Siden oppdagelsen av UV bakteriedrepende effekt i 1901, har ultrafiolett desinfeksjon for det meste blitt utført med lavtrykks kvikksølvlamper.
Kvikksølv er tilstede i lavtrykkskvikksølvlamper, noe som vekker bekymring for forurensning av miljøet. I likhet med LED-erstatningen av fluorescerende pærer, forventes LED å være en økologisk godartet alternativ teknologi. Effektiviteten til UV-LED er nå lavere enn lavtrykkskvikksølvlamper, til tross for deres raske årlige forbedring. Fordi ingen erstatningsteknologi er utviklet, er lavtrykkskvikksølvlamper dermed ekskludert fra RoHS-direktivet for spesielle bruksområder frem til 24. februar 2027 (punkt 4(a)). Dersom det vises at ingen erstatningsteknologi er tilgjengelig utover 2027, kan dette unntaket forlenges. Er det virkelig nødvendig med en utvidelse? Noen applikasjoner kan ta i bruk lysdioder akkurat nå, ifølge Nichia, og nesten alle applikasjoner vil kunne gjøre det innen februar 2027.
Her presenterer Nichia et virkelighetseksempel der UV-LED-er utforskes som et desinfeksjonsalternativ til lavtrykkskvikksølvlamper.
Overflatedesinfeksjon med lavtrykkskvikksølvlamper → Kasusstudier av LED-adopsjon
Overflatedesinfeksjon, luftdesinfeksjon via rensere og desinfeksjon av vann og avløpssystem er alle inkludert i området UV-desinfeksjon ved bruk av lavtrykkskvikksølvlamper. Rengjøring av utstyr og beholdere for næringsmiddelindustrien er et vanlig eksempel på overflatedesinfeksjon. I matforedlingsanlegg fylles beholdere med mat etter å ha blitt utsatt for UV-lys for å desinfisere innsiden og stoppe bakterier fra å vokse og forurense maten.
En illustrasjon av matbeholdere utsatt for UV-stråling:
Lavtrykkskvikksølvlamper sender ut ultrafiolett lys fra over beholderne for å desinfisere innsiden av mange matbeholdere samtidig. Det må derfor brukes smeltet kvarts for å dekke lavtrykkskvikksølvlamper for å hindre kvikksølvforurensning og glassbrudd i tilfelle lampen svikter.
En illustrasjon av stråling sett ovenfra:
I motsetning til lavtrykkskvikksølvlamper, kan LED-er brukes til å bestråle kun målobjektet med UV-lys siden deres konfigurasjoner og posisjoner kan velges og endres nøyaktig, som vist i bestrålingsbildet ovenfor. På den annen side sender lavtrykkskvikksølvlamper ut lys i alle retninger, og utsetter mellomrommene mellom individuelle beholdere og lampenes bakside for ekstra UV-lys.
Videre, siden lavtrykkskvikksølvlamper bruker lang tid på å slå seg av og på, må de holdes "på" til enhver tid. LED, derimot, gir øyeblikkelig på/av, noe som betyr at de bare kan slås på når det er nødvendig, noe som potensielt reduserer energibruk og CO2-utslipp.
I lys av den nevnte informasjonen, er resultatene av en sammenligning mellom lysdioder og lavtrykkskvikksølvlamper vist i følgende tabell.
Studieresultat
Inngangseffekten som trengs for å få samme desinfeksjonseffekt i de virkelige verdiene i dette forskningseksemplet er 600W og 312W.
Nichias UV LED 434C ble brukt til å teste lysdiodens innstråling og effektivitet.
I følge Shikoku Electric Power CO., Inc. er CO2-utslippsfaktoren for FY2021 0,527 t/MWh.
Sammenlignet med LED, som har en virkningsgrad på 5,4 %, har lavtrykkskvikksølvlamper en større effektivitet på 22 %. Imidlertid kan lysdioder bruke opptil 90 % av UV-bestrålingen de genererer, mens lavtrykkskvikksølvlamper bare bruker 9 %. Sammenlignet med lavtrykkskvikksølvlamper, som trenger 600W strøm for å gi samme desinfiserende effekt, krever LED-er 312W. Videre kan lysdioder bare aktiveres når det er nødvendig. For eksempel, hvis lavtrykkskvikksølvlamper står på i 18 timer om dagen, kan lysdioder slås på i 14 timer. Forutsatt at hver lampe brukes i 300 dager, er strømforbruket til lavtrykkskvikksølvlamper med 600W inngangseffekt 3,2MWh årlig, mens lysdioder med 312W inngangseffekt bruker 1,3MWh årlig, en reduksjon på 60%. I tillegg beregnes CO2-utslippene ved å bruke CO2-utslippene på 0,527 tonn per 1 MWh kraft. LED produserer 0,69 tonn CO2 årlig sammenlignet med 1,7 tonn fra lavtrykkskvikksølvlamper, som er en nedgang på 60 %.
Veikart
Sammendrag
Egenskapene til LED-er, som deres høye strålingsfluxutnyttelse via selektiv belysning av bare de nødvendige områdene og deres øyeblikkelige av/på-funksjoner, ble brukt i denne casestudien for å oppnå bemerkelsesverdige fordeler. Nichia kan derfor utvetydig vise at LED kan tjene som erstatningsteknologi for kvikksølvlamper med lavt trykk.
Bortsett fra det nevnte eksemplet, vil Nichia samarbeide med sine kunder og partnere for å lage design som bruker LED-egenskaper i andre desinfeksjonsapplikasjoner, som luft- og vanndesinfeksjon. Nichia vil gjøre alt for å sikre at LED-teknologi erstatter lavtrykkskvikksølvlamper.
I tillegg, som veikartet sier, har UV LED-ytelsen blitt betydelig forbedret de siste årene. Den teknologiske fremgangen er rask på grunn av den synergistiske virkningen av utviklingsforventninger til LED som følge av miljørestriksjoner og behovet for å bekjempe smittsomme sykdommer. I noen tilfeller er bruken av LED-er i stedet for lavtrykkskvikksølvlamper allerede oppnådd via utviklingen av et design som utnytter LED-funksjonene. I følge Nichia vil dette, sammen med den imponerende forbedringen av UV-LEDs grunnleggende ytelse, forårsake en enda større trend, og UV-LED vil bli allment akseptert som en erstatning for lavtrykkskvikksølvlamper i alle desinfeksjonsapplikasjoner og domener. Følgelig vil det ikke være behov for å utvide RoHS-unntaket utover 2027.
I tillegg til å jobbe med samfunnsmessige bekymringer, inkludert etablering av et kvikksølvfritt og karbonnøytralt samfunn, vil Nichia fortsette å forbedre ytelsen til lysdioder.
