Светодиодные фонари могут способствовать значительному сокращению выбросов углекислого газа

Sep 04, 2023

За последнее десятилетие произошла смена парадигмы в том, как мир смотрит на освещение. В домах, офисах и на улицах отключили ненужные лампы накаливания и люминесцентные лампы, которые подвергли пользователей и окружающую среду токсичному загрязнению.

Вместо них ученые-климатологи и правительства продвигают светодиодные (LED) лампы для борьбы с растущим потреблением электроэнергии, около 20% которого приходится на освещение, что составляет 6% глобальных выбросов углерода. Без внедрения светодиодов мировое потребление энергии для освещения может увеличиться на 60% к 2030 году.

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 IHS Markit, службы климатической информации, заявили, что переход на светодиоды привел к сокращению выбросов CO2 на полмиллиарда тонн в этом году, что эквивалентно закрытию 162 угольных электростанций.

По данным Международного энергетического агентства, светодиоды составляют более половины продаж освещения во всем мире, что ставит освещение на путь достижения нулевого сценария к 2030 году. Это также оставляет много возможностей для роста. Вдобавок ко всему, люди и предприятия используют больше освещения, чем когда-либо прежде, поэтому технологию, выбранную для освещения общества, вероятно, придется внедрять в гораздо большем количестве, чем то, что существует в настоящее время. Скорость также важна, поскольку, по оценкам МЭА, сценарий нулевых выбросов зависит от того, что к 2025 году все продажи освещения будут приходиться на светодиоды.

Несмотря на широкое распространение этой 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, узнав, какие материалы в конечном итоге используются в светильниках, которые они покупают.

Будущий путь для светодиодов будет определяться способностью создавать светильники, 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 отходы добычи, 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 выбросы углекислого газа», — говорит Оливер, который также возглавляет Кембриджский центр нитрида галлия. «Так как же нам продлить их жизнь, чтобы нам не приходилось использовать так много? И как нам сделать их так, чтобы они с самого начала были пригодны для вторичной переработки?»

Успех светодиодов зависит не только от галлия и азота, которые существуют в виде пятен в светодиодных фонарях. Лампы, трубки и ленты, в которых используются светодиоды, объединяют дюжину металлов, добываемых и отправляемых со всего мира, обычно для производства в страны Азии. Многие из этих материалов производятся в небольших количествах как побочные продукты добычи полезных ископаемых. В общем, светодиодные фонари, которые умещаются на ладони, представляют собой изящные творения из более чем дюжины элементов.

Электричество поступает в светодиодную лампочку по медным проводам, достигая одной стороны диода и притягивая другую сторону для обмена электронами. Сочетание этих двух материалов дает свет, а с добавлением индия и алюминия диоды с большей вероятностью будут объединяться и давать более яркий свет. Припаян к печатной плате с золотом, кобальтом, сурьмой, магнием, мышьяком, кадмием и еще большим количеством галлия.

Сам диод излучает только синий свет, но в помещении часто предпочтительнее желтые и оранжевые оттенки. Дополнительный люминофор или прозрачный слой, содержащий иттрий, алюминий, гранат и немного 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.