الطاقة
إنتاج الذهب سام. هل يمكن للـLEDs إنهاء اعتمادنا عليه؟
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
في عالم إضاءة وتقنيات العرض، تُعد الصمامات الثنائية الباعثة للضوء أو الـLEDs رائدة في السوق بفضل كفاءتها في استهلاك الطاقة، وعمرها الطويل، وقدرتها على إنتاج ألوان زاهية.
الصمام الثنائي، المصنوع من أشباه الموصلات، يسمح بمرور التيار في اتجاه واحد ويمنعه في الاتجاه الآخر. أما الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) فهو ببساطة جهاز شبه موصل ينتج الضوء عندما يمر التيار خلاله.
أدى صعود الـLEDs إلى تحويل طريقة استخدامنا للضوء من خلال إصدار الضوء عبر الإضاءة الكهربية وإحداث ثورة في تقنيات العرض.
من بين الـLEDs، برزت صمامات LED البيروفسكايت (PeLEDs) بشكل خاص كتقنية واعدة لتطبيقات العرض والإضاءة بفضل تصنيعها منخفض التكلفة، وكفاءتها العالية، وإمكانية تعديل انبعاث الضوء.
كما حظيت صمامات LED البيروفسكايت بانتشار كبير بفضل مرونتها، وتصميمها الخفيف الوزن، وقدرتها على تقديم نطاق ألوان واسع. علاوةً على ذلك، يمكن تصنيع PeLEDs باستخدام مواد وفيرة على الأرض وتقنيات منخفضة الطاقة. وقد حققت هذه الصمامات كفاءات عالية عبر ألوان الأحمر والأخضر والأزرق (RGB).
في السنوات الأخيرة، تحسنت استقرار PeLEDs بشكل ملحوظ، مما يُظهر إمكانات واعدة لتسويقها.
عند السعي لجعل التكنولوجيا المبتكرة متاحة للجميع على نطاق واسع، تلعب العوامل التقنية والاقتصادية والبيئية دورًا حاسمًا، كما تساعد في تقييم إمكاناتها المستدامة. ومع ذلك، تفتقر المعلومات حول PeLEDs إلى ذلك.
قامت العديد من الدراسات بتقييم تأثيرات دورة الحياة لخلايا الطاقة الشمسية البيروفسكايت الناشئة، لكن لا يمكن استنتاج نتائجها مباشرةً على PeLEDs. ذلك بسبب الاختلاف الأساسي في آليات تحويل الطاقة الخاصة بهما.
على عكس الـLEDs التي تحول الكهرباء إلى ضوء، تحول الخلايا الشمسية الضوء إلى كهرباء. بالإضافة إلى ذلك، تعمل PeLEDs عبر أطوال موجية متعددة، مما يتطلب مواد طبقة وظيفية متنوعة وتحليلات مختلفة للأجهزة ذات الألوان المتفاوتة.
لذلك، يلزم إجراء تقييم شامل لدورة الحياة (LCA) يغطي جميع المراحل لتحديد المسارات الفعّالة نحو تسويق PeLEDs المستدام.
أجرت دراسة جديدة ذلك ووجدت أن صمامات LED للجيل القادم هي في الواقع رخيصة ومستدامة.
تقييم دورة الحياة لصمامات LED البيروفسكايت
نُشر في Nature Sustainability1، فحص الباحثون في جامعة لينشوبينغ تقنية PeLED الناشئة من منظور دورة الحياة مع التركيز على الاستدامة الموجهة نحو التسويق.
«صمامات LED البيروفسكايت أرخص وأسهل في التصنيع مقارنةً بالـLEDs التقليدية، ويمكنها أيضًا إنتاج ألوان زاهية وشديدة إذا استُخدمت في الشاشات. أعتقد أن هذه هي الجيل التالي من تقنية LED.»
