1901년 자외선 살균 효능이 발견된 이후 자외선 소독은 대부분 저압 수은등을 사용해 이뤄졌다.
저압 수은 램프에는 수은이 함유되어 있어 환경 오염에 대한 우려가 높습니다. 형광등을 LED로 대체하는 것처럼 LED도 생태학적으로 친화적인 대체 기술이 될 것으로 기대됩니다. UV LED의 효율성은 연간 급속한 개선에도 불구하고 현재 저압 수은 램프보다 낮습니다. 대체 기술이 개발되지 않았기 때문에 저압 수은 램프는 2027년 2월 24일까지 특정 용도에 대한 RoHS 지침에서 제외됩니다(항목 4(a)). 2027년 이후 대체 기술을 사용할 수 없는 것으로 확인되면 이 면제가 연장될 수 있습니다. 확장이 정말 필요한가요? Nichia에 따르면 일부 애플리케이션은 현재 LED를 채택할 수 있으며 거의 모든 애플리케이션은 2027년 2월까지 이를 채택할 수 있을 것입니다.
여기에서 Nichia는 저압 수은 램프의 소독 대안으로 UV LED가 연구되고 있는 실제 사례를 제시합니다.
저압 수은등을 이용한 표면소독 → LED 도입사례
저압 수은등을 활용한 UV 소독 분야에는 표면 소독, 정수기를 통한 공기 소독, 상하수도 시스템 소독이 모두 포함됩니다. 식품 산업 장비 및 용기 청소는 표면 소독의 일반적인 사례입니다. 식품가공시설에서는 용기 내부를 소독하고 세균의 번식과 식품을 오염시키는 것을 막기 위해 자외선을 쪼인 후 용기에 식품을 채웁니다.
UV 방사선에 노출된 식품 용기의 예:
저압 수은등은 용기 위에서 자외선을 방출하여 많은 식품 용기 내부를 한번에 소독합니다. 따라서 램프가 고장날 경우 수은 오염과 유리 파손을 방지하기 위해 저압 수은 램프를 덮는 데 용융 석영을 사용해야 합니다.
위에서 본 방사선 그림:
저압 수은등과 달리 LED는 위의 조사 그림과 같이 구성과 위치를 정확하게 선택하고 변경할 수 있으므로 대상 항목에만 UV 광선을 조사하는 데 사용할 수 있습니다. 반면, 저압 수은 램프는 모든 방향으로 빛을 방출하여 개별 용기와 램프 뒷면 사이의 공간을 추가 자외선에 노출시킵니다.
더욱이, 저압 수은 램프는 켜고 끄는 데 오랜 시간이 걸리기 때문에 항상 "켜져 있는" 상태를 유지해야 합니다. 반면에 LED는 순간적으로 켜짐/꺼짐 기능을 제공하므로 필요할 때만 켜질 수 있어 잠재적으로 에너지 사용과 CO2 배출을 낮출 수 있습니다.
앞서 언급한 내용을 토대로 LED와 저압 수은등을 비교한 결과를 아래 표에 나타내었습니다.
연구결과
본 연구 사례에서 실제 값과 동일한 소독 효과를 얻기 위해 필요한 입력 전력은 600W와 312W이다.
Nichia의 UV LED 434C는 LED의 방사조도와 효율을 테스트하는 데 사용되었습니다.
Shikoku Electric Power CO., Inc.에 따르면 FY2021의 CO2 배출 계수는 0.527t/MWh입니다.
효율이 5.4%인 LED에 비해 저압 수은 램프는 효율이 22% 더 높습니다. 그러나 LED는 생성되는 UV 방사선의 최대 90%를 사용할 수 있는 반면, 저압 수은 램프는 9%만 사용합니다. 따라서 동일한 소독 효과를 내기 위해 6{27}0W의 전력이 필요한 저압 수은 램프에 비해 LED는 312W가 필요합니다. 또한 LED는 필요할 때만 활성화할 수 있습니다. 예를 들어, 저압 수은등을 하루 18시간 켜두면 LED는 14시간 동안 켜질 수 있다. 각 램프를 300일 사용한다고 가정하면 입력전력 600W 저압수은램프의 소비전력은 연간 3.2MWh인 반면, 입력전력 312W LED의 소비전력은 연간 1.3MWh로 60% 감소한다. 또한 CO2 배출량은 전력 1MWh당 CO2 배출량 0.527톤을 사용하여 계산됩니다. LED는 연간 0.69톤의 CO2를 배출하는데, 이는 저압 수은 램프의 1.7톤에 비해 60% 감소한 수치입니다.
로드맵
요약
필요한 영역만 선택적으로 조명함으로써 높은 복사속 활용도와 즉각적인 온/오프 기능 등 LED의 특성을 활용하여 주목할만한 이점을 얻었습니다. 따라서 Nichia는 LED가 저압 수은 램프의 대체 기술 역할을 할 수 있음을 명백히 보여줄 수 있습니다.
앞서 언급한 사례 외에도 Nichia는 고객 및 파트너와 협력하여 공기 및 물 소독과 같은 다른 소독 응용 분야에서 LED 특성을 사용하는 디자인을 만들 것입니다. Nichia는 LED 기술이 저압 수은 램프를 대체할 수 있도록 모든 노력을 다할 것입니다.
또한 로드맵에 명시된 바와 같이 최근 몇 년 동안 UV LED 성능이 크게 향상되었습니다. 환경 제한으로 인한 LED 개발 기대와 전염병 퇴치를 위한 필요성이 시너지 효과를 내기 때문에 기술 발전이 빠릅니다. 어떤 경우에는 저압 수은 램프 대신 LED를 사용하는 것이 LED 기능을 활용하는 설계 개발을 통해 이미 이루어지고 있습니다. Nichia에 따르면 이는 UV LED의 근본적인 성능의 인상적인 향상과 함께 훨씬 더 큰 추세를 일으킬 것이며 UV LED는 모든 소독 응용 분야 및 영역에서 저압 수은 램프의 대체품으로 널리 받아들여질 것입니다. 결과적으로 RoHS 면제를 2027년 이후로 연장할 필요가 없습니다.
Nichia는 무수은 및 탄소 중립 사회 구축을 포함한 사회적 문제를 해결하기 위해 노력하는 것 외에도 LED 성능을 지속적으로 향상시킬 것입니다.
