关于白炽灯节能灯和LED性能的分析比较
- 发布时间：2013/3/28 15:30:49
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白炽灯
节能灯要消耗更多的锑、铜（主要是用于线圈和印刷线路板）、铁、铅（印刷线路板和焊料）、汞（螺旋式节能灯）、磷、钇（荧光）和锌（防护性涂层钢）。LED灯泡需要更多的铝（散热片）、锑（LED芯片）、钡、铬（不锈钢）、铜（线圈）、镓（LED芯片）、金（LED线）、铁、铅（印刷线路板）、磷、银（反光涂层）和锌（保护层）。白炽灯泡只有钨（灯丝）和镍。回收利用节能灯和LED灯中的金属是非常有必要的，如铜估计有26%的岩石圈储量已经用于*使用状态或者废弃掉。对节能灯和LED灯泡的废弃物管理政策应包括制造商对废弃灯泡的回收系统或“抵押返还”（deposit-refund）制度。此外，在产品上标示其潜在的危险性，让其放入正确的垃圾分类和回收系统中，避免将其丢到常规的生活垃圾中。环境设计项目（DesignfortheEnvironmentProgram，DfE）是美国环保署1992年开发的一个项目，致力于防止污染以及给人类和环境带来的污染风险。DfE要求在设计过程中考虑产品生命周期内的环境质量问题，从材料管理一直贯穿到回收和再利用减少对环境的影响。DfE项目提供有关更安全的电子设备、更安全的阻燃剂、更安全的化学配方以及*环境实践。DfE采用多种设计方法，试图减少产品的生产、过程和服务环节（整个生命周期）中对人类健康和环境影响。补贴灯泡产品的回收，倒是可以激励制造商执行DfE程序，这样也节省资源消耗，通过减少产品中的金属含量消除了不良影响。
废弃物毒性特性溶出程序（TCLP）是美国*的一种测试方法，包括总阈值限制浓度（TTLC）和可溶性阈值限制浓度（STLC），旨在模拟垃圾填埋场中通过水溶出而进入地下水的过程。TTLC分析可首先确定样品中各目标分析物的总浓度。当任何目标分析物超过TTLC的限制时，这个废弃物就可被归为危险废弃物，不需进一步的测试。如果TTLC没有超出限制，其结果就用于确定STLC或废料提取试验（WET）是否必要。Calscience环境实验室还需要用鱼进行生物测定（96小时半致死浓度）。
经过上述测试发现，由于LED灯泡需要金、银、锑、铜，所以在资源消耗上比白炽灯高2个数量级，比节能灯高2-5倍高。对节能灯来说，在资源消耗上有重要影响的物质是铜。银和金是稀贵金属，在欧盟锑也列为存在资源危机的材料。虽然在美国铜还没有达到危机的程度，但在节能灯和LED中，铜的用量非常高，是其他金属材料的1-6个数量级，发展下去也令人担忧。LED灯泡中金属含量zui多的是铝、钡、铬、镓，它们并会不明显导致总资源的消耗。这里需要注意的是，在考虑供应风险上，虽然镓在的储量估计相当大，但仍被认为是一种可能面临危机的材料，因为镓只是作为处理铝土矿和锌矿石的副产品而获取。相反，钇、钆和铈虽然也属于稀土元素，但不太会成为危机材，因为钇、铈在还算储量丰富，钆的用量非常少。
如果LED和节能灯以目前的速度持续地取代白炽灯泡，就会产生相当大的资源消耗，因为金、银、锑、铜的资源供应是不足的。由于金具有低电热阻抗，主要用于连接LED芯片中电极的导线。银作为LED中优良的反光涂层材料。锑是LED芯片的核心材料。铜是用于LED和节能灯中的线圈为和印刷电路板。因此，在DfE中，这些辅助的组件（非发光技术本身）是有希望进行改造和革新的，以减少其金属含量，正如在信息和通信产业，光纤电缆取代铜电缆一样。附加的例子在实际产品的成功的DfE可以发现在美国EPADfE。除了改造组件技术，回收技术和管理策略也应该跟进，确保在LED和节能灯中回收的贵重金属能进入再循环。
在现有的美国联邦与加州州政府的法规中，通过应用基于生命周期影响和基于危害的评价方法，评估这些灯泡产品是否可归为危险废弃物。基于生命周期影响的方法，与常规的生命周期评估（LCA）是不同的，它是要量化LCA中元素的毒性潜力。节能灯和LED灯都可归为危险废弃物，因为可流失的铅已经极度过量了（分别为132mg/L与44mg/L，而安全标准规定为5）和高含量的铜（111000mg/kg和31600mg/kg，而安全标准规定为2500）、铅（CFL灯泡为3860mg/kg，安全标准规定为1000）和锌（CFL灯泡为34500mg/kg，安全标准规定为5000），而白炽灯泡是不危险的。注意，CFL灯泡的结果中，没有考虑灯泡汞蒸气，实验样品制备过程中没有进行捕获）。与白炽灯相比，节能灯和LED灯具有较高的导致资源枯竭和毒性的潜力，主要是由于它们具有较高的铝、铜、金、铅、银和锌。
LED具有zui高的毒性潜力，主要是由于含铜和铝，节能灯次之，因为主要金属是铜。这些结果与潜在毒性指标（ToxicPotentialIndicator，TPI）的结果有所不同。TPI的结果表明，节能灯具有zui高的毒性可能主要是由于其中含锌和铜，其次才是含铜的LED。白炽灯泡含铝、铜、镍，但量很低，毒性潜力小。节能灯的具有zui高的人类毒性和生态毒性潜力，LED次之。节能灯的人类毒性和生态毒性分别比LED高2.5倍和1.3倍，是白炽灯的2个数量级。考察灯泡中各金属元素对人类毒性和生态毒性的相对贡献，锌和铜是zui高的，分别占89?98%和74-89%。
综合来说，节能灯和LED灯的环境潜在影响分别高于白炽灯3-26倍和2-3倍。目前的节能灯和LED灯泡技术需要进一步发展，降低整体资源消耗和毒性潜力。权衡收益与成本的综合评估认为，从DfE生命周期角度证明寻找替代材料是很有必要，尽量减少铝、铜、金、铅、银、锌的使用。另一种方法是开发寿命更长的节能灯和LED灯泡，可减少新的资源的使用和废弃物数量。
因此，在照明产品的开发中，除了提高能源利用效率，还应该重点开发在不影响他们的性能和寿命的前提下，减少危险和稀有金属含量的技术。灯泡中的一些金属是非常有限的，从DfE生命周期角度证明寻找替代材料很有必要，尽量减少铝、铜、金、铅、银、锌的使用。因此，迫切需要开发寿命更长的节能灯和LED灯泡。