– فنغ غاو، أستاذ أوبتوإلكترونيات في جامعة لينشوبينغ
عمل فريق بحث غاو مع الأستاذ أولوف هيلم من قسم الإدارة والهندسة (IEI) وتكنولوجيا وإدارة البيئة (MILJÖ)، ومع جون لورانس إيسغويرا، وهو أستاذ مساعد في جامعة لينشوبينغ، للحصول على فكرة أوضح حول كيفية استبدال الـLEDs المتوفرة حاليًا في السوق بـLEDs تعتمد على مادة البيروفسكايت.
مواد البيروفسكايت هي فئة من المواد ذات الخصائص الأوبتوإلكترونية الفريدة. تتميز بمعاملات امتصاص عالية، وحركيات إلكترون وثقب عالية، وفجوة طاقة قابلة للتعديل، بالإضافة إلى كونها ذات تكلفة منخفضة.
الآن، لتقييم تسويقها، استخدم فريق البحث تقييمًا مفصلاً لجرد دورة الحياة (LCI) لـ18 صمام LED بيروفسكايت متقدمًا يغطي أطوال موجية RGB، الأبيض، والقريب من الأشعة تحت الحمراء (NIR). تُظهر الأجهزة المختارة أداءً تقنيًا عاليًا وتُعترف بها على نطاق واسع.
استنادًا إلى هذه البيانات، حلل الباحثون الأثر البيئي والتكلفة الاقتصادية لـPeLEDs.
يتطلب مثل هذا التحليل تعريفًا واضحًا للنظام، أي ما الذي يُضمّن فيه، ولكن ذلك لا يتعلق بالتكلفة والأثر البيئي.
يستكشف هذا الإطار ما يحدث منذ بداية إنشاء المنتج وحتى لا يمكن دراسته. لذا، تتضمن دورة حياة المنتج خمس مراحل — إنتاج المواد الخام، التصنيع، التوزيع، الاستخدام، وإزالة الخدمة.
بشكل أساسي، من المهد إلى اللحد، لكن «نرغب في تجنب اللحد»، قال الأستاذ هيلم. إضافة إعادة التدوير إلى ذلك، كما أشار، يجعل الأمور أكثر تعقيدًا. وأضاف هيلم:
«لكننا نُظهر هنا أن الأهم هو التفكير في إعادة استخدام المذيبات العضوية وكيفية إنتاج المواد الخام، خاصةً إذا كانت مواد نادرة.»
جانب معين يقدم هذا التحليل إرشادًا هو كمية الرصاص السامة القليلة الموجودة في PeLEDs. بينما يُعد ذلك مهمًا لفعالية البيروفسكايت، لا ينبغي التركيز فقط على الرصاص، فهناك العديد من المواد الأخرى الموجودة في الـLEDs.
المعدن الثمين الذهب هو أحدها، ويأتي مع تحدياته الخاصة. وفقًا لهيلم:
«إنتاج الذهب سام للغاية. هناك منتجات فرعية مثل الزئبق والسيانيد. كما أنه يستهلك طاقة كبيرة.»
عملية إنتاج الذهب السامة والمستهلكة للطاقة
كان الذهب (Au) يجذب اهتمام وت fascination المجتمعات البشرية منذ العصور القديمة أكثر من أي سلعة أخرى.
كان هذا المعدن الأصفر اللامع مقبولًا عالميًا كوسيلة دفع. في مرحلة ما، كان النظام النقدي للولايات المتحدة يعتمد على معيار الذهب. كما أنه شائع جدًا كخيار استثماري ويُستخدم للتحوط ضد التضخم.
نتيجةً لذلك، وصل سعر الذهب مؤخرًا إلى أعلى مستوى تاريخي (ATH) حيث تجاوز XAUUSD 3,000 دولار للأوقية. ارتفعت أسعار الذهب بأكثر من 15٪ في عام 2025 وتشهد انتعاشًا قويًا منذ أكتوبر 2023، عندما كان حوالي 1,800 دولار للأوقية.
إلى جانب كونه مخزنًا جيدًا للقيمة، يُستخدم الذهب أيضًا في المجوهرات، والطب، والإلكترونيات، والفضاء، وصناعات أخرى بفضل خصائصه الجذابة المتعددة.
