Kể từ khi phát hiện ra hiệu quả diệt khuẩn bằng tia cực tím vào năm 1901, việc khử trùng bằng tia cực tím chủ yếu được thực hiện bằng đèn thủy ngân áp suất thấp.
Thủy ngân có trong đèn thủy ngân áp suất thấp, làm dấy lên lo ngại về ô nhiễm môi trường. Giống như việc thay thế đèn LED cho bóng đèn huỳnh quang, đèn LED được dự đoán là một công nghệ thay thế lành tính về mặt sinh thái. Hiệu suất của đèn LED UV hiện nay thấp hơn so với đèn thủy ngân áp suất thấp, mặc dù chúng được cải thiện nhanh chóng hàng năm. Do không có công nghệ thay thế nào được phát triển nên đèn thủy ngân áp suất thấp bị loại khỏi Chỉ thị RoHS cho các mục đích sử dụng cụ thể cho đến ngày 24 tháng 2 năm 2027 (Mục 4(a)). Nếu chứng minh được rằng không có công nghệ thay thế nào sau năm 2027 thì sự miễn trừ này có thể được gia hạn. Việc gia hạn có thực sự cần thiết không? Theo Nichia, một số ứng dụng có thể sử dụng đèn LED ngay bây giờ và hầu hết tất cả các ứng dụng sẽ có thể làm như vậy trước tháng 2 năm 2027.
Ở đây, Nichia trình bày một ví dụ thực tế trong đó đèn LED UV đang được khám phá như một phương pháp khử trùng thay thế cho đèn thủy ngân áp suất thấp.
Khử trùng bề mặt bằng đèn thủy ngân áp suất thấp → Nghiên cứu trường hợp sử dụng đèn LED
Khử trùng bề mặt, khử trùng không khí thông qua máy lọc, khử trùng nước và hệ thống nước thải đều nằm trong lĩnh vực khử trùng bằng tia cực tím sử dụng đèn thủy ngân áp suất thấp. Việc làm sạch thiết bị và thùng chứa công nghiệp thực phẩm là một ví dụ phổ biến của khử trùng bề mặt. Trong các cơ sở chế biến thực phẩm, các thùng chứa chứa đầy thực phẩm sau khi được chiếu tia UV để khử trùng bên trong và ngăn chặn vi trùng phát triển và làm ô nhiễm thực phẩm.
Hình minh họa hộp đựng thực phẩm tiếp xúc với tia UV:
Đèn thủy ngân áp suất thấp phát ra tia cực tím từ phía trên hộp đựng để khử trùng bên trong nhiều hộp đựng thực phẩm cùng một lúc. Do đó, thạch anh nung chảy phải được sử dụng để bọc đèn thủy ngân áp suất thấp để ngăn ngừa ô nhiễm thủy ngân và vỡ kính trong trường hợp đèn bị hỏng.
Hình minh họa bức xạ nhìn từ trên cao:
Ngược lại với đèn thủy ngân áp suất thấp, đèn LED có thể được sử dụng để chỉ chiếu xạ vật thể mục tiêu bằng tia UV vì cấu hình và vị trí của chúng có thể được chọn và thay đổi chính xác, như thể hiện trong hình chiếu xạ ở trên. Mặt khác, đèn thủy ngân áp suất thấp phát ra ánh sáng theo mọi hướng, làm cho khoảng trống giữa các thùng chứa riêng lẻ và mặt sau của đèn tiếp xúc thêm tia UV.
Hơn nữa, vì đèn thủy ngân áp suất thấp mất nhiều thời gian để bật và tắt nên chúng phải luôn được "bật". Mặt khác, đèn LED cung cấp khả năng bật/tắt tức thời, nghĩa là chúng chỉ có thể được bật khi cần thiết, có khả năng giảm mức sử dụng năng lượng và lượng khí thải CO2.
Dựa trên những thông tin nói trên, kết quả so sánh giữa đèn LED và đèn thủy ngân áp suất thấp được trình bày trong bảng sau.
Kết quả học tập
Công suất đầu vào cần thiết để có được hiệu quả khử trùng tương tự theo giá trị thực trong ví dụ nghiên cứu này là 600W và 312W.
