Доработка китайских светодиодных ламп: Доработка схем светодиодных ламп – СамЭлектрик.ру

+65
+100

светодиодных ламп могут способствовать значительному сокращению выбросов углерода

• Мир отказывается от расточительных ламп накаливания и вредных флуоресцентных ламп и все чаще внедряет технологию светодиодов (LED), которая обещает сократить выбросы углерода.
• Тем не менее, несмотря на широкое распространение технологии, в настоящее время практически ни один светодиод не перерабатывается и не используется повторно.
• Чтобы решить эту проблему, исследователи изучают способы повторного использования и ремонта светодиодов, а также повышения эффективности переработки.

В последнее десятилетие произошел сдвиг парадигмы взглядов мира на освещение. Дома, офисы и улицы выключили расточительные лампы накаливания и люминесцентные лампы, которые подвергали пользователей и окружающую среду токсичному загрязнению.

Вместо этого ученые-климатологи и правительства продвигают светодиодные (LED) лампы, чтобы справиться с растущим потреблением электроэнергии, из которых около 20% приходится на освещение, что составляет 6% глобальных выбросов углерода. Без внедрения светодиодов глобальное потребление энергии для освещения может увеличиться на 60 % к 2030 году9.0017

Благодаря использованию материала нитрида галлия, который излучает синий свет и принес своим изобретателям Нобелевскую премию по физике, светодиоды потребляют примерно на 75% меньше электроэнергии и служат в 25 раз дольше, чем предыдущие формы освещения.

«Синие светодиоды фантастически эффективны, — говорит Рэйчел Оливер, профессор материаловедения Кембриджского университета. В 2017 году аналитики службы климатической информации IHS Markit заявили, что переход на светодиоды привел к сокращению выбросов CO 9 на полмиллиарда тонн.0023 2 в том же году — эквивалентно закрытию 162 угольных электростанций.

Благодаря использованию материала нитрида галлия, который излучает синий свет, светодиоды потребляют примерно на 75% меньше электроэнергии и служат в 25 раз дольше, чем предыдущие формы освещения. Изображение Билла Брэдфорда через Flickr (CC BY 2.0). По данным Международного энергетического агентства,

светодиодов составляют более половины продаж осветительных приборов по всему миру, что ставит перед собой цель достичь нулевого уровня к 2030 году. Это также оставляет много возможностей для роста. Вдобавок ко всему, люди и предприятия используют больше освещения, чем когда-либо прежде, поэтому технология, выбранная для освещения общества, вероятно, должна быть развернута в гораздо большем количестве, чем то, что существует в настоящее время. Скорость также важна, так как, по оценкам МЭА, сценарий с нулевым уровнем выбросов зависит от того, будут ли к 2025 году продаваться все осветительные приборы на долю светодиодов9. 0017

Несмотря на широкое распространение технологии, во всем мире практически ни один светодиод не перерабатывается и не используется повторно. Большая часть разработки светодиодных светильников происходит за закрытыми дверями, и исследователи были удивлены, обнаружив, какие материалы в конечном итоге используются в светильниках, которые они покупают.

Дальнейшее развитие светодиодов будет зависеть от способности создавать лампы, пригодные для вторичной переработки, чтобы они служили как можно дольше и уменьшали вредное воздействие светового загрязнения на здоровье человека и экосистемы. Поиск материалов, необходимых для их производства, может заставить компании переосмыслить как шахтные отходы, так и бытовые отходы.

«Нитрид галлия — очень хороший материал для изготовления очень эффективных ламп, и нам нужны очень эффективные лампы, потому что это хороший способ снизить затраты на углерод», — говорит Оливер, который также руководит Кембриджским центром нитрида галлия. «Итак, как нам заставить их жить дольше, чтобы нам не приходилось использовать столько? И как сделать так, чтобы они с самого начала были пригодны для вторичной переработки?»

Люди и предприятия используют больше освещения, чем когда-либо прежде, поэтому технология, выбранная для освещения общества, вероятно, должна быть развернута в гораздо большем количестве, чем то, что существует в настоящее время. Изображение Исраэля Андраде через Unsplash (общественное достояние).

Драгоценные материалы

Успех светодиодов зависит не только от галлия и азота, которые существуют в виде мельчайших частиц в светодиодных лампах. Лампы, трубки и ленты, в которых используются светодиоды, изготовлены из дюжины металлов, поставляемых со всего мира, как правило, для производства в страны Азии. Многие из этих материалов производятся в крошечных количествах как побочные продукты горнодобывающей промышленности. В общем, светодиодные фонари, которые умещаются на ладони, представляют собой тонкие творения из более чем дюжины элементов.