هذا المعدن الأصفر اللامع ناعم ويتطلب معادن أخرى لاكتساب القوة. لكنه قابل للطرق بسهولة، مما يعني إمكانية التحكم في شكله باستخدام القوة. إلى جانب تشكيله إلى صفائح رقيقة، يمكن سحبه أيضًا إلى أسلاك.
ليس فقط معروفًا بمقاومته العالية للتآكل، بل هو أيضًا موصل ممتاز للحرارة والكهرباء.
الذهب هو أحد أكثر المعادن كثافة، حيث تبلغ كثافته تقريبًا 19.3 غ/سم³. أما نقطة انصهاره فهي 1064.18°C، ونقطة غليانه 2836°C. علاوةً على ذلك، المعدن مقاوم لمعظم الأحماض ولا يتفاعل بسهولة مع معظم المواد، وهو غير مغناطيسي.
يجعل مزيج هذه الخصائص الذهب جذابًا جدًا في الهواتف الذكية، وأجهزة الكمبيوتر، وغيرها من الإلكترونيات الاستهلاكية، والحماية من الإشعاع، والدوائر المطبوعة، وأنظمة أشباه الموصلات.
عادةً ما يُعثر على الذهب مدمجًا في عروق الكوارتز، ويتم استخراجه من الأرض عبر عمليات صناعية واسعة النطاق وتعدين صغير الحجم.
يُستخرج الذهب إما من السطح أو من تحت الأرض بينما تتم المعالجة في موقع المنجم. تبدأ المعالجة بالتحطيم، ثم يُعالج الخام بالمواد الكيميائية لاستخراج الذهب، الذي يمر بعمليات مثل الصهر لتكوين سبائك الذهب. تُنقل السبكة إلى مصفاة لإنتاج ذهب نقي للبيع.
القيمة العالية للمعدن وتطبيقاته المتفوقة تجعل تعدين الذهب صناعة ضخمة وعالمية. تُمارس هذه العملية على نطاق واسع، خاصةً في بعض الدول في أفريقيا وأمريكا الجنوبية، حيث قد يحقق خمس مرات أكثر من الصيد والزراعة والغابات.
مع ذلك، لا يُعد تعدين الذهب عملية نظيفة بل هو عملية سامة ومكثفة الموارد تشكل مخاطر بيئية وصحية كبيرة.
يتسبب إنتاج الذهب في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى مخاطر بيئية أخرى، بما في ذلك تلوث التربة، وتدهور الأراضي، وتلوث المياه والهواء، وتدمير المواطن الطبيعية.
تحتوي النفايات السامة المتضمنة هنا على ما يصل إلى ثلاثة عشر مادة كيميائية خطرة، بما في ذلك الرصاص، والزئبق، والسيانيد، والزرنيخ، والأحماض، ومشتقات البترول.
تأثير تصريف مياه المناجم الحمضية (AMD)، وهو مصطلح يشير إلى المياه الملوثة الناتجة عن إلقاء شركات التعدين للنفايات السامة بانتظام في المحيطات والبحيرات والأنهار والجداول، متعدد الجوانب، مما يجعل استعادة هذه النفايات صعبة للغاية.
نظرًا لأن تعدين الذهب ضار جدًا للكوكب وللناس، فإن استبدال هذا المعدن الثمين بألمنيوم أو نيكل أو نحاس في الـLEDs سيحقق فائدة بيئية كبيرة، وفقًا للدراسة الجديدة. وفي الوقت نفسه، يمكن الحفاظ على كمية صغيرة من الرصاص لضمان عمل الـLED بأفضل شكل.
LEDs الجيل التالي الرخيصة والمستدامة
وفقًا للدراسة، يمكن تحويل صمامات LED البيروفسكايت بنجاح إلى عرض سوقي مربح. وخلصت إلى أن PeLEDs لديها إمكانات كبيرة للتسويق على المدى الطويل. وفقًا للدراسة:
«ستُظهر PeLEDs المستقبلية المطورة عبر التصنيع على نطاق واسع وعدًا كبيرًا في تحقيق موقع تنافسي بين تقنيات الإضاءة المتنوعة من الناحيتين البيئية والاقتصادية.»
