Luzes LED podem contribuir para reduções massivas de carbono

Sep 04, 2023

A última década assistiu a uma mudança de paradigma na forma como o mundo encara a iluminação. Residências, escritórios e ruas desligaram as lâmpadas incandescentes e fluorescentes que desperdiçavam e expunham os usuários e o meio ambiente à contaminação tóxica.

Em seu lugar, cientistas do clima e governos promoveram lâmpadas de diodo emissor de luz (LED) para combater o consumo crescente de eletricidade, da qual cerca de 20% é proveniente da iluminação, representando 6% das emissões globais de carbono. Sem a adoção de LEDs, o consumo global de energia para iluminação pode aumentar 60% até 2030.

Graças ao uso do material nitreto de gálio, que produz luz azul e rendeu a seus inventores o Prêmio Nobel de Física, os LEDs consomem cerca de 75% menos eletricidade e duram 25 vezes mais do que as formas anteriores de iluminação.

"Os LEDs azuis são extraordinariamente eficientes", diz Rachel Oliver, professora de ciência de materiais da Universidade de Cambridge. Em 2017, analistas da IHS Markit, um serviço de informações climáticas, disseram que a mudança para LEDs foi responsável por uma redução nas emissões de meio bilhão de toneladas de CO2 naquele ano – o equivalente ao fechamento de 162 usinas a carvão.

Os LEDs representam mais da metade das vendas de luz em todo o mundo, de acordo com a Agência Internacional de Energia, que coloca a iluminação no caminho para atingir seus cenários líquidos zero até 2030. Isso também deixa muito espaço para crescimento. Além disso, as pessoas e as empresas estão usando mais iluminação do que nunca, portanto, a tecnologia escolhida para iluminar a sociedade provavelmente precisará ser implementada em número muito maior do que o que existe atualmente. A velocidade também é importante, pois a IEA estima que um cenário líquido zero depende de LEDs respondendo por todas as vendas de iluminação até 2025.

Apesar da ampla adoção da tecnologia, em todo o mundo, praticamente nenhum LED é reciclado ou reutilizado em suas peças. A maior parte do desenvolvimento de luzes LED ocorre a portas fechadas e os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir quais materiais acabam nas luzes que compram.

O caminho a seguir para os LEDs será moldado pela capacidade de projetar luzes que sejam adequadas para reciclagem, para que durem o máximo possível e para reduzir os efeitos nocivos da poluição luminosa na saúde humana e nos ecossistemas. Encontrar os materiais necessários para produzi-los pode fazer com que as empresas repensem tanto os resíduos de minas quanto os resíduos pós-consumo.

"O nitreto de gálio é um material muito bom para fazer luzes muito eficientes, e queremos luzes muito eficientes porque é uma boa maneira de reduzir os custos do carbono", diz Oliver, que também dirige o Cambridge Centre for Gallium Nitride. "Então, como podemos fazê-los viver mais para que não tenhamos que usar tantos? E como os fazemos para que sejam projetados para serem recicláveis ​​desde o início?"

O sucesso dos LEDs depende de mais do que apenas gálio e nitrogênio, que existem apenas como manchas nas luzes LED. Lâmpadas, tubos e tiras de luz que usam LEDs reúnem uma dúzia de metais adquiridos e enviados de todo o mundo, geralmente para países da Ásia para fabricação. Muitos desses materiais são produzidos em pequenas quantidades como subprodutos da mineração. Ao todo, as luzes LED que cabem na palma da sua mão são criações delicadas de mais de uma dúzia de elementos.

A eletricidade entra em uma lâmpada LED através de fios de cobre, atingindo um lado do diodo e atraindo o outro lado para compartilhar elétrons. A combinação dos dois materiais produz luz e, com índio e alumínio adicionais, é mais provável que os diodos se combinem e produzam luz mais brilhante. Soldado em uma placa de circuito impresso com ouro, cobalto, antimônio, magnésio, arsênico e cádmio e ainda mais gálio.

O próprio diodo produz apenas luz azul, mas tons de amarelo e laranja são mais preferíveis em ambientes fechados. Um fósforo adicional, ou camada transparente contendo ítrio, alumínio, granada e algum cério, filtra a luz azul, deixando as cores mais próximas do branco. Combinações de bário, estrôncio, cádmio e európio podem produzir cores vermelhas, e cério e lutécio podem produzir mais tons amarelo-esverdeados.