Электричество поступает в светодиодную лампу по медным проводам, достигая одной стороны диода и притягивая другую сторону для обмена электронами. Комбинация двух материалов дает свет, а с добавлением индия и алюминия диоды с большей вероятностью будут комбинироваться и излучать более яркий свет. Напаян на печатную плату золотом, кобальтом, сурьмой, магнием, мышьяком, кадмием и еще галлием.

Сам диод излучает только синий свет, но в помещении часто предпочтительнее желтый и оранжевый оттенки. Дополнительный люминофор или прозрачный слой, содержащий иттрий, алюминий, гранат и некоторое количество церия, отфильтровывает синий свет, делая цвета ближе к белому. Комбинации бария, стронция, кадмия и европия могут давать красные цвета, а церий и лютеций могут давать более желто-зеленые оттенки.

Ученые сосредоточили свои усилия на исследовании люминофоров, которые могли бы производить здоровые формы света. Слишком много синего света может снизить выработку мелатонина и нарушить циклы сна человека. Синий свет также проникает в воду глубже, чем другие длины волн света, что препятствует размножению на коралловых рифах и искажает биологические часы.

Затем материалы помещаются в каркас из пластика, алюминия и стекла, которые составляют большую часть материала по весу. Когда команда инженеров в Бразилии разбирала светодиодные лампы, чтобы оценить их ценность для переработчиков, они были удивлены, обнаружив высокие концентрации драгоценных и критических металлов. Концентрация золота на тонну луковиц была в 16 раз выше, чем в типичных природных рудах. В этом году исследователи из Индии подсчитали, что одна тонна диодов содержит материалы, эквивалентные 7,8 тонны галлиевой руды, 3,2 тонны индиевой руды и 42 тонны золотой руды.

Тяжелое бремя, которое светодиоды возлагают на добычу полезных ископаемых, возникает из-за того, что многие элементы в светодиодах извлекаются как побочные продукты из руды, которая содержит очень небольшие концентрации каждого элемента. До недавнего времени было мало понимания того, откуда берутся некоторые из наиболее важных компонентов этих огней. Эксперты говорят, что ресурсов много, и их нужно просто найти.

Кристаллы 99,999% галлия. Галлий в основном поступает из бокситовой руды, которая используется для производства алюминия. Изображение от foobar через Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0).

Галлий в основном поступает из бокситовой руды, которая используется для производства алюминия. После того, как боксит переплавлен для производства глинозема, компания может сделать дополнительный шаг для извлечения его компонентов галлия, прежде чем они будут потеряны в виде отходов при переработке в алюминий. Даже в этом случае можно извлечь только 10% галлия из руды.

Галлий

также используется в печатных платах светодиодов и многих других электронных устройств. Однако по мере того, как рынок смартфонов становится насыщенным, доля светодиодов на рынке, вероятно, продемонстрирует наибольший рост, говорит Брайан Джаскула, специалист по галлию из Геологической службы США.

Как и галлия, производство индия не превышает 1000 тонн в год. Если нефтеперерабатывающий завод не извлекает его из цинковой руды, он превращается в отходы, обычно сбрасываемые в отвалы или хвостохранилища. Часто он настолько незаметен в руде, что компании игнорируют его. И галлий, и индий входят в списки критических материалов в США, Канаде, Австралии и ЕС.

«Если мы уже перемещаем его и добываем, то, конечно, с точки зрения устойчивого развития лучше добывать его, чем просто сбрасывать в кучу отходов, а потом возвращаться к нему», — говорит Саймон Джовитт, геолог из Университета штата Нью-Йорк. Невада Лас-Вегас. Джовитт работал над разработкой методов для определения мест в мире, где такие «побочные металлы» могли быть извлечены из отходов или из действующих шахт.

Побочные материалы трудно отследить до того, как они будут полностью извлечены в качестве товарного продукта. Китай доминирует в производстве индия и галлия из-за своей сильной алюминиевой и цинковой промышленности, но он импортирует элементы в концентратах со всего мира. Его бокситы поступают в основном из Гвинеи, Австралии и Индонезии. Цепочка поставок была создана после того, как местные экологические нормы сделали добычу бокситов слишком дорогой. В Гвинее, крупнейшем поставщике бокситов в Китае, компании вытеснили местных жителей для строительства шахт, а после военного переворота правительство заставило Китай платить более высокие гонорары за добычу.

