Frá því að UV sýkladrepandi verkun uppgötvaðist árið 1901 hefur útfjólublá sótthreinsun að mestu verið framkvæmd með lágþrýsti kvikasilfurslömpum.
Kvikasilfur er til staðar í lágþrýsti kvikasilfurslömpum, sem vekur áhyggjur af mengun umhverfisins. Eins og LED skipti á flúrperum, er gert ráð fyrir að LED sé vistfræðilega góð önnur tækni. Skilvirkni UV LED er nú minni en lágþrýstings kvikasilfurslampa, þrátt fyrir hraða árlega bata þeirra. Vegna þess að engin staðgengilstækni hefur verið þróuð eru lágþrýstikvikasilfurslampar þannig undanskildir RoHS-tilskipuninni til sérstakra nota fram til 24. febrúar 2027 (a-liður 4). Ef sýnt er fram á að engin staðgöngutækni sé tiltæk eftir 2027 er heimilt að framlengja þessa undanþágu. Er virkilega þörf á framlengingu? Sum forrit gætu tekið upp LED núna, samkvæmt Nichia, og næstum öll forrit munu geta gert það í febrúar 2027.
Hér kynnir Nichia raunverulegt dæmi þar sem verið er að skoða UV LED sem sótthreinsunarval til lágþrýstings kvikasilfurslampa.
Sótthreinsun yfirborðs með lágþrýsti kvikasilfurslömpum → Tilviksrannsóknir á LED ættleiðingu
Yfirborðssótthreinsun, loftsótthreinsun með hreinsiefnum og sótthreinsun vatns og fráveitukerfis eru allt innifalin á sviði UV-sótthreinsunar með lágþrýstingskvikasilfurslömpum. Þrif á búnaði og ílátum í matvælaiðnaði er algengt dæmi um yfirborðssótthreinsun. Í matvælavinnslustöðvum eru ílát fyllt með mat eftir að hafa verið útsett fyrir útfjólubláu ljósi til að sótthreinsa að innan og koma í veg fyrir að sýklar vaxi og mengi matinn.
Dæmi um matarílát sem verða fyrir útfjólubláum geislun:
Lágþrýsti kvikasilfurslampar gefa frá sér útfjólubláu ljósi ofan frá ílátunum til að sótthreinsa inni í mörgum matarílátum í einu. Því þarf að nota bræddan kvars til að hylja lágþrýstikvikasilfurslampa til að koma í veg fyrir kvikasilfursmengun og glerbrot ef lampinn bilar.
Mynd af geislun séð ofan frá:
Öfugt við lágþrýsti kvikasilfurslömpur er hægt að nota LED til að geisla aðeins markhlutinn með UV-ljósi þar sem hægt er að velja og breyta stillingum þeirra og staðsetningu nákvæmlega, eins og sýnt er á geislamyndinni hér að ofan. Á hinn bóginn gefa lágþrýsti kvikasilfurslampar frá sér ljós í allar áttir og útsetja rýmin milli einstakra íláta og baka lampanna fyrir auka UV-ljósi.
Ennfremur, þar sem það tekur langan tíma að kveikja og slökkva á lágþrýsti kvikasilfurslömpum, verður að hafa þau alltaf „kveikt“. Ljósdíóða gefur aftur á móti kveikt/slökkt á augabragði, sem þýðir að aðeins er hægt að kveikja á þeim þegar þörf krefur, sem getur hugsanlega dregið úr orkunotkun og CO2 losun.
Í ljósi fyrrgreindra upplýsinga eru niðurstöður samanburðar á LED og lágþrýsti kvikasilfurslömpum sýndar í eftirfarandi töflu.
Niðurstaða náms
Inntaksaflið sem þarf til að fá sömu sótthreinsunaráhrif í raungildunum í þessu rannsóknardæmi er 600W og 312W.
UV LED 434C frá Nichia var notað til að prófa geislun og skilvirkni LED.
Samkvæmt Shikoku Electric Power CO., Inc., er CO2 losunarstuðullinn fyrir FY2021 0,527t/MWst.
Í samanburði við LED, sem hafa 5,4% skilvirkni, hafa lágþrýstings kvikasilfurslampar meiri skilvirkni upp á 22%. Hins vegar geta LED notað allt að 90% af útfjólubláu geisluninni sem þær mynda, en lágþrýstings kvikasilfurslampar nota aðeins 9%. Þannig, miðað við lágþrýstings kvikasilfurslampa, sem þurfa 600W af rafmagni til að veita sömu sótthreinsandi áhrif, þurfa LED 312W. Ennfremur er aðeins hægt að virkja LED þegar þess er krafist. Til dæmis, ef lágþrýstings kvikasilfurslampar eru látnir kveikja í 18 klukkustundir á dag, er hægt að kveikja á LED í 14 klukkustundir. Miðað við að hver lampi sé notaður í 300 daga er orkunotkun lágþrýstikvikasilfurslampa með 600W inntaksafli 3,2MWh á ári, en LED með 312W inntaksorku eyða 1,3MWh á ári, sem er 60% minnkun. Að auki er koltvísýringslosun reiknuð með því að nota losun koltvísýrings upp á 0,527 tonn á 1 MWst af afli. LED framleiða 0,69 tonn af CO2 árlega samanborið við 1,7 tonn frá lágþrýsti kvikasilfurslömpum, sem er 60% samdráttur.
Vegvísir
Samantekt
Eiginleikar ljósdíóða, svo sem nýting þeirra með mikilli geislunarflæði með sértækri lýsingu á aðeins nauðsynlegum svæðum og tafarlaus kveikja/slökkva getu þeirra, voru notaðir í þessari tilviksrannsókn til að ná athyglisverðum kostum. Nichia getur því ótvírætt sýnt fram á að LED geta komið í staðinn fyrir kvikasilfurslampa með lágan þrýsting.
Burtséð frá fyrrnefndu dæmi mun Nichia vinna með viðskiptavinum sínum og samstarfsaðilum til að búa til hönnun sem notar LED eiginleika í öðrum sótthreinsunarforritum, svo sem loft- og vatnssótthreinsun. Nichia mun kappkosta að tryggja að LED tækni komi í stað lágþrýsti kvikasilfurslampa.
Að auki, eins og vegvísirinn segir, hefur UV LED árangur batnað verulega á undanförnum árum. Tækniframfarir eru hraðar vegna samlegðaráhrifa þróunarvæntinga fyrir LED sem stafar af umhverfistakmörkunum og nauðsyn þess að berjast gegn smitsjúkdómum. Í sumum tilfellum er nú þegar verið að nota LED í stað kvikasilfurslampa með lágþrýstingi með þróun hönnunar sem nýtir sér LED getu. Samkvæmt Nichia mun þetta, ásamt áhrifamikilli aukningu á grundvallarafköstum UV LED, valda enn meiri þróun og UV LED verður almennt viðurkennt sem staðgengill lágþrýstings kvikasilfurslampa í öllum sótthreinsunartækjum og svæðum. Þar af leiðandi mun ekki vera þörf á að framlengja RoHS undanþáguna fram yfir 2027.
Auk þess að vinna að því að taka á samfélagslegum áhyggjum, þar á meðal stofnun kvikasilfurslauss og kolefnishlutlauss samfélags, mun Nichia halda áfram að auka frammistöðu LED.
