منذ اكتشاف فعالية مبيد الجراثيم بالأشعة فوق البنفسجية في عام 1901، تم إجراء التطهير بالأشعة فوق البنفسجية في الغالب باستخدام مصابيح الزئبق منخفضة الضغط.
ويوجد الزئبق في مصابيح الزئبق ذات الضغط المنخفض، مما يثير المخاوف بشأن تلوث البيئة. مثل استبدال مصابيح LED لمصابيح الفلورسنت، من المتوقع أن تكون مصابيح LED تكنولوجيا بديلة صديقة للبيئة. أصبحت كفاءة مصابيح LED بالأشعة فوق البنفسجية الآن أقل من كفاءة مصابيح الزئبق منخفضة الضغط، على الرغم من تحسنها السنوي السريع. ونظرًا لعدم تطوير تكنولوجيا بديلة، فقد تم استبعاد مصابيح الزئبق منخفضة الضغط من توجيه RoHS لاستخدامات معينة حتى 24 فبراير 2027 (البند 4 (أ)). وإذا تبين أنه لا توجد تكنولوجيا بديلة متاحة بعد عام 2027، فقد يتم تمديد هذا الإعفاء. هل التمديد مطلوب حقا؟ قد تعتمد بعض التطبيقات مصابيح LED في الوقت الحالي، وفقًا لـ Nichia، وستكون جميع التطبيقات تقريبًا قادرة على القيام بذلك بحلول فبراير 2027.
هنا، تقدم Nichia مثالاً واقعيًا حيث يتم استكشاف مصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية كبديل للتطهير لمصابيح الزئبق منخفضة الضغط.
تطهير الأسطح باستخدام مصابيح الزئبق منخفضة الضغط ← دراسات حالة لاعتماد مصابيح LED
يتم تضمين تطهير الأسطح، وتطهير الهواء عبر أجهزة التنقية، وتطهير أنظمة المياه والصرف الصحي في مجال التطهير بالأشعة فوق البنفسجية باستخدام مصابيح الزئبق منخفضة الضغط. يعد تنظيف معدات وحاويات صناعة الأغذية مثالًا شائعًا لتطهير الأسطح. في منشآت تجهيز الأغذية، يتم ملء الحاويات بالطعام بعد تعرضها للأشعة فوق البنفسجية لتطهير الداخل ومنع الجراثيم من النمو وتلويث الطعام.
رسم توضيحي لحاويات المواد الغذائية المعرضة للأشعة فوق البنفسجية:
تنبعث مصابيح الزئبق ذات الضغط المنخفض من الأشعة فوق البنفسجية من فوق الحاويات لتطهير الجزء الداخلي من العديد من حاويات المواد الغذائية في وقت واحد. ولذلك يجب استخدام الكوارتز المنصهر لتغطية مصابيح الزئبق ذات الضغط المنخفض لمنع التلوث بالزئبق وكسر الزجاج في حالة تعطل المصباح.
رسم توضيحي للإشعاع من الأعلى:
على النقيض من مصابيح الزئبق منخفضة الضغط، يمكن استخدام مصابيح LED لتشعيع العنصر المستهدف فقط باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية حيث يمكن اختيار تكويناتها ومواضعها وتعديلها بدقة، كما هو موضح في صورة التشعيع أعلاه. ومن ناحية أخرى، تبعث مصابيح الزئبق ذات الضغط المنخفض الضوء في جميع الاتجاهات، مما يعرض المسافات بين الحاويات الفردية وظهر المصابيح إلى ضوء الأشعة فوق البنفسجية الإضافية.
علاوة على ذلك، بما أن مصابيح الزئبق منخفضة الضغط تستغرق وقتًا طويلاً للتشغيل والإطفاء، فيجب إبقاؤها "مضاءة" في جميع الأوقات. من ناحية أخرى، توفر مصابيح LED تشغيل/إيقاف فوري، مما يعني أنه لا يمكن تشغيلها إلا عند الحاجة إليها، مما قد يؤدي إلى تقليل استخدام الطاقة وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
وفي ضوء المعلومات المذكورة أعلاه، تظهر نتائج المقارنة بين مصابيح LED ومصابيح الزئبق ذات الضغط المنخفض في الجدول التالي.
نتيجة الدراسة
الطاقة المدخلة اللازمة للحصول على نفس تأثير التطهير بالقيم الحقيقية في هذا المثال البحثي هي 600 وات و312 وات.
