Guldproduktion er giftig. Kan LED’er afslutte vores afhængighed af den?

I verden af belysnings- og displayteknologi har lysdioder eller LED’er ledet markedet takket være deres energieffektivitet, lange levetid og evne til at producere levende farver. 

En diode, lavet af halvledere, tillader strøm at flyde i én retning og blokerer den i den anden. En lysdiode (LED) er derimod simpelthen en halvlederkomponent, der producerer lys, når strøm passerer igennem den. 

LED’ernes fremkomst har transformeret måden, vi bruger lys på, ved at udsende lys gennem elektroluminiscens og revolutionere displayteknologier.

Blandt LED’er er perovskite-lysdioder (PeLEDs), i særdeleshed fremkommet som en lovende teknologi til display- og belysningsapplikationer på grund af deres lave produktionsomkostninger, høje effektivitet og justerbare lysudsendelse. 

Perovskite-LED’er har også opnået betydelig fremdrift takket være deres fleksibilitet, lette design og brede farvespektrum. Desuden kan PeLEDs fremstilles ved hjælp af jordabundne materialer og lavenergi-teknikker. Disse LED’er har opnået høje effektivitet på tværs af røde, grønne og blå (RGB) farver.

I de senere år er stabiliteten af PeLEDs også forbedret markant, hvilket viser lovende potentiale for deres kommercialisering. 

Når det gælder at gøre innovativ teknologi tilgængelig for alle i stor skala, spiller tekniske, økonomiske og miljømæssige faktorer en kritisk rolle, hvilket også hjælper med at vurdere deres bæredygtige potentiale. Denne information mangler dog om PeLEDs.

Talrige studier har evalueret livscykluspåvirkningerne af fremspirende perovskite-solceller, men deres resultater kan ikke direkte overføres til PeLEDs. Dette skyldes den grundlæggende forskel i deres energikonverteringsmekanismer.

I modsætning til LED’er, som omdanner elektricitet til lys, omdanner solceller lys til elektricitet. Derudover opererer PeLEDs over flere bølgelængder, hvilket kræver forskellige funktionelle lagmaterialer og forskellige analyser for enheder med varierende farver.

Derfor er en omfattende livscyklusvurdering (LCA), der dækker alle faser, nødvendig for at identificere effektive veje mod PeLEDs’ bæredygtige kommercialisering.

En ny undersøgelse har gjort netop dette og fundet, at næste generations LED’er faktisk er billige og bæredygtige.

En livscyklusvurdering af perovskite-LED’er

Udgivet i Nature Sustainability¹, har forskere ved Linköping University undersøgt den fremspirende PeLED-teknologi fra et livscyklusperspektiv med fokus på kommercialiseringsorienteret bæredygtighed.

“Perovskite-LED’er er billigere og lettere at fremstille end traditionelle LED’er, og de kan også producere levende og intense farver, hvis de bruges i skærme. Jeg vil sige, at dette er næste generation af LED-teknologi.”

– Feng Gao, professor i optoelektronik ved Linköping University

Gaos forskergruppe arbejdede sammen med professor Olof Hjelm fra Institut for ledelse og ingeniørvidenskab (IEI) og Miljøteknologi og -ledelse (MILJÖ) samt John Laurence Esguerra, som er assisterende professor ved LiU, for at få en bedre idé om, hvordan LED’er, der i øjeblikket er tilgængelige på markedet, kan erstattes med LED’er baseret på perovskitematerialet.

Perovskitematerialer er en klasse af materialer med unikke optoelektroniske egenskaber. De har høje absorptionskoefficienter, høj elektron- og hulmobilitet samt justerbart båndgab ud over at være omkostningseffektive.

Nu, for at vurdere deres kommercialisering, anvendte forskningsteamet en detaljeret livscyklus-inventar (LCI) vurdering af 18 avancerede perovskite-LED’er, der dækker RGB, hvidt og nærinfrarødt (NIR) bølgelængder. De udvalgte enheder udviser høj teknisk ydeevne og er bredt anerkendte.

Baseret på disse data analyserede forskerne den miljømæssige påvirkning og de økonomiske omkostninger ved PeLEDs.

En sådan analyse kræver en klar systemdefinition, hvilket betyder, hvad der er inkluderet i den, men det handler ikke om omkostninger og miljøpåvirkning.

Dette rammeværk undersøger, hvad der sker fra starten, når produktet skabes, indtil det ikke længere kan studeres. Så har et produkts livscyklus fem faser — produktion af råmateriale, fremstilling, distribution, brug og nedlukning.

Grundlæggende fra vugge til grav, men “Vi vil gerne undgå graven,” sagde professor Hjelm. Tilføj genbrug, og som han bemærkede, bliver tingene mere komplicerede. Hjelm tilføjede:

“Men her viser vi, at det er vigtigst at tænke på genbrug af organiske opløsningsmidler og hvordan råmaterialer produceres, især hvis de er sjældne materialer.”

