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废弃的节能灯和LED,你随手扔掉了吗? 精选

已有 21178 次阅读 2013-1-27 11:14 |个人分类:一起读顶刊|系统分类:科研笔记

为了履行《美国能源独立和安全法案》(U.S. Energy Independence and Security Act)和《欧盟生态化设计指令》(EU Ecodesign Directive),人工照明系统从白炽灯过渡到节能灯(CFL)和LED,这是为了节省能源和减少温室气体排放。同传统的白炽灯泡相比,节能灯(CFL,Compact fluorescent lamp)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-Rin Lim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”(Potential Environmental Impacts of Light-Emitting Diodes (LEDs): Metallic Resources, Toxicity, and Hazardous Waste Classification)。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。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永久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(Design for the Environment Program,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最佳环境实践。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) 是美国环保局的一种测试方法,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EPA DfE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132 mg/L与44mg/L,而安全标准规定为5)和高含量的铜(111 000mg/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(Toxic Potential Indicator,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。

 

【参考资料】
[1]Don’t Throw It in the Bin! (SCIENCE, VOL 339, 25 JANUARY 2013)
[2]Lim S-R et al, 2013. Potential Environmental Impacts from the Metals in Incandescent, Compact Fluorescent Lamp (CFL), and Light-Emitting Diode (LED) Bulbs. Environ. Sci. Technol. 47, 1040 − 1047.

 



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发表评论 评论 (57 个评论)

