白炽灯、节能灯和LED灯 哪种灯具的毒性最强?

白炽灯、节能灯和LED灯 哪种灯具的毒性最强?
白炽灯、节能灯和LED灯 哪种灯具的毒性最强?

白炽灯、节能灯和LED灯 哪种灯具的毒性最强?
同传统的白炽灯泡相比,节能灯（CFL）与发光二极管（LED）等新型灯泡可节省70~85%的能源消耗,使用寿命也大大增加,因而被认为是一种具有巨大节能潜力的技术,然而,这些新型灯泡比传统灯泡的设计要复杂得多,具有潜在的环境不利影响,甚至与消费类电子设备相当.CFL和LED组件中含更多的金属.这些组件有不确定性的潜在环境影响,当到达其工作寿命需要废弃时,是否需要作出特别的规定呢?Seong-RinLim等在本月出版的“环境科学与技术”（Environ.Sci.Technol.）上发表了一篇文章“LED的潜在环境影响：是金属资源,还是有毒的危险废弃物”.
他们综合三种类型灯泡（普通白炽灯、LED和节能灯）在许多方面的情况进行了环境与资源方面的评价.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.因此,回收利用节能灯和LED灯中的金属是非常有必要的.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.废弃物毒性特性溶出程序（TCLP）是美国环保局的一种测试方法,旨在模拟垃圾填埋场中通过水溶出而进入地下水的过程.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灯泡中金属含量最多的是铝、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,虽然镓在全球的储量估计相当大,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、铈在全球还算储量丰富,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网站.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具有最高的毒性潜力,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,节能灯具有最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.节能灯的具有最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,锌和铜是最高的,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,在照明产品开发中,要遵循保护和可持续发展政策,除了提高能源利用效率,还应该重点开发一些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.而从资源回收角度来讲,灯泡中的一些金属其实又是非常有限的.因此,迫切需要适当的废弃物管理措施,或者通过革新技术减少毒性物质、金属的含量,或者延长灯泡寿命.