Поставки индия более туманны, и экспертам остается делать выводы об источнике индия по источникам цинка и производителям индия, которыми в основном являются Китай и Южная Корея.

Часть транзистора, изготовленная с использованием полупроводников из нитрида галлия, которую можно использовать для создания экономичных высокопроизводительных преобразователей мощности для различных приложений. Изображение Квентина Крюгера/США. Министерство энергетики через Flickr.Gallium metal. После того, как боксит переплавлен для производства глинозема, компания может сделать дополнительный шаг для извлечения его компонентов галлия, прежде чем они будут потеряны в виде отходов при переработке в алюминий. Изображение GOKLuLe 盧樂 через Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0).

Потенциал устойчивого развития

С повсеместным внедрением светодиодных ламп существует большой потенциал для эффективной переработки и восстановления материалов. Продление срока службы материалов в светодиодах также может увеличить выгоды от экологических и социальных издержек, заложенных в светодиодах. В то время как замена ламп накаливания и люминесцентных ламп светодиодами также в значительной степени устранила токсичные металлы, такие как свинец и ртуть, из домов, многие по-прежнему полагаются на мышьяк и кадмий, а некоторые по-прежнему используют свинец. Когда светодиодные фонари отправляются на свалки, эти металлы могут попасть в водные пути или нанести вред дикой природе.

Самая ценная часть светодиодной лампы — это золотая схема, но ее извлечение обходится дорого по сравнению со стоимостью добычи. Хотя другие материалы имеют денежную стоимость, они не конкурируют с рыночными ценами на свежедобытые материалы. Галлий, например, долгое время был дешевым, поскольку бурно развивающаяся алюминиевая промышленность Китая способствовала избытку галлия, говорит Яскула.

«Чип из нитрида галлия может быть переработан, но как только этот чип помещается в светодиод, а светодиод поступает к потребителю, этот галлий никогда не перерабатывается», — говорит Яскула из Геологической службы США. «Если люди думают, что могут получать прибыль от переработки, они найдут способ. Если можно заработать деньги, это то, что помогает».

Оливер из Кембриджского университета исследовал причины выхода из строя светодиодных ламп, и почти во всех случаях проблема была не в диоде. «По сути, мы обнаружили, что светодиоды по-прежнему работают отлично, но окружающие их элементы, такие как провода, соединяющие их с внешним миром, оторвались», — говорит она. Выброшенные светодиоды могут иметь рабочий диод, который можно использовать повторно. Продление срока службы светодиода зависит от механики пластикового и алюминиевого каркаса, но МЭА отмечает, что это также может привести к тому, что бизнес-модели компаний будут постоянно продавать лампы.

Когда светодиодные фонари отправляются на свалки, токсичные металлы, такие как мышьяк, свинец и кадмий, могут попасть в водные пути или нанести вред дикой природе. Изображение Агентства по защите окружающей среды USEPA через Wikimedia Commons (общественное достояние).

В Индии, одном из крупнейших рынков светодиодного освещения, граждане приняли эту технологию со скоростью, которая удивила даже самых полных надежд сторонников. Однако большая часть светодиодных светильников была произведена в Китае, где стремление снизить затраты также привело к снижению качества. Срок службы ламп сократился с 8 до 3 лет одновременно с распространением светодиодов по стране.

Из-за конструкции светодиодов с крошечными компонентами текущие процессы переработки не могут преобразовать их в повторно используемые материалы на уровне, приемлемом для бизнеса. Моделирование извлечения материалов с использованием доступных технологий в 2020 году показало, что экономически целесообразно извлекать только 55% материалов. Методы совершенствуются, и исследователи отмечают, что осведомленность общественности о системах деконструкции и переработки может решить проблемы.

Тем не менее, переработка должна быть последним средством из всех методов экономики замкнутого цикла, согласно обзору светодиодных конструкций и технологий переработки. Компании, потребители и правительства могут сосредоточиться на ремонте и повторном использовании материалов в их нынешнем виде, учитывая, что диоды могут служить несколько десятилетий, а каркасы изнашиваются быстрее. Например, исследователи предложили пользователям торговать рамками и экономить свои диоды, чтобы они прослужили в несколько раз дольше. Печатные платы, которые легко отсоединяются, или диоды, которые могут быть разделены электрохимически, являются другими потенциальными вариантами конструкции, позволяющими упростить переработку ламп.

