1879年，愛迪生發(fā)明了電燈泡，又稱鎢絲燈，是將燈絲通電加熱到白熾狀態(tài)，利用熱輻射發(fā)出可見光的電光源。正是由于熾熱的燈絲產(chǎn)生了光輻射，才使電燈發(fā)出了明亮的光芒。而同傳統(tǒng)的白熾燈泡相比，節(jié)能燈與發(fā)光二極管（led）等新型燈泡可節(jié)省70~85%的能源消耗，使用壽命也大大增加，因而被認(rèn)為是一種具有巨大節(jié)能潛力的技術(shù)。
白熾燈
然而，這些新型燈泡比傳統(tǒng)燈泡的設(shè)計(jì)要復(fù)雜得多，具有潛在的環(huán)境不利影響，甚至與消費(fèi)類電子設(shè)備相當(dāng)。cfl和led組件中含更多的金屬。這些組件有不確定性的潛在環(huán)境影響，當(dāng)?shù)竭_(dá)其工作壽命需要廢棄時(shí)，是否需要作出特別的規(guī)定呢?seong-rinlim等在本月出版的“環(huán)境科學(xué)與技術(shù)”（environ.sci.technol.）上發(fā)表了一篇文章“led的潛在環(huán)境影響：是金屬資源，還是有毒的危險(xiǎn)廢棄物”（potentialenvironmentalimpactsoflight-emittingdiodes（leds）:metallicresources,toxicity,andhazardouswasteclassification）。他們綜合三種類型燈泡（普通白熾燈、led和節(jié)能燈）在許多方面的情況進(jìn)行了環(huán)境與資源方面的評(píng)價(jià)。
節(jié)能燈要消耗更多的銻、銅（主要是用于線圈和印刷線路板）、鐵、鉛（印刷線路板和焊料）、汞（螺旋式節(jié)能燈）、磷、釔（熒光）和鋅（防護(hù)性涂層鋼）。led燈泡需要更多的鋁（散熱片）、銻（led芯片）、鋇、鉻（不銹鋼）、銅（線圈）、鎵（led芯片）、金（led線）、鐵、鉛（印刷線路板）、磷、銀（反光涂層）和鋅（保護(hù)層）。白熾燈泡只有鎢（燈絲）和鎳?；厥绽霉?jié)能燈和led燈中的金屬是非常有必要的，如銅估計(jì)有26%的巖石圈儲(chǔ)量已經(jīng)用于*使用狀態(tài)或者廢棄掉。對(duì)節(jié)能燈和led燈泡的廢棄物管理政策應(yīng)包括制造商對(duì)廢棄燈泡的回收系統(tǒng)或“抵押返還”（deposit-refund）制度。此外，在產(chǎn)品上標(biāo)示其潛在的危險(xiǎn)性，讓其放入正確的垃圾分類和回收系統(tǒng)中，避免將其丟到常規(guī)的生活垃圾中。環(huán)境設(shè)計(jì)項(xiàng)目（designfortheenvironmentprogram，dfe）是美國(guó)環(huán)保署1992年開發(fā)的一個(gè)項(xiàng)目，致力于防止污染以及給人類和環(huán)境帶來的污染風(fēng)險(xiǎn)。dfe要求在設(shè)計(jì)過程中考慮產(chǎn)品生命周期內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量問題，從材料管理一直貫穿到回收和再利用減少對(duì)環(huán)境的影響。dfe項(xiàng)目提供有關(guān)更安全的電子設(shè)備、更安全的阻燃劑、更安全的化學(xué)配方以及*環(huán)境實(shí)踐。dfe采用多種設(shè)計(jì)方法，試圖減少產(chǎn)品的生產(chǎn)、過程和服務(wù)環(huán)節(jié)（整個(gè)生命周期）中對(duì)人類健康和環(huán)境影響。補(bǔ)貼燈泡產(chǎn)品的回收，倒是可以激勵(lì)制造商執(zhí)行dfe程序，這樣也節(jié)省資源消耗，通過減少產(chǎn)品中的金屬含量消除了不良影響。
廢棄物毒性特性溶出程序（tclp）是美國(guó)*的一種測(cè)試方法，包括總閾值限制濃度（ttlc）和可溶性閾值限制濃度（stlc），旨在模擬垃圾填埋場(chǎng)中通過水溶出而進(jìn)入地下水的過程。ttlc分析可首先確定樣品中各目標(biāo)分析物的總濃度。當(dāng)任何目標(biāo)分析物超過ttlc的限制時(shí)，這個(gè)廢棄物就可被歸為危險(xiǎn)廢棄物，不需進(jìn)一步的測(cè)試。如果ttlc沒有超出限制，其結(jié)果就用于確定stlc或廢料提取試驗(yàn)（wet）是否必要。calscience環(huán)境實(shí)驗(yàn)室還需要用魚進(jìn)行生物測(cè)定（96小時(shí)半致死濃度）。