وفقًا للدراسة، فإن مسار التسويق المستدام يتضمن ثلاثة أعمدة حاسمة — عوامل بيئية، اقتصادية، وتقنية. تتماشى هذه العوامل مع مصالح أصحاب المصلحة الرئيسيين: المنتجون الذين يسعون إلى ربحية الشركات وعائد الاستثمار، المنسق الذي يشمل التشريعات والسياسات الحكومية، والعملاء الذين يدفعون ثمن المنتج.
تُظهر نتائج تقييم دورة الحياة في الدراسة أن الأثر البيئي لصمامات LED البيروفسكايت ينشأ أساسًا من مدخلات المواد والكهرباء أثناء الإنتاج. بينما يساهم مرحلة التوزيع، أي النقل، بأقل من 5٪ من إجمالي الأثر، وتعتمد تحسيناتها على الموارد الصناعية.
فيما يتعلق بمصادر السمية، أشارت الدراسة إلى أن المعادن الثقيلة من إنتاج المواد الخام هي المساهم الرئيسي طوال دورة حياة PeLEDs. وتظهر النتائج أيضًا أن استخدام بيروفسكايت خالٍ من الرصاص (Pb) لا يقلل من الأثر البيئي بطبيعة الحال.
ذلك بسبب طبقة الانبعاث الرفيعة التي لا تتجاوز بضعة عشرات النانومتر، مما يجعل مساهمة الرصاص في صمامات LED البيروفسكايت على الأثر البيئي الكلي ضئيلة.
حددت الدراسة في الواقع الذهب كمساهم قوي وأشارت إلى الحالة اللافتة لكاثودات الذهب (Au) في PeLEDs القريبة من الأشعة تحت الحمراء (NIR)، التي أظهرت أضرارًا بيئية تزيد عن 100 مرة مقارنةً بالأجهزة التي لا تستخدم الذهب. كان هذا الاختلاف نتيجة للتلوث العالي واستهلاك الطاقة المرتبط بتعدين الذهب. وتفاقم ذلك بسبب كثافة الذهب، التي هي سبعة أضعاف كثافة الألمنيوم (Al).
هذا يؤكد أن التقنيات الخالية من الرصاص لا تضمن دائمًا تقليل السمية البيئية.
وبالتالي، أشار الباحثون إلى أن الفهم العام بأن الرصاص هو المصدر الرئيسي للسمية في صمامات LED البيروفسكايت ليس فقط غير مستحسن، بل يهدد أيضًا تحويل الانتباه عن ملوثات أخرى حيوية.
فيما يتعلق بالتكلفة، يشير التقييم التقني-الاقتصادي إلى أن تكلفة PeLEDs المستقبلية تبلغ حوالي 100 دولار أمريكي لكل متر مربع، وهو ما يُقارن بتكلفة ألواح الـOLED العضوية التجارية.
لذا، قد تمكّن التكاليف المنخفضة والأثر البيئي الأقل لـPeLEDs من استبدال الـLEDs الحالية. لكن المشكلة تكمن في طول عمرها. ومع ذلك، يتم معالجة هذه القضية الرئيسية من خلال التطوير المتسارع لصمامات LED البيروفسكايت، ومع ذلك، يزداد توقع عمرها.
اقترح الباحثون فعليًا زمن تخفيف الأثر النسبي (RIMT) كمعامل جديد لتحديد العمر المطلوب لصمامات LED البيروفسكايت لتحقيق الاستدامة. وأشارت الدراسة إلى:
«يمثل RIMT الحد الأدنى من الوقت المطلوب لتخفيف الأثار النسبية، مع الأخذ في الاعتبار الأثار النسبية الداخلية والخارجية في آن واحد.»
