白熾燈節能燈和LED毒性對比
發(fā)布時(shí)間：2013-06-27 新聞來(lái)源：上海節能信息網(wǎng)
同傳統的白熾燈泡相比，節能燈（CFL）與發(fā)光二極管（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(shù)，然而，這些新型燈泡比傳統燈泡的設計要復雜得多，具有潛在的環(huán)境不利影響，甚至與消費類(lèi)電子設備相當。CFL和LED組件中含更多的金屬。這些組件有不確定性的潛在環(huán)境影響，當到達其工作壽命需要廢棄時(shí)，是否需要作出特別的規定呢？
Seong-RinLim等在本月出版的“環(huán)境科學(xué)與技術(shù)”（Environ.Sci.Technol.）上發(fā)表了一篇文章“LED的潛在環(huán)境影響：是金屬資源，還是有毒的危險廢棄物”。他們綜合三種類(lèi)型燈泡（普通白熾燈、LED和節能燈）在許多方面的情況進(jìn)行了環(huán)境與資源方面的評價(jià)。
節能燈要消耗更多的銻、銅（主要是用于線(xiàn)圈和印刷線(xiàn)路板）、鐵、鉛（印刷線(xiàn)路板和焊料）、汞（螺旋式節能燈）、磷、釔（熒光）和鋅（防護性涂層鋼）。LED燈泡需要更多的鋁（散熱片）、銻（LED芯片）、鋇、鉻（不銹鋼）、銅（線(xiàn)圈）、鎵（LED芯片）、金（LED線(xiàn)）、鐵、鉛（印刷線(xiàn)路板）、磷、銀（反光涂層）和鋅（保護層）。白熾燈泡只有鎢（燈絲）和鎳。
因此，回收利用節能燈和LED燈中的金屬是非常有必要的。對節能燈和LED燈泡的廢棄物管理政策應包括制造商對廢棄燈泡的回收系統或“抵押返還”（deposit-refund）制度。此外，在產(chǎn)品上標示其潛在的危險性，讓其放入正確的垃圾分類(lèi)和回收系統中，避免將其丟到常規的生活垃圾中。
環(huán)境設計項目（DesignfortheEnvironmentProgram，DfE）是美國環(huán)保署1992年開(kāi)發(fā)的一個(gè)項目，致力于防止污染以及給人類(lèi)和環(huán)境帶來(lái)的污染風(fēng)險。DfE要求在設計過(guò)程中考慮產(chǎn)品生命周期內的環(huán)境質(zhì)量問(wèn)題，從材料管理一直貫穿到回收和再利用減少對環(huán)境的影響。廢棄物毒性特性溶出程序（TCLP）是美國環(huán)保局的一種測試方法，旨在模擬垃圾填埋場(chǎng)中通過(guò)水溶出而進(jìn)入地下水的過(guò)程。
經(jīng)過(guò)上述測試發(fā)現，由于LED燈泡需要金、銀、銻、銅，所以在資源消耗上比白熾燈高2個(gè)數量級，比節能燈高2-5倍高。對節能燈來(lái)說(shuō)，在資源消耗上有重要影響的物質(zhì)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(méi)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(gè)數量級，發(fā)展下去也令人擔憂(yōu)。LED燈泡中金屬含量最多的是鋁、鋇、鉻、鎵，它們并會(huì )不明顯導致總資源的消耗。這里需要注意的是，在考慮供應風(fēng)險上，雖然鎵在全球的儲量估計相當大，但仍被認為是一種可能面臨危機的材料，因為鎵只是作為處理鋁土礦和鋅礦石的副產(chǎn)品而獲取。相反，釔、釓和鈰雖然也屬于稀土元素，但不太會(huì )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(huì )產(chǎn)生相當大的資源消耗，因為金、銀、銻、銅的資源供應是不足的。由于金具有低電熱阻抗，主要用于連接LED芯片中電極的導線(xiàn)。銀作為LED中優(yōu)良的反光涂層材料。銻是LED芯片的核心材料。銅是用于LED和節能燈中的線(xiàn)圈為和印刷電路板。因此，在DfE中，這些輔助的組件（非發(fā)光技術(shù)本身）是有希望進(jìn)行改造和革新的，以減少其金屬含量，正如在信息和通信產(chǎn)業(yè)，光纖電纜取代銅電纜一樣。附加的例子在實(shí)際產(chǎn)品的成功的DfE可以發(fā)現在美國EPADfE網(wǎng)站。除了改造組件技術(shù)，回收技術(shù)和管理策略也應該跟進(jìn)，確保在LED和節能燈中回收的貴重金屬能進(jìn)入再循環(huán)。
在現有的美國聯(lián)邦與加州州政府的法規中，通過(guò)應用基于生命周期影響和基于危害的評價(jià)方法，評估這些燈泡產(chǎn)品是否可歸為危險廢棄物�；谏芷谟绊懙姆椒�，與常規的生命周期評估（LCA）是不同的，它是要量化LCA中元素的毒性潛力。節能燈和LED燈都可歸為危險廢棄物，因為可流失的鉛已經(jīng)極度過(guò)量了（分別為132mg/L與44mg/L，而安全標準規定為5）和高含量的銅（111000mg/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(méi)有考慮燈泡汞蒸氣，實(shí)驗樣品制備過(guò)程中沒(méi)有進(jìn)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，主要是由于它們具有較高的鋁、銅、金、鉛、銀和鋅。
LED具有最高的毒性潛力，主要是由于含銅和鋁，節能燈次之，因為主要金屬是銅。這些結果與潛在毒性指標（ToxicPotentialIndicator，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于其中含鋅和銅，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(lèi)毒性和生態(tài)毒性潛力，LED次之。節能燈的人類(lèi)毒性和生態(tài)毒性分別比LED高2.5倍和1.3倍，是白熾燈的2個(gè)數量級�？疾鞜襞葜懈鹘饘僭貙θ祟�(lèi)毒性和生態(tài)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(lái)說(shuō)，節能燈和LED燈的環(huán)境潛在影響分別高于白熾燈3-26倍和2-3倍。目前的節能燈和LED燈泡技術(shù)需要進(jìn)一步發(fā)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(kāi)發(fā)壽命更長(cháng)的節能燈和LED燈泡，可減少新的資源的使用和廢棄物數量。因此，在照明產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，要遵循保護和可持續發(fā)展政策，除了提高能源利用效率，還應該重點(diǎn)開(kāi)發(fā)一些在不影響他們的性能和壽命的前提下，減少危險和稀有金屬含量的技術(shù)。而從資源回收角度來(lái)講，燈泡中的一些金屬其實(shí)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(guò)革新技術(shù)減少毒性物質(zhì)、金屬的含量，或者延長(cháng)燈泡壽命。
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