經(jīng)過上述測(cè)試發(fā)現(xiàn)，由于led燈泡需要金、銀、銻、銅，所以在資源消耗上比白熾燈高2個(gè)數(shù)量級(jí)，比節(jié)能燈高2-5倍高。對(duì)節(jié)能燈來說，在資源消耗上有重要影響的物質(zhì)是銅。銀和金是稀貴金屬，在歐盟銻也列為存在資源危機(jī)的材料。雖然在美國(guó)銅還沒有達(dá)到危機(jī)的程度，但在節(jié)能燈和led中，銅的用量非常高，是其他金屬材料的1-6個(gè)數(shù)量級(jí)，發(fā)展下去也令人擔(dān)憂。led燈泡中金屬含量zui多的是鋁、鋇、鉻、鎵，它們并會(huì)不明顯導(dǎo)致總資源的消耗。這里需要注意的是，在考慮供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)上，雖然鎵在的儲(chǔ)量估計(jì)相當(dāng)大，但仍被認(rèn)為是一種可能面臨危機(jī)的材料，因?yàn)殒壷皇亲鳛樘幚礓X土礦和鋅礦石的副產(chǎn)品而獲取。相反，釔、釓和鈰雖然也屬于稀土元素，但不太會(huì)成為危機(jī)材，因?yàn)獒悺⑩嬙谶€算儲(chǔ)量豐富，釓的用量非常少。
如果led和節(jié)能燈以目前的速度持續(xù)地取代白熾燈泡，就會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的資源消耗，因?yàn)榻?、銀、銻、銅的資源供應(yīng)是不足的。由于金具有低電熱阻抗，主要用于連接led芯片中電極的導(dǎo)線。銀作為led中優(yōu)良的反光涂層材料。銻是led芯片的核心材料。銅是用于led和節(jié)能燈中的線圈為和印刷電路板。因此，在dfe中，這些輔助的組件（非發(fā)光技術(shù)本身）是有希望進(jìn)行改造和革新的，以減少其金屬含量，正如在信息和通信產(chǎn)業(yè)，光纖電纜取代銅電纜一樣。附加的例子在實(shí)際產(chǎn)品的成功的dfe可以發(fā)現(xiàn)在美國(guó)epadfe。除了改造組件技術(shù)，回收技術(shù)和管理策略也應(yīng)該跟進(jìn)，確保在led和節(jié)能燈中回收的貴重金屬能進(jìn)入再循環(huán)。
在現(xiàn)有的美國(guó)聯(lián)邦與加州州政府的法規(guī)中，通過應(yīng)用基于生命周期影響和基于危害的評(píng)價(jià)方法，評(píng)估這些燈泡產(chǎn)品是否可歸為危險(xiǎn)廢棄物。基于生命周期影響的方法，與常規(guī)的生命周期評(píng)估（lca）是不同的，它是要量化lca中元素的毒性潛力。節(jié)能燈和led燈都可歸為危險(xiǎn)廢棄物，因?yàn)榭闪魇У你U已經(jīng)極度過量了（分別為132mg/l與44mg/l，而安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為5）和高含量的銅（111000mg/kg和31600mg/kg，而安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為2500）、鉛（cfl燈泡為3860mg/kg，安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為1000）和鋅（cfl燈泡為34500mg/kg，安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為5000），而白熾燈泡是不危險(xiǎn)的。注意，cfl燈泡的結(jié)果中，沒有考慮燈泡汞蒸氣，實(shí)驗(yàn)樣品制備過程中沒有進(jìn)行捕獲）。與白熾燈相比，節(jié)能燈和led燈具有較高的導(dǎo)致資源枯竭和毒性的潛力，主要是由于它們具有較高的鋁、銅、金、鉛、銀和鋅。
led具有zui高的毒性潛力，主要是由于含銅和鋁，節(jié)能燈次之，因?yàn)橹饕饘偈倾~。這些結(jié)果與潛在毒性指標(biāo)（toxicpotentialindicator，tpi）的結(jié)果有所不同。tpi的結(jié)果表明，節(jié)能燈具有zui高的毒性可能主要是由于其中含鋅和銅，其次才是含銅的led。白熾燈泡含鋁、銅、鎳，但量很低，毒性潛力小。節(jié)能燈的具有zui高的人類毒性和生態(tài)毒性潛力，led次之。節(jié)能燈的人類毒性和生態(tài)毒性分別比led高2.5倍和1.3倍，是白熾燈的2個(gè)數(shù)量級(jí)?？疾鞜襞葜懈鹘饘僭貙?duì)人類毒性和生態(tài)毒性的相對(duì)貢獻(xiàn)，鋅和銅是zui高的，分別占89?98%和74-89%。
綜合來說，節(jié)能燈和led燈的環(huán)境潛在影響分別高于白熾燈3-26倍和2-3倍。目前的節(jié)能燈和led燈泡技術(shù)需要進(jìn)一步發(fā)展，降低整體資源消耗和毒性潛力。權(quán)衡收益與成本的綜合評(píng)估認(rèn)為，從dfe生命周期角度證明尋找替代材料是很有必要，盡量減少鋁、銅、金、鉛、銀、鋅的使用。另一種方法是開發(fā)壽命更長(zhǎng)的節(jié)能燈和led燈泡，可減少新的資源的使用和廢棄物數(shù)量。
因此，在照明產(chǎn)品的開發(fā)中，除了提高能源利用效率，還應(yīng)該重點(diǎn)開發(fā)在不影響他們的性能和壽命的前提下，減少危險(xiǎn)和稀有金屬含量的技術(shù)。燈泡中的一些金屬是非常有限的，從dfe生命周期角度證明尋找替代材料很有必要，盡量減少鋁、銅、金、鉛、銀、鋅的使用。因此，迫切需要開發(fā)壽命更長(zhǎng)的節(jié)能燈和led燈泡。