Vor ein paar Wochen schrieb ich, dass eine der wichtigsten Änderungen, die auf dem Gebiet der Seltenen Erden stattgefunden hat, den Beleuchtungsmarkt betrifft. Leuchtstoffröhren funktionieren indem Elektronen auf Atome eines verfeinerten Gases in einem Glasrohr prallen und die Atome anregen, die dann UV-Photonen abgeben. Diese Photonen treffen auf Leuchtstoff-Moleküle, die das hochenergetische UV-Licht in sichtbares Licht umwandeln.
Für die unter Ihnen, die es nicht wussten: Unter einem nackten Fluoreszenzlicht zu sitzen, kompakt oder nicht, bedeutet großes Vertrauen in die Qualitätskontrolle des Herstellers zu haben. Denn nur wenn die Leuchtstoffbeschichtung extrem gleichmäßig und vollständig ist, entweicht kein böses UV-Licht, das Hautkrebs verursachen kann. Halten Sie die Leuchtstofflampen hinter Kunststoff oder Glas, um sicherzugehen, dass das nicht passiert.
Zur Herstellung von Fluoreszenzlicht wird ein Glasrohr benötigt, sowie eine flüssige Leuchtstoff-Partikel Suspension, um damit die Innenseite des Rohres zu beschichten. Sobald die Flüssigkeit verdampft ist, wird das Glasrohr bis zu dem Punkt erhitzt an dem das Glas weich wird und die Phosphorpartikel im Rohr haften. Dann wird das Rohr mit Gas gefüllt und abgedichtet.
Heutzutage werden für die besten Leuchtstoffe Seltene Erden, wie Yttrium und Cer als Träger und Terbium und Europium als Dotierungsmittel und Lichtemitter genutzt. Jemand erkannte vor einer ganzen Weile dass, während die Leuchtstoffpartikel kleiner als 10 μm sind, nur die Oberfläche und der Bereich direkt darunter, mit den UV-Photonen in Wechselwirkung stehen.
Als Seltene Erden immer teurer wurden und schwieriger zu bekommen waren, beschlossen mehrere Unternehmen, Leuchtstoffpartikel herzustellen, indem sie freie Trägerpartikel ohne Seltene Erden herstellten und die Trägerpartikel mit Leuchtstoffmaterial überzogen. Das Ergebnis hinsichtlich der Beleuchtung war das gleiche. Die Kosten waren, aufgrund des geringeren Einsatz von hochpreisigen Seltenen Erden, gleich bis geringer.
Die allgemeine Ansicht ist, dass wir uns im Übergang von Leuchtstoffröhren zu LEDs befinden. Ein Leser fragte, wie sich diese Änderungen auf die Nachfrage von Seltenen Erden auswirken würden. Während LEDs weniger Phosphormaterial enthalten, könnte die Nachfrage nach Seltenen Erden steigen, da viel mehr LEDs erforderlich sind.
Ich denke, die Frage bzgl. Anzahl gegenüber benötigtem Materialbedarf pro Einheit ist leicht zu beantworten. Eine typische LED hat eine Lichtausbeute von über 110 lm/W und die Geräte haben in der Regel 1 W Leistung und enthalten einen ca. 1 mm2 Galliumnitrid-Chip mit einer Leuchtstoffbeschichtung von etwa 4 mg/ mm2 (nach einem Patent von Nichia). Die gleichen Spezifikationen für eine T8 Leuchtstoffröhre sagen, dass die Lichtausbeute etwa 90 lm/W beträgt, aber der Stromverbrauch in einem 900mm-Rohr etwa 30 W ist, mit einer inneren Fläche von 456 cm2 (entsprechend einem GE-Patent) und etwa 2,5 mg/cm2 Phosphorbeschichtungen. Das sagt uns, dass eine einzige Röhre T8 von 900 mm Länge etwa 2700 Lumen Licht erzeugt und etwa 1.140 mg Phosphor enthält. Um die gleichen 2.700 Lumen Licht zu produzieren, evtl. sogar von besserer Qualität, sind etwa 25 LEDs mit insgesamt 100 mg Phosphor notwendig.
Es scheint, dass die verwendeten Leuchtstoffe fast genau die gleichen Mengen an Seltenen Erden enthalten, da die Mechanismen zum Erzeugen des sichtbaren Lichts grundsätzlich die gleichen für eine LED und einen Leuchtstofflampe sind.
Die erforderliche Menge an Phosphor und damit an Seltenen Erden pro erzeugter Lichtmenge ist für LEDs entschieden niedriger als für Leuchtstoff. Beachten Sie, dass wir hier nicht den Stromverbrauch bei der Beleuchtung diskutieren. Die LED-Leuchten verbrauchen weniger Leistung, aber sie brauchen deutlich weniger seltenen Erden, um dies zu tun.
All die oben genannten Zahlen wurden vor der neuesten Entwicklung von phosphorbeschichteten Trägerpartikeln generiert. Die Menge an Phosphor für effiziente Beleuchtung ist nun drastisch gesunken und wird noch weiter fallen, da LEDs, Leuchtstoffe und Glühlampen ersetzt.
Doch es gibt Hoffnung. Laut GE im Jahr 2013, machen LED-Leuchten z.Z. nur 18% des Markts aus und Glühlampen sind immer noch ein wichtiger Spieler. GE sagt jedoch auch, dass der Marktanteil von LEDs voraussichtlich um 70% im Jahr 2020, vor allem auf Kosten von Glühlampen, steigen wird.
Das meiste dieses Anstiegs kommt durch Gesetze in den USA, sowie Einschränkungen in China, das einen reduzierten Energieverbrauch für die Beleuchtung in Regierungs- und Bürogebäuden verlangt. Abgesehen von zusätzlichen Technologieentwicklungen zum Ziel der Phosphorreduktion, wird die Umstellung auf LED-Beleuchtung den Seltenen Erden Lieferanten vielleicht etwas zum jubeln liefern.