«Я рад сообщить, что все исследования в этой области ясно показывают, что резкое улучшение энергопотребления светодиодов намного перевешивает экологические проблемы, и я призываю людей переходить на светодиоды, даже если они еще не полностью пригодны для вторичной переработки», — говорит Хизер Диллон, профессор машиностроения Вашингтонского университета в Такоме, которая изучала характеристики осветительных приборов.

Изображение баннера: Различные виды светодиодных ламп накаливания. Изображение Федерики Джусти через Unsplash (общественное достояние).

Цитаты:

Cenci, MP, Dal Berto, F.C., Castillo, B.W., Veit, HM (2022). Драгоценные и критические металлы из использованных светодиодных ламп: характеристика и оценка. Экологические технологии , 43:12, 1870-1881. дои: 10.1080/09593330.2020.1856939

Ченчи, М.П., ​​Даль Берто, Ф.К., Шнайдер, Э.Л., Вейт, Х.М. (2020). Оценка компонентов и материалов светодиодных ламп на перспективу переработки. Управление отходами , 107, 285-293. ISSN 0956-053X, doi:10.1016/j.wasman.2020.04.028.

Диллон, Х. Э., Росс, К., Дзомбак, Р. (2020). Экологические и энергетические улучшения светодиодных ламп с течением времени: сравнительная оценка жизненного цикла. ЛЕУКОС , 16:3, 229-237. дои: 10.1080/15502724.2018.1541748

Шульте-Рёмер, Н., Мейер, Дж. , Сёдинг, М., Даннеманн, Э. (2019). Парадокс светодиодов: как световое загрязнение заставляет экспертов пересмотреть подход к устойчивому освещению. Устойчивое развитие , 11(21):6160. Дои: 10.3390/su11216160

Фоли, Н.К., Яскула, Б.В., Кимбалл, Б.Е., Шульте, Р.Ф., (2017). Галлий, гл. H из Шульц, К. Дж., ДеЯнг, Дж. Х., младший, Сил, Р. Р., И. И., Брэдли, округ Колумбия, ред., Критические минеральные ресурсы США — Экономическая и экологическая геология и перспективы будущих поставок: Профессиональная геологическая служба США Бумага 1802 г., h2–h45, doi: 10.3133/pp1802H.

Гаффури П., Столярова Э., Ллерена Д., Апперт Э., Консонни М. и др. (2021). Потенциальные заменители критически важных материалов в белых светодиодах: технологические проблемы и рыночные возможности. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии, Elsevier , 143, doi:10.1016/j.rser.2021.110869

Хонг, В., Рахмат, Б.Н.Н.Н. (2022). Энергопотребление, выбросы CO2 и затраты на электроэнергию для освещения коммерческих зданий в Юго-Восточной Азии. Sci Rep 12, 13805. doi:10.1038/s41598-022-18003-3

Аялон, И., Розенберг, Ю., Беничу, Дж. И. К., Кампос, К. Л. Д., Сайко, С. Л. Г., Нада, М. А. Л., Бакиран, Дж. И. П., Лигсон, К. А., Ависар, Д., Конако, К., Кучли, Х. У., Киба , CCM, Cabaitan, PC, & Levy, O. (2020). Нарушение гаметогенеза кораллов при искусственном световом загрязнении. Текущая биология , 31 (2), 413–419.e3. doi:10.1016/j.cub.2020.10.039

Мир, С., Вайшампаян, А., Дхаван, Н. (2022). Обзор утилизации светодиодов с истекшим сроком службы для восстановления металла. JOM 74, 599–611 doi:10.1007/s11837-021-05043-9

Вернер, Т. Т., Мадд, Г. М., Джовитт, С. М. (2015). Индий: ключевые вопросы оценки минеральных ресурсов и долгосрочного предложения от переработки. Applied Earth Science , 124:4, 213-226, doi: 10.1179/1743275815Y.0000000007

душ Сантуш, Э.К.А., да Силвейра, Т.А., Коллинг, А.В., Мораес, К.А.М., Брем, Ф.А. (2020). Процессы переработки для восстановления металла из электронных отходов светодиодной промышленности. В: Хан, А., Инамуддин, Асири, А. (ред.) Переработка и управление электронными отходами. Химия окружающей среды для устойчивого мира , том 33. Springer, Cham. дои: 10.1007/978-3-030-14184-4_9