وفقًا للدراسة، يجب أن تحقق صمامات LED البيروفسكايت هدفًا عمليًا يبلغ حوالي 10,000 ساعة في عمرها لتأثير بيئي إيجابي. وهذا قابل للتحقيق، بحسب الباحثين. ومع ذلك، فإن أفضل PeLEDs اليوم يمكنها أن تدوم مئات الساعات فقط.
من خلال هذا التقييم، يهدف الباحثون إلى إحداث تغيير في مجال أبحاث الـLED حيث كان التركيز حتى الآن على تحسين الأداء التقني للـLEDs.
«نريد أن يُستخدم ما نطوره في العالم الحقيقي. ولكن بعد ذلك، يجب علينا كباحثين توسيع منظورنا. إذا كان المنتج يتمتع بأداء تقني عالي لكنه مكلف وغير مستدام بيئيًا، فقد لا يكون تنافسيًا في السوق. سيتحول هذا التفكير تدريجيًا إلى توجيه أبحاثنا.»
– مووي تشانغ، طالب دكتوراه في قسم الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا في جامعة لينشوبينغ
أشارت الدراسة أيضًا إلى أن كفاءة الإضاءة تحتاج إلى مزيد من البحث لتعزيز كفاءة الطاقة لمنتجات PeLED المستقبلية.
شركة مبتكرة
Universal Display Corp
بينما تتصدر صمامات LED البيروفسكايت مستقبل الإضاءة والعروض البصرية، يهيمن حاليًا على السوق شاشات الكريستال السائل (LCDs) والصمامات الثنائية العضوية (OLEDs).
في مجال OLED، تُعد شركة Universal Display (OLED ) Corp (UDC) اسمًا بارزًا يجري أبحاثًا ويطور ويرخص تقنيات OLED والمواد الخاصة بها للعرض والإضاءة.
تأسست في عام 1994، وقد قادت UDC الابتكار في تقنية OLED من خلال تقنيتها الفسفورية المملوكة UniversalPHOLED. كما تطور وتبيع مواد PHOLED عالية الأداء وتقدم تقنيات OLED متنوعة مثل FOLEDs (OLEDs المرنة) المستخدمة في الأجهزة اللوحية والهواتف القابلة للطي؛ TOLEDs (OLEDs الشفافة) المستخدمة في النوافذ والعروض؛ وWOLEDs (OLEDs البيضاء) المستخدمة في تطبيقات الإضاءة. كما تطور الشركة وتقدم تقنية الطباعة بالرش العضوي (OVJP).
OLED مخطط السعر
بقيمة سوقية تبلغ 7.1 مليار دولار، تُتداول أسهم OLED في وقت كتابة هذا المقال عند 149.90 دولار، بارتفاع قدره 2.84٪ منذ بداية العام. ربح السهم (EPS) (TTM) هو 4.66 بينما نسبة السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) هي 32.24. عائد الأرباح هو 1.20٪.
فيما يتعلق بالبيانات المالية للشركة، أبلغت Universal Display Corporation مؤخرًا عن نتائجها للربع الرابع من عام 2024. خلال هذه الفترة، بلغ إيراد الشركة 162.3 مليون دولار، بارتفاع عن 158.3 مليون دولار في الربع الرابع من عام 2023. وشمل ذلك 93.3 مليون دولار من إيرادات مبيعات المواد نتيجة للطلب المتزايد على مواد الانبعاث و64.4 مليون دولار من عوائد الترخيص والحقوق. بينما ارتفعت تكلفة مبيعات المواد قليلًا هذه المرة إلى 34.2 مليون دولار.
كان صافي الدخل 46 مليون دولار، بانخفاض عن 62 مليون دولار المسجلة العام الماضي، وكان الدخل التشغيلي 52.5 مليون دولار، بانخفاض عن 64.7 مليون دولار. بلغ صافي الدخل 46.0 مليون دولار أو 0.96 دولار للسهم المخفف في الربع الرابع. بينما ارتفع توزيع الأرباح ربع السنوية بنسبة 12٪ إلى 0.45 دولار للسهم.
