白熾燈節能燈和LED毒性對比
發布時間：2013-06-27 新聞來源：上海節能信息網
同傳統的白熾燈泡相比，節能燈（CFL）與發光二極管（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，然而，這些新型燈泡比傳統燈泡的設計要復雜得多，具有潛在的環境不利影響，甚至與消費類電子設備相當。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境影響，當到達其工作壽命需要廢棄時，是否需要作出特別的規定呢？
Seong-RinLim等在本月出版的“環境科學與技術”（Environ.Sci.Technol.）上發表了一篇文章“LED的潛在環境影響：是金屬資源，還是有毒的危險廢棄物”。他們綜合三種類型燈泡（普通白熾燈、LED和節能燈）在許多方面的情況進行了環境與資源方面的評價。
節能燈要消耗更多的銻、銅（主要是用于線圈和印刷線路板）、鐵、鉛（印刷線路板和焊料）、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（線圈）、鎵（LED芯片）、金（LED線）、鐵、鉛（印刷線路板）、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，在產品上標示其潛在的危險性，讓其放入正確的垃圾分類和回收系統中，避免將其丟到常規的生活垃圾中。
環境設計項目（DesignfortheEnvironmentProgram，DfE）是美國環保署1992年開發的一個項目，致力于防止污染以及給人類和環境帶來的污染風險。DfE要求在設計過程中考慮產品生命周期內的環境質量問題，從材料管理一直貫穿到回收和再利用減少對環境的影響。廢棄物毒性特性溶出程序（TCLP）是美國環保局的一種測試方法，旨在模擬垃圾填埋場中通過水溶出而進入地下水的過程。
經過上述測試發現，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個數量級，比節能燈高2-5倍高。對節能燈來說，在資源消耗上有重要影響的物質是銅。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個數量級，發展下去也令人擔憂。LED燈泡中金屬含量最多的是鋁、鋇、鉻、鎵，它們并會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品而獲取。相反，釔、釓和鈰雖然也屬于稀土元素，但不太會成為危機材，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，就會產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。銀作為LED中優良的反光涂層材料。銻是LED芯片的核心材料。銅是用于LED和節能燈中的線圈為和印刷電路板。因此，在DfE中，這些輔助的組件（非發光技術本身）是有希望進行改造和革新的，以減少其金屬含量，正如在信息和通信產業，光纖電纜取代銅電纜一樣。附加的例子在實際產品的成功的DfE可以發現在美國EPADfE網站。除了改造組件技術，回收技術和管理策略也應該跟進，確保在LED和節能燈中回收的貴重金屬能進入再循環。
在現有的美國聯邦與加州州政府的法規中，通過應用基于生命周期影響和基于危害的評價方法，評估這些燈泡產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極度過量了（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，沒有考慮燈泡汞蒸氣，實驗樣品制備過程中沒有進行捕獲）。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毒性和生態毒性潛力，LED次之。節能燈的人類毒性和生態毒性分別比LED高2.5倍和1.3倍，是白熾燈的2個數量級�？疾鞜襞葜懈鹘饘僭貙θ祟惗拘院蜕鷳B毒性的相對貢獻，鋅和銅是最高的，分別占89、98%和74-89%。
綜合來說，節能燈和LED燈的環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燈泡技術需要進一步發展，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。另一種方法是開發壽命更長的節能燈和LED燈泡，可減少新的資源的使用和廢棄物數量。因此，在照明產品開發中，要遵循保護和可持續發展政策，除了提高能源利用效率，還應該重點開發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。而從資源回收角度來講，燈泡中的一些金屬其實又是非常有限的。因此，迫切需要適當的廢棄物管理措施，或者通過革新技術減少毒性物質、金屬的含量，或者延長燈泡壽命。
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