تم استخدام UV LED 434C من Nichia لاختبار إشعاع LED وكفاءته.
وفقًا لشركة Shikoku Electric Power CO., Inc.، فإن عامل انبعاث ثاني أكسيد الكربون للسنة المالية 21021 هو 0.527 طن/ميغاواط في الساعة.
بالمقارنة مع مصابيح LED التي تبلغ كفاءتها 5.4%، تتمتع مصابيح الزئبق منخفضة الضغط بكفاءة أكبر تبلغ 22%. ومع ذلك، قد تستخدم مصابيح LED ما يصل إلى 90% من الأشعة فوق البنفسجية التي تولدها، بينما تستخدم مصابيح الزئبق منخفضة الضغط 9% فقط. وبالتالي، بالمقارنة مع مصابيح الزئبق منخفضة الضغط، والتي تحتاج إلى 600 واط من الكهرباء لتوفير نفس تأثير التطهير، تتطلب مصابيح LED 312 واط. علاوة على ذلك، لا يمكن تنشيط مصابيح LED إلا عند الحاجة. على سبيل المثال، إذا تم ترك مصابيح الزئبق منخفضة الضغط مضاءة لمدة 18 ساعة في اليوم، فيمكن تشغيل مصابيح LED لمدة 14 ساعة. بافتراض أن كل مصباح يتم استخدامه لمدة 300 يوم، فإن استهلاك الطاقة لمصابيح الزئبق منخفضة الضغط مع 600 واط من طاقة الإدخال هو 3.2 ميجاوات في الساعة سنويًا، في حين تستهلك مصابيح LED ذات 312 وات من طاقة الإدخال 1.3 ميجاوات في الساعة سنويًا، أي انخفاض بنسبة 60٪. بالإضافة إلى ذلك، يتم حساب انبعاثات ثاني أكسيد الكربون باستخدام انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البالغة 0.527 طن لكل 1 ميجاوات ساعة من الطاقة. تنتج مصابيح LED 0.69 طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا مقارنة بـ 1.7 طن من مصابيح الزئبق منخفضة الضغط، وهو ما يمثل انخفاضًا بنسبة 60%.
خريطة الطريق
ملخص
تم استخدام خصائص مصابيح LED، مثل استخدامها العالي للتدفق الإشعاعي عبر الإضاءة الانتقائية للمناطق المطلوبة فقط وقدرات التشغيل/الإيقاف الفورية، في دراسة الحالة هذه لتحقيق مزايا ملحوظة. وبالتالي، يمكن لـ Nichia أن تظهر بشكل لا لبس فيه أن مصابيح LED قد تكون بمثابة تقنية بديلة لمصابيح الزئبق ذات الضغط المنخفض.
وبصرف النظر عن المثال المذكور أعلاه، ستتعاون Nichia مع عملائها وشركائها لإنشاء تصميمات تستخدم خصائص LED في تطبيقات التطهير الأخرى، مثل تطهير الهواء والماء. ستبذل Nichia قصارى جهدها لضمان أن تحل تقنية LED محل مصابيح الزئبق منخفضة الضغط.
بالإضافة إلى ذلك، وكما تنص خارطة الطريق، فقد تحسن أداء مصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة. التقدم التكنولوجي سريع بسبب التأثير التآزري لتوقعات تطوير مصابيح LED الناتجة عن القيود البيئية والحاجة إلى مكافحة الأمراض المعدية. في بعض الحالات، يتم بالفعل استخدام مصابيح LED بدلاً من مصابيح الزئبق منخفضة الضغط من خلال تطوير تصميم يستفيد من إمكانيات مصابيح LED. وفقًا لنيتشيا، فإن هذا، إلى جانب التحسين المذهل للأداء الأساسي لمصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية، سوف يتسبب في اتجاه أكبر، وسيتم قبول مصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية على نطاق واسع كبديل لمصابيح الزئبق منخفضة الضغط في جميع تطبيقات ومجالات التطهير. وبالتالي، لن تكون هناك حاجة لتمديد إعفاء RoHS إلى ما بعد عام 2027.
بالإضافة إلى العمل على معالجة المخاوف المجتمعية بما في ذلك إنشاء مجتمع خالٍ من الزئبق ومحايد للكربون، ستواصل Nichia تحسين أداء مصابيح LED.
