Des del descobriment de l'eficàcia germicida UV l'any 1901, la desinfecció ultraviolada s'ha dut a terme principalment amb làmpades de mercuri de baixa pressió.
El mercuri està present a les làmpades de mercuri de baixa pressió, cosa que genera preocupacions per la contaminació del medi ambient. Igual que la substitució del LED de les bombetes fluorescents, es preveu que els LED siguin una tecnologia alternativa ecològicament benigna. L'eficiència dels LED UV és ara més baixa que la de les làmpades de mercuri de baixa pressió, malgrat la seva ràpida millora anual. Com que no s'ha desenvolupat cap tecnologia substitutiva, les làmpades de mercuri de baixa pressió queden excloses de la Directiva RoHS per a usos particulars fins al 24 de febrer de 2027 (Article 4(a)). Si es demostra que no hi ha cap tecnologia substitutiva disponible més enllà del 2027, aquesta exempció es podrà prorrogar. És realment necessària una extensió? Algunes aplicacions poden adoptar LED ara mateix, segons Nichia, i gairebé totes les aplicacions ho podran fer el febrer de 2027.
Aquí, Nichia presenta un exemple del món real on s'estan explorant els LED UV com a alternativa de desinfecció a les làmpades de mercuri de baixa pressió.
Desinfecció de superfícies amb làmpades de mercuri de baixa pressió → Cas pràctics d'adopció de LED
La desinfecció de superfícies, la desinfecció de l'aire mitjançant purificadors i la desinfecció del sistema d'aigua i clavegueram s'inclouen a l'àrea de desinfecció UV mitjançant làmpades de mercuri de baixa pressió. La neteja d'equips i contenidors de la indústria alimentària és un cas habitual de desinfecció de superfícies. A les instal·lacions de processament d'aliments, els contenidors s'omplen d'aliments després d'haver estat exposats a la llum UV per desinfectar l'interior i evitar que els gèrmens creixin i contaminin els aliments.
Una il·lustració dels envasos d'aliments exposats a la radiació UV:
Les làmpades de mercuri de baixa pressió emeten llum ultraviolada des de dalt dels recipients per desinfectar l'interior de molts recipients d'aliments alhora. Per tant, s'ha d'utilitzar quars fos per cobrir les làmpades de mercuri de baixa pressió per evitar la contaminació per mercuri i el trencament del vidre en cas que la làmpada falli.
Una il·lustració de la radiació vista des de dalt:
A diferència de les làmpades de mercuri de baixa pressió, els LED es poden utilitzar per irradiar només l'element objectiu amb llum UV, ja que les seves configuracions i posicions es poden escollir i modificar amb precisió, tal com es mostra a la imatge d'irradiació anterior. D'altra banda, les làmpades de mercuri de baixa pressió emeten llum en totes direccions, exposant els espais entre recipients individuals i la part posterior de les làmpades a llum ultraviolada addicional.
A més, com que les làmpades de mercuri de baixa pressió triguen molt a encendre i apagar-se, s'han de mantenir enceses en tot moment. Els LED, d'altra banda, proporcionen un encès/apagat instantani, és a dir, només es poden encendre quan calgui, la qual cosa pot reduir el consum d'energia i les emissions de CO2.
A la vista de la informació esmentada anteriorment, a la taula següent es mostren els resultats d'una comparació entre LED i làmpades de mercuri de baixa pressió.
Resultat de l'estudi
La potència d'entrada necessària per obtenir el mateix efecte de desinfecció en els valors reals d'aquest exemple d'investigació és de 600 W i 312 W.
El LED UV 434C de Nichia es va utilitzar per provar la irradiància i l'eficiència del LED.
Segons Shikoku Electric Power CO., Inc., el factor d'emissió de CO2 per a l'exercici 2021 és de 0,527 t/MWh.
En comparació amb els LED, que tenen una eficiència del 5,4%, les làmpades de mercuri de baixa pressió tenen una eficiència més gran del 22%. Tanmateix, els LED poden utilitzar fins a un 90% de la irradiació UV que generen, mentre que les làmpades de mercuri de baixa pressió només utilitzen un 9%. Així, en comparació amb les làmpades de mercuri de baixa pressió, que necessiten 600W d'electricitat per oferir el mateix efecte desinfectant, els LED necessiten 312 W. A més, els LED només es poden activar quan sigui necessari. Per exemple, si les làmpades de mercuri de baixa pressió es deixen enceses durant 18 hores al dia, els LED es poden encendre durant 14 hores. Suposant que cada làmpada s'utilitza durant 300 dies, el consum d'energia de les làmpades de mercuri de baixa pressió amb 600 W de potència d'entrada és de 3,2 MWh anuals, mentre que els LED amb 312 W de potència d'entrada consumeixen 1,3 MWh anuals, una reducció del 60%. A més, les emissions de CO2 es calculen utilitzant les emissions de CO2 de 0,527 tones per 1 MWh de potència. Els LED produeixen 0,69 tones de CO2 anualment en comparació amb les 1,7 tones de les làmpades de mercuri de baixa pressió, la qual cosa suposa una disminució del 60%.
Full de ruta
Resum
Les característiques dels LED, com ara la seva elevada utilització de flux radiant mitjançant la il·luminació selectiva només de les regions requerides i les seves capacitats d'encesa/apagada instantània, es van utilitzar en aquest estudi de cas per aconseguir avantatges notables. Per tant, Nichia pot demostrar inequívocament que els LED poden servir com a tecnologia substitutiva de les làmpades de mercuri amb baixa pressió.
A part de l'exemple esmentat, Nichia col·laborarà amb els seus clients i socis per crear dissenys que utilitzen característiques LED en altres aplicacions de desinfecció, com ara la desinfecció de l'aire i l'aigua. Nichia farà tot el possible per garantir que la tecnologia LED substitueixi les làmpades de mercuri de baixa pressió.
A més, tal com indica el full de ruta, el rendiment dels LED UV ha millorat significativament en els últims anys. El progrés tecnològic és ràpid a causa de l'impacte sinèrgic de les expectatives de desenvolupament dels LED derivades de les restriccions ambientals i la necessitat de lluitar contra les malalties infeccioses. En alguns casos, l'ús de LED en lloc de làmpades de mercuri de baixa pressió ja s'està realitzant mitjançant el desenvolupament d'un disseny que capitalitza les capacitats dels LED. Segons Nichia, això, juntament amb la millora impressionant del rendiment fonamental dels LED UV, provocarà una tendència encara més gran, i els LED UV seran àmpliament acceptats com a substituts de les làmpades de mercuri de baixa pressió en totes les aplicacions i dominis de desinfecció. En conseqüència, no caldrà ampliar l'exempció RoHS més enllà del 2027.
A més de treballar per abordar les preocupacions de la societat, com ara l'establiment d'una societat lliure de mercuri i neutre en carboni, Nichia continuarà millorant el rendiment dels LED.