على مدار عام 2024 بالكامل، سجلت UDC إيرادات قدرها 647.7 مليون دولار، بزيادة 12٪ عن 576.4 مليون دولار في العام السابق. وكان صافي الربح 222 مليون دولار، بارتفاع 9٪ عن عام 2023.
«يسعدنا أن نعلن أن عام 2024 كان عامًا قياسيًا من الأداء المالي القوي. عبر صناعة OLED، تتوسع خرائط منتجات المستقبل، وتستثمر الشركات الرائدة في تصنيع اللوحات في مصانع جديدة لتلبية الطلب المتزايد، خاصةً في أسواق تكنولوجيا المعلومات والسيارات الناشئة. نعتقد أن دورة الإنفاق الرأسمالي الجديدة هذه ستمهد الطريق لسعة OLED جديدة ذات معنى، ومنتجات OLED جديدة، ومستخدمين جدد لتقنية OLED.»
– المدير المالي بريان ميلارد
الآن، بالنسبة لعام 2025، تتوقع الشركة أن يتراوح إيرادها بين 640 مليون دولار و700 مليون دولار. لذا، تتوقع UDC نموًا يصل إلى 8٪ أو انخفاضًا بنسبة 1٪ في الإيرادات.
فيما يتعلق بالإطار الزمني للمواد الفسفورية الزرقاء (PHOLED) والتسويق، أفادت UDC بأنها أقرب من أي وقت مضى، ووصفت التسويق بأنه «قفزة كبيرة إلى الأمام في تقنية OLED». وثقةً في قدرتها على تقديم PHOLED الزرقاء، صرحت الشركة أن الإدخال التجاري سيستغرق أشهرًا فقط وليس سنوات، رغم أنها لا تتوقع تحقيق إيرادات ذات معنى من ذلك هذا العام.
يمثل هذا التحول من الزرقاء الفلورية إلى الزرقاء الفسفورية انتقالًا كبيرًا سيؤدي إلى زيادة هائلة (من ربع إلى 100٪) في الكفاءة الضوئية الداخلية للزرقاء في شاشات OLED مع تقليل استهلاك الطاقة.
فيما يتعلق بمشروع OVJP، تخطط الشركة لإغلاق مركز OVJP في كاليفورنيا، بينما تم إطلاق شركة فرعية جديدة تُدعى Universal Vapor Jet Corporation في سنغافورة للتعامل مع تسويق OVJP. وتعتقد UDC أن OVJP هي تقنية رائدة لتصنيع شاشات ذات مساحة كبيرة.
أحدث الأخبار عن شركة Universal Display Corporation
الخلاصة
تحظى صمامات LED البيروفسكايت (PeLEDs) بأهمية متزايدة كمصدر ضوء للجيل القادم بفضل إمكاناتها لتحقيق كفاءة عالية ومجموعة واسعة من التطبيقات، مما يجعلها واعدة لتطبيقات العرض والإضاءة.
كما تُظهر الدراسة الأخيرة، فإن انخفاض تكلفتها وأثرها البيئي قد يتيح لها استبدال الـLEDs الحالية. يمكن تقليل الأثر البيئي بشكل كبير بالتركيز على الذهب بدلاً من الرصاص. إن استبدال Au بمواد أكثر استدامة مثل الألمنيوم أو النيكل يساعد في معالجة التحديات التي يفرضها تعدين الذهب، مما يقلل بشكل كبير من البصمة البيئية لإنتاج PeLEDs.
في حين تُظهر صمامات LED البيروفسكايت إمكانات كبيرة، يعتمد تسويقها على تحسين عمر الخدمة والكفاءة الضوئية. من خلال معالجة تحديات طول العمر إلى جانب الإنتاج منخفض التكلفة، التصنيع المستدام، وإنتاج ألوان زاهية، يمكن لـPeLEDs إحداث ثورة في سوق الـLED والعروض وتحقيق تبني واسع النطاق.
الدراسات المشار إليها:
1. Zhang, M., Ma, X., Esguerra, J. L., et al. (2025). Towards sustainable perovskite light-emitting diodes. Nature Sustainability. https://doi.org/10.1038/s41893-024-01503-7