Камат, А.С., Хосла, Р., Нараянамурти, В. (2020). Освещение домов светодиодами в Индии: быстрое создание рынка для перехода к низкоуглеродным технологиям в развивающейся стране. Энергия рез. соц. наука . 66, 101488. doi:j.erss.2020.101488

Чаухан, Г. Джадхао, П.Р., Пант, К.К., Нигам, К.Д., П. (2018). Новые технологии и традиционные процессы восстановления металлов из отходов электрического и электронного оборудования: проблемы и возможности – обзор. Журнал экологической химической инженерии . 6:1,  1288–1304. ISSN 2213-3437. doi:10.1016/j.jece.2018.01.032

Рахман, С. М., Помпиду, С., Аликс, Т., Ларатт, Б. (2021). Обзор процесса переработки светодиодных ламп с точки зрения стратегии 10 R. Устойчивое производство и потребление. Эльзевир , 28, 1178-1191. doi:10.1016/j.spc.2021.07.025

Статья опубликована Даниэлем

Бизнес, Сохранение углерода, Выбросы углерода, Углеродный след, Технологии сохранения, электричество, Энергия, Эффективность использования энергии, Окружающая среда, Промышленность, Загрязнение, Технологии, разработка технологий

Печать

перспективы усовершенствования рынка светодиодов для будущих галогенных ламп-Новости отрасли-Changzhou Zhenxing Zhongda Light Source Material Co., Ltd.-

Выставка LIGHTFAIRINTERNATIONAL 2011 проходила в Выставочном центре Филадельфии с 17 по 19 мая.й.

Общая выставочная площадь выставки этого года в основном такая же, как и в предыдущие годы. Среди экспонентов наиболее заметным является PHILIPS. В нем примут участие более 20 брендов одновременно. Площадь намного больше, чем в предыдущие годы. Основная продукция, представленная на выставке, — светодиодные светильники для внутреннего и наружного освещения, в том числе Lumileds. Светодиодные устройства и небольшое количество люминесцентных ламп T5, светодиодные лампы разработаны в сочетании с различными местами использования, благодаря которым вы можете увидеть будущее применение светодиодного освещения.

В дополнение к традиционным американским компаниям, таким как COOPER, светодиодные компании в Японии и Южной Корее выставляются в этом году на высоком уровне. Японские компании включают Nichia, Citizen, Panasonic, Toshiba, Sharp и др. Корейские компании включают Samsung, LG, Seoul Semiconductor, XLED и др. Стенд очень загадочный и находится в полностью закрытом виде.

Китайские экспоненты аналогичны предыдущим годам. Светодиодные продукты выставляются в качестве основных продуктов. Продукция для внутреннего освещения — это больше, чем продукция для наружного освещения. Среди них Dehao Runda первой представила светодиодную светотехнику на выставку в США, и она оснащена специальным оборудованием большой площади. Появился перед публикой, использовалось имя ETI. Кроме того, Нинбо Чжунчжоу также появился первым. Инью, Кюсю и Селф были впечатлены. Они выставили светодиодные светильники для различных коммерческих витрин, показав свой профессионализм в сегменте рынка.

TCP и Sunshine по-прежнему фигурируют в лице американских компаний. Yaming и Yamao появились на выставке площадью 36 квадратных метров.

Еще одним ярким событием выставки стала галогенная лампа VENTURELighting с пленочным покрытием, отражающая инфракрасное излучение, со световой отдачей 38 лм/Вт и сроком службы 4000 часов, что делает ее научным достижением.

Поскольку в 2012 году в США будет запрещена продажа ламп накаливания мощностью более 100 Вт, у галогенных ламп появятся дополнительные возможности на рынке. OSRAMSYLVANIA запустила свои галогенные лампы вместо ламп накаливания и другие планы, а именно:

В 2012 году вместо лампы накаливания мощностью 100 Вт использовалась галогенная лампа мощностью 72 Вт; в 2013 г. вместо лампы накаливания 75 Вт использовалась галогенная лампа мощностью 53 Вт; в 2014 году вместо лампы накаливания мощностью 60 Вт использовалась галогенная лампа мощностью 43 Вт; вместо лампы накаливания мощностью 40 Вт использовалась галогенная лампа мощностью 29 Вт; эти галогенные лампы заменили лампы накаливания.