IP: 121.222.120.*   | 赞 +1 [28]严明佳   2013-2-3 18:50
谢谢回复,应该就是说的不是完整的LCA,而是只研究环境毒性这一个类别。完整的LCA一般要研究好几个类别的环境影响。
回复  嗯,您说得很有道理。
2013-2-3 20:201 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 124.234.204.*   | 赞 +1 [27]孔梅   2013-2-3 14:34
唉,我给我们家一直订的一份报纸打电话,希望他们能帮助呼吁并联系回收部门,结果报社根本不搭理。一家卖节能灯的广告上的电话打过去,也说他们只管卖,不回收。在中国怎么这么大的事都没人管呢?实在不行投诉环保部门不作为?
回复  在危险废弃物的回收与处置上,是体现中国环保部门不作为的一个重要方面。
2013-2-3 16:211 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 121.222.120.*   | 赞 +1 [26]严明佳   2013-1-28 14:27
谢谢博主分享。
烦请解释一下,"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。” 您指的是生命周期影响与生命周期评估有不同吗?不同在哪里?好像没有听说过“生命周期影响”~
回复  这句话是从原文中翻译过来的,文章中的原话为:
note that “ life cycle impact-based method ” does not mean a general life cycle assessment (LCA) but rather the elements in LCA used to quantify toxicity potentials。
建议您查证原文,这样更容易理解一些。
2013-1-28 14:361 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 159.226.156.*   | 赞 +1 [25]王鹏飞   2013-1-28 09:53
政府和媒体宣传都是说白炽灯比节能灯要多消耗多少多少度电。但从来没说相同寿命期相似的耗电量情况下,使用节能灯或者是LED等又会带来多少潜在影响?贵金属高消耗,废品高污染。地方政府一味的支持新型产业发展,追求高额的税收和潜在收入,却置环境的承受力而不理。
要说分类回收,光有百姓的倡导没有政府的引导是足足不够的。
回复  其实,这篇文章就是在说这事儿的,正好将节能灯和LED与白炽灯相比的。
2013-1-28 11:101 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 182.40.53.*   | 赞 +1 [24]王国强   2013-1-28 08:22
是啊,能量即便够用,那么排熵能力呢?
回复  有人说,看不懂本文,按照您的思路分析下去,看不懂的人更多了,呵呵
2013-1-28 11:111 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 112.226.154.*   | 赞 +1 [23]小木虫   2013-1-28 08:17
太阳能电池板是不是也有同样问题,基本上产生的电量比消耗的要多
回复  有,大多电子产品都有这个问题,不过有些已经得到了重视。
2013-1-28 11:111 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 71.135.101.*   | 赞 +1 [22]蒋迅   2013-1-28 01:01
我们(加州)这里是送到政府的回收点。
回复  对,这个才是政府该做的。
2013-1-28 11:121 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 218.29.136.*   | 赞 +1 [21]liu61652575   2013-1-27 23:30
我们的城市已经实现了【垃圾桶】分类;可笑的是,垃圾并不进行分类回收和处理。
回复  嗯,目前中国大多的分类还没有考虑危险废弃物,还有许多地方只是一个摆设而已,其实并没有分类。
2013-1-28 11:131 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 125.71.200.*   | 赞 +1 [20]赖波   2013-1-27 21:04
包括废弃电池,都属于危废一类,基本处于不回收处理状态,即使有些地方也回收的(如电池),但基本没有处理,这方面还真需要想日本学习啊
回复  嗯,日本在这方面的确值得我们学习。
2013-1-28 11:131 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 222.201.156.*   | 赞 +1 [19]jinxie   2013-1-27 20:39
真正的科学工作者。恐怕搞经费就难了,.....
回复  是的,在中国做这个研究估计还很难拿到课题。
2013-1-27 20:591 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 110.204.47.*   | 赞 +1 [18]钟云飞   2013-1-27 20:37
学习
回复  谢谢评论!
2013-1-27 20:581 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 120.2.2.*   | 赞 +1 [17]ncepuztf   2013-1-27 20:37
其实这种情况很多,如射频标签,都是recycling problem,多数成了大问题才考虑
回复  这可能是物联网将带来的潜在环境风险了。
2013-1-27 20:581 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 221.7.37.*   | 赞 +1 [16]葛素红   2013-1-27 20:28
很多用电器的回收都是空白,我们都知道丢弃污染环境,但是又不知道送到什么地方去。有一次,买手机我问商家要不要旧的手机和电池,人家义正言辞地说:不要。
回复  是的,政府应该重视这个问题了,在这方面,只要政府有主导,我想大家大多数都会遵守执行的,毕竟现在的环境理念已经深入人心了。
2013-1-27 20:571 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 81.82.182.*   | 赞 +1 [15]张杨   2013-1-27 20:13
很好的信息,多谢分享
回复  谢谢评论!
2013-1-27 20:551 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 180.118.105.*   | 赞 +1 [14]李健   2013-1-27 18:15
灯具,只是问题的冰山一角;资源的循环将是人类生存和发展所面临重要问题。
回复  是的,但都值得大家重视。
2013-1-27 20:541 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 221.222.126.*   | 赞 +1 [13]吴国胜   2013-1-27 16:45
通常的垃圾分类都很少被实践,更不用说特殊废品的回收。

环境保护,任重道远
回复  其他的垃圾分类不进行,其危害远不如危险废弃物的危害哟。
2013-1-27 20:541 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 123.173.31.*   | 赞 +1 [12]孔梅   2013-1-27 15:53
那我们现在怎么办呢?现在家里就有几只要扔掉,每人要啊。
回复  其实,我也是刚知道这个问题,以前我也是向普通灯泡一样扔掉了,以后我先放置在一个地方,等待新的回收政策出台。
2013-1-27 20:531 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 113.140.84.*   | 赞 +1 [11]杜振亭   2013-1-27 15:36
  
