Sedan upptäckten av bakteriedödande UV-effekt 1901 har ultraviolett desinfektion mestadels utförts med lågtryckskvicksilverlampor.
Kvicksilver finns i lågtryckskvicksilverlampor, vilket väcker oro för förorening av miljön. Liksom LED-ersättningen av lysrör, förväntas lysdioder vara en ekologiskt godartad alternativ teknik. Effektiviteten hos UV-lysdioder är nu lägre än hos lågtryckskvicksilverlampor, trots deras snabba årliga förbättring. Eftersom ingen ersättningsteknik har utvecklats, är lågtryckskvicksilverlampor därför undantagna från RoHS-direktivet för särskilda användningsområden fram till den 24 februari 2027 (punkt 4(a)). Om det visas att ingen ersättningsteknik finns tillgänglig efter 2027 kan detta undantag förlängas. Behövs det verkligen en förlängning? Vissa applikationer kan använda lysdioder just nu, enligt Nichia, och nästan alla applikationer kommer att kunna göra det i februari 2027.
Här presenterar Nichia ett verkligt exempel där UV-lysdioder utforskas som ett desinfektionsalternativ till lågtryckskvicksilverlampor.
Ytdesinfektion med lågtryckskvicksilverlampor → Fallstudier av LED-adoption
Ytdesinfektion, luftdesinfektion via renare och desinfektion av vatten och avloppssystem ingår alla inom området UV-desinfektion med lågtryckskvicksilverlampor. Rengöring av livsmedelsindustrins utrustning och behållare är ett vanligt exempel på ytdesinfektion. I livsmedelsanläggningar fylls behållare med mat efter att ha exponerats för UV-ljus för att desinficera insidan och stoppa bakterier från att växa och förorena maten.
En illustration av matbehållare som utsätts för UV-strålning:
Lågtryckskvicksilverlampor avger ultraviolett ljus ovanifrån behållarna för att desinficera insidan av många matbehållare samtidigt. Smält kvarts måste därför användas för att täcka lågtryckskvicksilverlampor för att förhindra kvicksilverkontamination och glasbrott i händelse av att lampan skulle gå sönder.
En illustration av strålning sett från ovan:
I motsats till lågtryckskvicksilverlampor kan lysdioder användas för att bestråla bara målobjektet med UV-ljus eftersom deras konfigurationer och positioner kan väljas och ändras exakt, som visas i bestrålningsbilden ovan. Å andra sidan avger lågtryckskvicksilverlampor ljus i alla riktningar och utsätter utrymmena mellan enskilda behållare och lampornas baksida för extra UV-ljus.
Dessutom, eftersom lågtryckskvicksilverlampor tar lång tid att tända och släcka måste de alltid vara "tända". Lysdioder, å andra sidan, ger omedelbar på/av, vilket innebär att de bara kan slås på när det behövs, vilket potentiellt sänker energianvändningen och CO2-utsläppen.
Mot bakgrund av ovanstående information visas resultaten av en jämförelse mellan lysdioder och lågtryckskvicksilverlampor i följande tabell.
Studieresultat
Den ineffekt som behövs för att få samma desinfektionseffekt i de verkliga värdena i detta forskningsexempel är 600W och 312W.
Nichias UV LED 434C användes för att testa LED:s instrålning och effektivitet.
Enligt Shikoku Electric Power CO., Inc. är CO2-utsläppsfaktorn för FY2021 0,527 ton/MWh.
Jämfört med lysdioder, som har en verkningsgrad på 5,4 %, har lågtryckskvicksilverlampor en högre verkningsgrad på 22 %. LED kan dock använda upp till 90% av den UV-strålning de genererar, medan lågtryckskvicksilverlampor bara använder 9%. Jämfört med lågtryckskvicksilverlampor, som behöver 600W el för att ge samma desinficerande effekt, kräver LED-lampor 312W. Dessutom kan lysdioder endast aktiveras vid behov. Till exempel, om lågtryckskvicksilverlampor lämnas på i 18 timmar om dagen, kan lysdioder tändas i 14 timmar. Om man antar att varje lampa används i 300 dagar är strömförbrukningen för lågtryckskvicksilverlampor med 600 W ineffekt 3,2 MWh per år, medan lysdioder med 312 W ineffekt förbrukar 1,3 MWh årligen, en minskning med 60 %. Dessutom beräknas CO2-utsläppen med CO2-utsläppen på 0,527 ton per 1 MWh kraft. LED producerar 0,69 ton CO2 årligen jämfört med 1,7 ton från lågtryckskvicksilverlampor, vilket är en minskning med 60 %.
Färdkarta
Sammanfattning
Egenskaperna hos lysdioder, såsom deras höga strålningsflödesutnyttjande via selektiv belysning av bara de nödvändiga områdena och deras omedelbara på/av-förmåga, användes i denna fallstudie för att uppnå anmärkningsvärda fördelar. Nichia kan därför otvetydigt visa att lysdioder kan fungera som en ersättningsteknik för kvicksilverlampor med lågt tryck.
Bortsett från det tidigare nämnda exemplet kommer Nichia att samarbeta med sina kunder och partners för att skapa design som använder LED-egenskaper i andra desinfektionstillämpningar, såsom luft- och vattendesinfektion. Nichia kommer att göra allt för att LED-tekniken ersätter lågtryckskvicksilverlampor.
Dessutom, som färdplanen säger, har UV LED-prestanda förbättrats avsevärt under de senaste åren. De tekniska framstegen är snabba på grund av den synergistiska effekten av utvecklingsförväntningar på lysdioder till följd av miljörestriktioner och behovet av att bekämpa infektionssjukdomar. I vissa fall har användningen av lysdioder istället för lågtryckskvicksilverlampor redan uppnåtts genom utvecklingen av en design som utnyttjar LED-kapaciteten. Enligt Nichia kommer detta, tillsammans med den imponerande förbättringen av UV-lysdioders grundläggande prestanda, att orsaka en ännu större trend, och UV-lysdioder kommer att bli allmänt accepterade som ett substitut för lågtryckskvicksilverlampor i alla desinfektionstillämpningar och domäner. Följaktligen kommer det inte att finnas något behov av att förlänga RoHS-undantaget efter 2027.
Förutom att arbeta för att ta itu med samhälleliga problem, inklusive upprättandet av ett kvicksilverfritt och koldioxidneutralt samhälle, kommer Nichia att fortsätta att förbättra prestanda hos lysdioder.
