليب تأثير دورة الحياة والتقييم القائم على المخاطر لتقييم ما إذا كان يمكن تصنيف هذه المنتجات لمبة مثل النفايات الخطرة. يختلف النهج القائم على التأثير لدورة الحياة عن تقييم دورة الحياة التقليدية (LCA) ، وهو تحديد الإمكانيات السامة للعناصر في تقييم دورة الحياة. يمكن تصنيف كل من المصابيح الموفرة للطاقة ومصابيح LED كنفايات خطرة لأن الرصاص الذي يمكن فقده شديد للغاية (132 مجم / لتر و 44 مجم / لتر ، على التوالي ، في حين أن معايير السلامة 5) ومستويات عالية من النحاس (111000 ملغ / كغ و 31600 ملغ / كغ ، ومعيار السلامة هو 2500) ، والرصاص (3860 ملغ / كغ لمبات CFL ، 1000 لمعايير السلامة) والزنك (34500mg / كغ لمبات CFL ، 5000 لمعايير السلامة) ، بينما المصابيح المتوهجة ليست خطيرة. من. لاحظ أنه في نتائج لمبة CFL ، لم يتم أخذ بخار الزئبق في المصباح في الاعتبار ولم يتم إجراء أي التقاط أثناء تحضير العينة التجريبية. بالمقارنة مع المصابيح المتوهجة ، تتمتع المصابيح الموفرة للطاقة ومصابيح LED بإمكانية كبيرة لاستنفاد الموارد وسمية المواد ، ويرجع ذلك بشكل أساسي إلى ارتفاع الألمنيوم والنحاس والذهب والرصاص والفضة والزنك. تتمتع المصابيح بأعلى إمكانات سامة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى وجود النحاس والألمنيوم ، تليها المصابيح الموفرة للطاقة لأن المعدن الرئيسي هو النحاس. هذه النتائج مختلفة عن نتائج مؤشر ToxicPotential (TPI). تشير نتائج TPI إلى أن أعلى سمية للمصابيح الموفرة للطاقة قد يرجع بشكل رئيسي إلى إدراج الزنك والنحاس ، تليها المصابيح التي تحتوي على النحاس. تحتوي المصابيح المتوهجة على الألومنيوم والنحاس والنيكل ، ولكن الكمية منخفضة للغاية وإمكانات السمية صغيرة. المصابيح الموفرة للطاقة لديها أعلى إمكانات لسمية الإنسان والسمية البيئية ، تليها المصابيح.
السمية البشرية والسمية الإيكولوجية للمصابيح الموفرة للطاقة هي 2.5 مرة و 1.3 مرة أعلى من المصابيح ، على التوالي ، وهما أمران من حيث الحجم للمصابيح المتوهجة. تم التحقيق في المساهمة النسبية للعناصر المعدنية المختلفة في المصباح في سمية الإنسان والسمية البيئية. وكان الزنك والنحاس الأعلى ، حيث كانا يمثلان 89 ، 98 ٪ و 74-89 ٪ ، على التوالي. باختصار ، التأثير البيئي للمصابيح الموفرة للطاقة ومصابيح LED أعلى بـ3-26 مرة و 2-3 مرات من تأثير المصابيح المتوهجة على التوالي. تحتاج المصابيح الحالية الموفرة للطاقة وتقنيات لمبة LED إلى مزيد من التطوير لتقليل الاستهلاك الكلي للموارد والإمكانات السامة.
يشير التقييم الشامل لتوازن الفوائد والتكاليف إلى أنه من الضروري إيجاد مواد بديلة من منظور دورة حياة DfE ، مما يقلل من استخدام الألومنيوم والنحاس والذهب والرصاص والفضة والزنك. هناك طريقة أخرى تتمثل في تطوير مصابيح موفرة للطاقة أطول عمرًا ومصابيح LED تقلل من استخدام الموارد الجديدة وكمية النفايات. لذلك ، في تطوير منتجات الإضاءة ، وفقًا لسياسات الحماية والتنمية المستدامة ، بالإضافة إلى تحسين كفاءة استخدام الطاقة ، يجب علينا أيضًا التركيز على التقنيات التي تقلل من المخاطر والمحتوى المعدني النادر دون التأثير على أدائها وطول عمرها. من وجهة نظر استرداد الموارد ، فإن بعض المعادن الموجودة في المصابيح محدودة للغاية بالفعل. لذلك ، هناك حاجة ملحة لاتخاذ تدابير مناسبة لإدارة النفايات ، أو استخدام تقنيات مبتكرة لتقليل محتوى المواد السامة أو المعادن أو إطالة عمر المصباح.
