Sinds de ontdekking van de kiemdodende werking van UV in 1901 wordt ultraviolette desinfectie meestal uitgevoerd met behulp van lagedrukkwiklampen.
Kwik is aanwezig in lagedrukkwiklampen, wat zorgen doet rijzen over vervuiling van het milieu. Net als de LED-vervanging van fluorescentielampen wordt verwacht dat LED's een ecologisch goedaardige alternatieve technologie zullen zijn. De efficiëntie van UV-LED's is nu lager dan die van lagedrukkwiklampen, ondanks hun snelle jaarlijkse verbetering. Omdat er geen vervangende technologie is ontwikkeld, zijn lagedrukkwiklampen tot 24 februari 2027 uitgesloten van de RoHS-richtlijn voor bepaalde toepassingen (punt 4(a)). Indien blijkt dat er na 2027 geen vervangende technologie beschikbaar is, kan deze vrijstelling worden verlengd. Is een verlenging echt nodig? Volgens Nichia zullen sommige toepassingen nu LED's gaan gebruiken, en tegen februari 2027 zullen bijna alle toepassingen dit kunnen doen.
Hier presenteert Nichia een praktijkvoorbeeld waarbij UV-LED's worden onderzocht als desinfectiealternatief voor lagedrukkwiklampen.
Oppervlaktedesinfectie met behulp van lagedrukkwiklampen → Casestudies van LED-adoptie
Oppervlaktedesinfectie, luchtdesinfectie via luchtreinigers en desinfectie van water en riolering vallen allemaal onder de UV-desinfectie met behulp van lagedrukkwiklampen. Het reinigen van apparatuur en containers in de voedingsindustrie is een veelvoorkomend voorbeeld van oppervlaktedesinfectie. In voedselverwerkingsfaciliteiten worden containers gevuld met voedsel nadat ze zijn blootgesteld aan UV-licht om de binnenkant te desinfecteren en te voorkomen dat ziektekiemen groeien en het voedsel besmetten.
Een illustratie van voedselcontainers blootgesteld aan UV-straling:
Lagedrukkwiklampen zenden ultraviolet licht van boven de containers uit om de binnenkant van veel voedselcontainers tegelijk te desinfecteren. Daarom moet gesmolten kwarts worden gebruikt om lagedrukkwiklampen af te dekken om kwikverontreiniging en glasbreuk te voorkomen als de lamp uitvalt.
Een illustratie van straling van bovenaf gezien:
In tegenstelling tot lagedrukkwiklampen kunnen LED's worden gebruikt om alleen het doelobject met UV-licht te bestralen, omdat hun configuraties en posities nauwkeurig kunnen worden gekozen en gewijzigd, zoals weergegeven in het bestralingsbeeld hierboven. Aan de andere kant zenden lagedrukkwiklampen licht uit in alle richtingen, waardoor de ruimtes tussen individuele containers en de achterkant van de lampen worden blootgesteld aan extra UV-licht.
Omdat het bovendien lang duurt voordat lagedrukkwiklampen in- en uitschakelen, moeten ze te allen tijde "aan" blijven. LED's daarentegen zorgen voor een onmiddellijke aan/uit-functie, wat betekent dat ze alleen mogen worden ingeschakeld wanneer dat nodig is, waardoor het energieverbruik en de CO2-uitstoot mogelijk worden verlaagd.
In het licht van de bovengenoemde informatie worden de resultaten van een vergelijking tussen LED's en lagedrukkwiklampen weergegeven in de volgende tabel.
Studieresultaat
Het ingangsvermogen dat nodig is om hetzelfde desinfectie-effect te verkrijgen bij de werkelijke waarden in dit onderzoeksvoorbeeld is 600W en 312W.
Nichia's UV LED 434C werd gebruikt om de bestralingssterkte en efficiëntie van de LED te testen.
Volgens Shikoku Electric Power CO., Inc. bedraagt de CO2-emissiefactor voor FY2021 0,527t/MWh.
Vergeleken met LED's, die een rendement van 5,4% hebben, hebben lagedrukkwiklampen een hoger rendement van 22%. LED's kunnen echter tot 90% van de UV-straling die ze genereren, gebruiken, terwijl lagedrukkwiklampen slechts 9% gebruiken. Vergeleken met lagedrukkwiklampen, die 600 W elektriciteit nodig hebben om hetzelfde desinfecterende effect te bereiken, hebben LED's dus 312 W nodig. Bovendien kunnen LED's alleen worden geactiveerd als dat nodig is. Als lagedrukkwiklampen bijvoorbeeld 18 uur per dag branden, kunnen LED's 14 uur branden. Ervan uitgaande dat elke lamp 300 dagen wordt gebruikt, bedraagt het energieverbruik van lagedrukkwiklampen met een ingangsvermogen van 600 W jaarlijks 3,2 MWh, terwijl LED's met een ingangsvermogen van 312 W jaarlijks 1,3 MWh verbruiken, een reductie van 60%. Bovendien wordt de CO2-uitstoot berekend op basis van de CO2-uitstoot van 0,527 ton per 1 MWh stroom. LED's produceren jaarlijks 0,69 ton CO2, vergeleken met 1,7 ton van lagedrukkwiklampen, wat een afname van 60% is.
Routekaart
Samenvatting
De kenmerken van LED's, zoals hun hoge benutting van de stralingsstroom via selectieve verlichting van alleen de vereiste gebieden en hun onmiddellijke aan/uit-mogelijkheden, werden in deze casestudy gebruikt om opmerkelijke voordelen te behalen. Nichia kan daarmee ondubbelzinnig aantonen dat LED's kunnen dienen als vervangingstechnologie voor kwiklampen met lage druk.
Naast het bovengenoemde voorbeeld zal Nichia samenwerken met haar klanten en partners om ontwerpen te maken die LED-kenmerken gebruiken in andere desinfectietoepassingen, zoals lucht- en waterdesinfectie. Nichia zal er alles aan doen om ervoor te zorgen dat LED-technologie de lagedrukkwiklampen vervangt.
Bovendien zijn, zoals in de routekaart staat, de prestaties van UV-LED's de afgelopen jaren aanzienlijk verbeterd. De technologische vooruitgang gaat snel vanwege de synergetische impact van de ontwikkelingsverwachtingen voor LED's als gevolg van milieubeperkingen en de noodzaak om infectieziekten te bestrijden. In sommige gevallen wordt het gebruik van LED's in plaats van lagedrukkwiklampen al gerealiseerd via de ontwikkeling van een ontwerp dat gebruik maakt van de mogelijkheden van LED's. Volgens Nichia zal dit, samen met de indrukwekkende verbetering van de fundamentele prestaties van UV-LED's, een nog grotere trend veroorzaken, en zullen UV-LED's algemeen aanvaard worden als vervanging voor lagedrukkwiklampen in alle desinfectietoepassingen en -domeinen. Bijgevolg is het niet nodig om de RoHS-vrijstelling na 2027 te verlengen.
Naast het aanpakken van maatschappelijke problemen, waaronder de totstandbrenging van een kwikvrije en koolstofneutrale samenleving, zal Nichia de prestaties van LED's blijven verbeteren.