Đèn LED UV 434C của Nichia được sử dụng để kiểm tra độ bức xạ và hiệu suất của đèn LED.
Theo Shikoku Electric Power CO., Inc., hệ số phát thải CO2 cho năm tài khóa 2021 là 0,527t/MWh.
So với đèn LED có hiệu suất 5,4%, đèn thủy ngân áp suất thấp có hiệu suất cao hơn 22%. Tuy nhiên, đèn LED có thể sử dụng tới 90% bức xạ UV mà chúng tạo ra, trong khi đèn thủy ngân áp suất thấp chỉ sử dụng 9%. Do đó, so với đèn thủy ngân áp suất thấp cần 6{27}}0W điện để mang lại hiệu quả khử trùng tương tự, thì đèn LED cần 312W. Hơn nữa, đèn LED chỉ có thể được kích hoạt khi được yêu cầu. Ví dụ: nếu đèn thủy ngân áp suất thấp được bật trong 18 giờ mỗi ngày thì đèn LED có thể bật trong 14 giờ. Giả sử mỗi bóng đèn được sử dụng trong 300 ngày, mức tiêu thụ điện của đèn thủy ngân áp suất thấp có công suất đầu vào 600W là 3,2MWh mỗi năm, trong khi đèn LED có công suất đầu vào 312W tiêu thụ 1,3MWh mỗi năm, giảm 60%. Ngoài ra, lượng khí thải CO2 được tính toán bằng cách sử dụng lượng khí thải CO2 là 0,527 tấn trên 1 MWh điện. Đèn LED tạo ra 0,69 tấn CO2 hàng năm so với 1,7 tấn từ đèn thủy ngân áp suất thấp, giảm 60%.
Lộ trình
Bản tóm tắt
Các đặc điểm của đèn LED, chẳng hạn như khả năng sử dụng thông lượng bức xạ cao thông qua chiếu sáng chọn lọc chỉ những vùng cần thiết và khả năng bật/tắt tức thời của chúng, đã được sử dụng trong nghiên cứu điển hình này để đạt được những lợi thế đáng chú ý. Do đó, Nichia có thể chứng minh một cách rõ ràng rằng đèn LED có thể đóng vai trò là công nghệ thay thế cho đèn thủy ngân có áp suất thấp.
Ngoài ví dụ nói trên, Nichia sẽ cộng tác với các khách hàng và đối tác của mình để tạo ra các thiết kế sử dụng các đặc tính của đèn LED trong các ứng dụng khử trùng khác, chẳng hạn như khử trùng không khí và nước. Nichia sẽ nỗ lực hết sức để đảm bảo rằng công nghệ LED sẽ thay thế đèn thủy ngân áp suất thấp.
Ngoài ra, như lộ trình đã nêu, hiệu suất của đèn LED UV đã được cải thiện đáng kể trong những năm gần đây. Tiến bộ công nghệ diễn ra nhanh chóng do tác động tổng hợp của những kỳ vọng phát triển đối với đèn LED do những hạn chế về môi trường và nhu cầu chống lại các bệnh truyền nhiễm. Trong một số trường hợp, việc sử dụng đèn LED thay cho đèn thủy ngân áp suất thấp đã được thực hiện thông qua việc phát triển một thiết kế tận dụng khả năng của đèn LED. Theo Nichia, điều này cùng với sự nâng cao ấn tượng về hiệu suất cơ bản của đèn LED UV sẽ tạo ra một xu hướng thậm chí còn lớn hơn và đèn LED UV sẽ được chấp nhận rộng rãi để thay thế cho đèn thủy ngân áp suất thấp trong tất cả các ứng dụng và lĩnh vực khử trùng. Do đó, sẽ không cần phải gia hạn miễn trừ RoHS sau năm 2027.
Ngoài việc nỗ lực giải quyết các mối quan tâm của xã hội bao gồm việc thiết lập một xã hội không có thủy ngân và trung hòa carbon, Nichia sẽ tiếp tục nâng cao hiệu suất của đèn LED.