回复    
2013-1-27 20:511 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 49.72.201.*   | 赞 +1 [10]刘洋   2013-1-27 15:01
LED正在取代传统灯泡。不过新兴的EL灯又在很多领域大有取代LED之势。
回复  嗯,希望从现在开始就考虑其废弃后如何处理的问题就好了。
2013-1-27 20:511 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 14.18.25.*   | 赞 +1 [9]汪晓军   2013-1-27 14:33
支持博主观点,我这里介绍另外一件事:用LED灯,刚开始节能,但一年后,光强衰减比较严重,这是广东省科技厅的二个办公室的应用成果,有二个办公室,一个用普通节能灯,一个用LED灯,刚开始,LED灯的房间光线好,但一年后,LED灯光线就差了,可能与LED用有机玻璃封装有关,有有机玻璃容易老化!
回复  说明这方面也应该革新,应该难度不大。
2013-1-27 20:491 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 61.150.43.*   | 赞 +1 [8]张骥   2013-1-27 14:22
当资源真的紧缺到一定程度时,人们才会接受所谓的高成本回收问题。
回复  是的。以前听说过一个故事,说环境监测部门要求某工厂回收废油,但一直不见效,后来油价涨了,他们自己就开始在研究如何回收了,因为这个时候回收的成本小于油价。
2013-1-27 20:481 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 111.161.17.*   | 赞 +1 [7]刘伟   2013-1-27 14:01
是否建议这类商品,购买时“以旧换新”?
杨老师建议不错,问题在于科学网的声音能传到相关部门吗,建议他们按国际惯例制定规则?
我的联想是:各种潜在的污染源是否都需要设立有效的回收机制,包括手机电池、电动车电池和各种充电电池等。
我几年前就关注到这个问题,给相关部门提过建议,但无回音。现在电视上的很多广告也只是提到大家要使用节能灯,因为他比普通灯一年能节能多少多少,但是使用完后的回收或者废弃方式只字不提。
这好比,我当年念书的时候,学校对一些公民必备和基本的知识毫无教育,比如心理健康教育、道德教育、防灾教育、急救教育还有环保教育。这些其实是事关每个人的,比你记住一个物理公式或者考一百分之类的东西不是更现实吗?而是常常等到出现问题了,才开始关注。防范于未然可能比治病救人更好一些。
回复  嗯,您以小见大,的确在中国存在许多断层,危险废弃物的管理的确应该引起足够的重视了,否则破坏的环境代价要想挽回有时候几乎是不可能的。不知道这次两会是否会考虑这些问题呢?
2013-1-27 20:461 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 123.157.213.*   | 赞 +1 [6]赵美娣   2013-1-27 13:58
现在的回收机制太糟糕。我一般把废旧电池和灯管等都收起来的,却找不到专门的收集之处。前年搬家发现那些废电池都长花了,最后还是扔到垃圾箱里。。。
回复  对的,我家废旧电池也是一大堆了,不知道如何处置。
2013-1-27 20:441 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 115.24.240.*   | 赞 +1 [5]杨正瓴   2013-1-27 13:07
是否建议这类商品,购买时“以旧换新”?
回复  对,这是通俗的说法,一般在环境管理上称“抵押返还”(deposit-refund)制度。
2013-1-27 13:141 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 115.24.240.*   | 赞 +1 [4]杨正瓴   2013-1-27 13:01
建议个一两句话的核心提示。
奶俏的"How to construct a Nature summary paragraph" 建议:
One sentence summarising the main result (with the words “here we show” or their equivalent).
回复  最后一段就是。我再将重要的话以不同字体标注吧。
2013-1-27 13:011 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 221.221.211.*   | 赞 +1 [3]wgq3867   2013-1-27 12:59
真实,残酷的真实.
回复  是的。但是节能灯还是有希望的。
2013-1-27 13:011 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 221.234.243.*   | 赞 +1 [2]seaocean   2013-1-27 12:50
引力速度以光速传播可能造假。请参看:
http://blog.sina.com.cn/u/2590194624
回复  看了,但不是特别能看懂。
2013-1-27 12:581 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 115.24.240.*   | 赞 +1 [1]杨正瓴   2013-1-27 12:29
不懂。
回复  该文应该不难呀,就是LED和节能灯中金属含量比较好,有环境风险呗。发这篇博文,是想让大家看看具体的数据。
2013-1-27 12:561 楼(回复楼主) 赞 +1 |
回复  不是比较好,是比较高。
2013-1-27 12:592 楼(回复楼主) 赞 +1 |

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