Le luci a LED potrebbero contribuire a massicce riduzioni di carbonio

Sep 04, 2023

L’ultimo decennio ha visto un cambiamento di paradigma nel modo in cui il mondo guarda all’illuminazione. Case, uffici e strade hanno spento le inutili luci a incandescenza e fluorescenti che esponevano gli utenti e l’ambiente a contaminazione tossica.

Al loro posto, gli scienziati del clima e i governi hanno promosso le lampadine a diodi a emissione di luce (LED) per contrastare il crescente consumo di elettricità, di cui circa il 20% proviene dall’illuminazione, che costituisce il 6% delle emissioni globali di carbonio. Senza l’adozione dei LED, il consumo globale di energia per l’illuminazione potrebbe aumentare del 60% entro il 2030.

Grazie all'utilizzo del nitruro di gallio, un materiale che produce luce blu e che ha valso ai suoi inventori il Premio Nobel per la fisica, i LED consumano circa il 75% in meno di elettricità e durano 25 volte di più rispetto alle precedenti forme di illuminazione.

"I LED blu sono straordinariamente efficienti", afferma Rachel Oliver, professoressa di scienza dei materiali all'Università di Cambridge. Nel 2017, gli analisti di IHS Markit, un servizio di informazioni sul clima, hanno affermato che il passaggio ai LED è stato responsabile di una riduzione delle emissioni di mezzo miliardo di tonnellate di CO2 quell’anno, equivalente alla chiusura di 162 centrali elettriche a carbone.

Secondo l’Agenzia internazionale per l’energia, i LED costituiscono oltre la metà delle vendite di luce in tutto il mondo, che pone l’illuminazione sulla buona strada per raggiungere gli scenari di zero emissioni nette entro il 2030. Ciò lascia anche molto spazio alla crescita. Oltre a ciò, le persone e le aziende utilizzano più illuminazione che mai, quindi la tecnologia scelta per illuminare la società dovrà probabilmente essere implementata in un numero molto maggiore di quello attualmente esistente. Anche la velocità è importante, poiché l’IEA stima che uno scenario a zero emissioni dipenderà dal fatto che i LED rappresenteranno tutte le vendite di illuminazione entro il 2025.

Nonostante l’adozione diffusa della tecnologia, in tutto il mondo, praticamente nessun LED viene riciclato o riutilizzato per le sue parti. La maggior parte dello sviluppo delle luci a LED avviene a porte chiuse e i ricercatori sono rimasti sorpresi nello scoprire quali materiali finiscono nelle luci che acquistano.

La strada da percorrere per i LED sarà plasmata dalla capacità di progettare luci adatte al riciclo, farle durare il più a lungo possibile e ridurre gli effetti dannosi che l’inquinamento luminoso ha sulla salute umana e sugli ecosistemi. Trovare i materiali necessari per produrli potrebbe indurre le aziende a riconsiderare sia i rifiuti minerari che quelli post-consumo.

"Il nitruro di gallio è un ottimo materiale per realizzare luci molto efficienti, e noi vogliamo luci molto efficienti perché è un buon modo per ridurre i costi del carbonio", afferma Oliver, che dirige anche il Cambridge Centre for Gallium Nitride. "Allora come possiamo farli vivere più a lungo in modo da non doverne usare così tanti? E ​​come possiamo farli in modo che siano progettati per essere riciclabili fin dall'inizio?"

Il successo dei LED non dipende solo dal gallio e dall’azoto, che esistono solo come macchie nelle luci a LED. Lampadine, tubi e strisce luminose che utilizzano LED mettono insieme una dozzina di metalli acquistati e spediti da tutto il mondo, in genere verso i paesi asiatici per la produzione. Molti di questi materiali sono prodotti in piccole quantità come sottoprodotti dell’attività mineraria. Tutto sommato, le luci a LED che stanno nel palmo di una mano sono creazioni delicate composte da più di una dozzina di elementi.

L'elettricità entra in una lampadina LED attraverso fili di rame, raggiungendo un lato del diodo e attirando l'altro lato per condividere gli elettroni. La combinazione dei due materiali produce luce e, con l'aggiunta di indio e alluminio, è più probabile che i diodi si combinino e producano una luce più brillante. Saldato su un circuito stampato con oro, cobalto, antimonio, magnesio, arsenico, cadmio e ancora più gallio.

Il diodo stesso produce solo luce blu, ma le tonalità gialle e arancioni sono spesso preferibili negli ambienti chiusi. Un ulteriore fosforo, o strato trasparente contenente ittrio, alluminio, granato e un po' di cerio, filtra la luce blu, lasciando i colori più vicini al bianco. Combinazioni di bario, stronzio, cadmio ed europio possono produrre colori rossi, mentre cerio e lutezio possono produrre più sfumature giallo-verdi.