Er quantum dot tv - og deres giftige ingredienser - faktisk bedre for miljøet?

Tidligere på ugen Samtalen rapporterede, at "Fremtiden er lys, fremtiden er … kvanteprik-fjernsyn." Og at dømme efter den buzz, der kommer fra denne uges årlige Consumer Electronics Show (CES), er det rigtigt - teknologien giver producenterne en billig og effektiv måde at producere den næste generation af geniale, high-definition tv-skærme.

Men kvanteprikkerne i disse skærme bruger også materialer og teknologier – herunder konstruerede nanopartikler og tungmetallet cadmium – som har været en magnet for sundheds- og miljøhensyn. Vil de blændende billeder af denne teknologi gøre os blinde for nye sundheds- og miljømæssige udfordringer, eller opvejer deres fordele de potentielle risici?

Svaret er ikke sort/hvidt

Kvanteprikker er et produkt af det nye område af nanoteknologi. De er lavet af nanometerstore partikler af et halvledende materiale – ofte cadmiumselenid. Omkring 2, 000 til 20, 000 gange mindre end bredden af ​​et enkelt menneskehår, de er designet til at absorbere lys af én farve og udsende det som en anden farve – at fluorescere. Denne egenskab gør dem særligt velegnede til brug i produkter som tablets og tv'er, der har brug for lys, hvid, ensartet baggrundsbelysning.

Der er selvfølgelig andre kemikalier, såsom fosfor, der fluorescerer og bruges i forbrugerprodukter. Det unikke ved kvanteprikker er, at farven på det udsendte lys kan ændres ved blot at ændre størrelsen af ​​kvanteprikkerne. Og fordi dette farveskift er et fysisk fænomen, kvanteprikker overgår langt deres kemiske modstykker i lysstyrke, farve og holdbarhed.

Desværre, tungmetallet cadmium, der bruges til fremstilling af mange kvanteprikker, er en sundheds- og miljøfare. I henhold til det europæiske direktiv om begrænsninger af farlige stoffer, dets brug er begrænset i elektronisk udstyr. Og cadmium og cadmiumforbindelser er blevet klassificeret som kræftfremkaldende for mennesker af Det Internationale Agentur for Kræftforskning.

Oven i købet, de potentielle sundheds- og miljøpåvirkninger af konstruerede nanopartikler som kvanteprikker har rejst bekymringer hos toksikologer og regulatorer i over et årti nu. Forskning har vist, at størrelsen, form og overfladeegenskaber af nogle partikler påvirker den skade, de er i stand til at forårsage på mennesker og miljøet; mindre partikler er ofte mere giftige end deres større modstykker. Det sagt, dette er et område, hvor videnskabelig forståelse stadig er under udvikling.

Sammen, disse faktorer tyder på, at man bør udvise forsigtighed ved at anvende kvanteprikteknologier. Alligevel er de isoleret set vildledende.

Kvanteprikker under glas

De kvanteprikker, der i øjeblikket bruges i tv'er, er fast indlejret i skærmene - normalt indesluttet bag flere lag glas og plastik. Som resultat, chancerne for, at brugere bliver udsat for dem under normal drift, er stort set nul.

Situationen er potentielt anderledes under fremstilling, når der er en chance for, at nogen utilsigtet kan blive udsat for disse nanoskopiske partikler. Scenarier som dette har ført til, at agenturer som US National Institute for Occupational Safety and Health har kigget nærmere på sikkerheden, når de arbejder med nanopartikler. Selvom de potentielle risici ikke er ubetydelige, Gode ​​arbejdsmetoder er effektive til at reducere eller eliminere potentielt skadelige eksponeringer.

Bortskaffelse udtjent vækker yderligere bekymringer. Mens nanopartiklerne sandsynligvis forbliver solidt indlejret i en skraldelig tv-skærm, de giftige materialer, de indeholder, inklusive cadmium, godt kunne frigives til miljøet. Cadmium er bestemt et sundheds- og miljøproblem med dårligt reguleret bortskaffelse og genanvendelse af e-affald. Imidlertid, når passende procedurer anvendes, eksponeringer bør være ubetydelige.

Disse bekymringer kunne være nok til at vippe balancen mod at bruge kvanteprikker i forbrugerelektronik for nogle. Men de fortæller kun en del af historien, fordi disse små, lyse partikler kommer også med miljømæssige fordele.

Men der er lyse fordele

Quantum dot-tv'er kan være op til 20 % mere energieffektive end konventionelle LED-tv-skærme. Og fordi kvanteprikker er en så effektiv kilde til stærkt lys, mængden af ​​lysemitterende materiale i disse skærme (så lavt som et milligram cadmium i nogle modeller) kan faktisk reducere den samlede mængde af brugte giftige materialer.

Disse energi- og materialebesparelser udmønter sig i reducerede miljø- og sundhedspåvirkninger. Men er de nok til at retfærdiggøre brugen af ​​et potentielt giftigt materiale?

Virksomheden QD Vision har kæmpet med netop dette spørgsmål. Ved at udvikle kvanteprikker til produkter som Sonys TCL Quantum Dot TV (debuterer på CES i år), virksomheden valgte eksplicit en tilgang til ansvarlig udvikling, der tog hensyn til sundheds- og miljøpåvirkninger. Som resultat, i 2014 vandt de Presidential Green Chemistry Challenge Award fra US Environmental Protection Agency (EPA).

Selvom det virker kontraintuitivt, En analyse fra firmaet, som blev stillet til rådighed for EPA, viste, at QD Visions produkter fører til et nettofald i miljømæssig cadmiumfrigivelse sammenlignet med konventionelle tv'er. Cadmium er et af de forurenende stoffer, der udledes fra kulfyrede elkraftværker. Fordi tv'er, der bruger virksomhedens kvanteprikker, bruger væsentligt mindre strøm end deres ikke-kvantemodparter, det kombinerede cadmium i QD Vision-tv'er og kraftværkets emissioner forbundet med deres brug er faktisk lavere end det, der er forbundet med konventionelle fladskærms-tv'er. Med andre ord, Brug af cadmium i kvanteprikker til produktion af mere energieffektive skærme kan faktisk resultere i en nettoreduktion i cadmium-emissioner.

Dette er et godt trick, og det viser veltalende farerne ved at drage konklusioner over risici uden at se det fulde billede. Det gør det, imidlertid, afhænge af en forpligtelse til ansvarlig innovation og udvikling, der tager hensyn til fremtidige sundheds- og miljøpåvirkninger.

Denne uge på CES, fremtiden for quantum dot-fjernsyn lyser bestemt lysende. Med smarte tilgange til at balancere risici og fordele, der er ingen grund til, at dette lys ikke skal fortsætte med at lyse – så længe producenter og forbrugere holder øje med det store billede.

Denne historie er udgivet med tilladelse fra The Conversation (under Creative Commons-Attribution/No derivatives).