Et særligt aspekt, hvor denne livscyklusanalyse giver vejledning, er den lille mængde giftigt bly, der findes i PeLEDs. Selvom dette er vigtigt for, at perovskitterne skal være effektive, bør fokus ikke kun være på bly, da der er mange andre materialer i LED’er.

Det ædle metal guld er et, og det medfører sine egne udfordringer. Ifølge Hjelm:

“Guldproduktion er ekstremt giftig. Der er biprodukter såsom kviksølv og cyanid. Det er også meget energikrævende.”

Den giftige og energiintensive guldproduktionsproces

Guld (Au) har fastholdt fascinationen og opmærksomheden fra menneskelige samfund siden oldtiden som ingen anden vare.

Dette skinnende, gule metal blev engang universelt accepteret som betalingsmiddel. På et tidspunkt var det amerikanske monetære system baseret på en guldstandard. Det er også meget populært som investeringsmulighed og bruges til at sikre sig mod inflation.

Som følge heraf nåede guldets værdi for nylig en ny rekordhøj (ATH), da XAUUSD oversteg $3.000 pr. ounce. Guldpriserne er steget med mere end 15 % i 2025 og har oplevet en kraftig stigning siden oktober 2023, hvor den lå omkring $1.800 pr. ounce.

Udover at fungere som en god værdilagring, bruges guld også i smykker, medicin, elektronik, rumfart og andre industrier takket være sine mange attraktive egenskaber.

Dette lyse gule metal er blødt og kræver andre metaller for at opnå styrke. Men det er meget smidigt, hvilket betyder, at dets form kan kontrolleres ved hjælp af kraft. Ud over at blive hamret til tynde plader, kan det også trækkes ud til ledninger.

Det er ikke kun kendt for at være meget korrosionsbestandigt, men det er også en fremragende leder af varme og elektricitet.

Guld er et af de tungeste metaller med en densitet på cirka 19,3 g/cm³. Dets smeltepunkt er 1064,18 °C, mens kogepunktet er 2836 °C. Desuden er metallet, som er modstandsdygtigt over for de fleste syrer og ikke reagerer let med de fleste stoffer, ikke-magnetisk.

En kombination af disse egenskaber gør guld meget attraktivt i smartphones, computere, andre forbrugerelektronik, strålingsbeskyttelse, trykte kredsløb og halvleder-systemer.

Guld findes typisk indlejret i kvartsårer, og det udvindes fra jorden gennem store industrielle operationer og småskala minedrift.

Guld udvindes enten fra overfladen eller fra undergrunden, mens forarbejdning foregår på minedriften. Forarbejdningen starter med knusning, hvorefter malmen behandles med kemikalier for at udvinde guld, som gennemgår processer som smeltning for at lave en guldbjælke. Bjælken transporteres til et raffinaderi for at producere rent guld til salg.

Den høje værdi af metallet og dets overlegne anvendelse gør guldminedrift til en betydelig og global industri. Denne udbredte proces er især populær i nogle lande i Afrika og Sydamerika, hvor den kan tjene fem gange så meget som fiskeri, landbrug og skovbrug.

Guldminedrift er dog ikke en ren proces, men snarere en giftig og ressourcekrævende en, der udgør betydelige miljø- og sundhedsrisici.

Produktionen af guld medfører CO2-udledning ud over andre miljørisici, herunder jordforurening, jordforringelse, vand- og luftforurening samt ødelæggelse af levesteder.

Den type giftigt affald, der er involveret her, indeholder op til tre dusin farlige kemikalier, herunder bly, kviksølv, cyanid, arsenik, syrer og petroleumsbiprodukter.

Effekten af syreminedrainage (AMD), et udtryk der refererer til forurenet vand som følge af, at minedriftsselskaber rutinemæssigt dumper giftigt affald i oceaner, søer, floder og vandløb, er mangefacetteret, hvilket gør genopretning fra sådant affald ekstremt vanskelig.

Da guldminedrift er så skadelig for planeten og dens befolkning, ville udskiftning af dette ædle metal med aluminium, nikkel eller kobber i LED’er give en stor miljøfordel, mener den nye undersøgelse. Samtidig kan en lille mængde bly opretholdes, så LED’en fungerer optimalt.

Billige og bæredygtige næste-generations LED’er

Perovskite-LED’er, ifølge undersøgelsen, kan med succes omdannes til et rentabelt markedstilbud. Den konkluderede, at PeLEDs har stort potentiale for kommercialisering på lang sigt. Ifølge undersøgelsen:

“Fremtidige PeLEDs udviklet gennem storstilet produktion har stort løfte om at opnå konkurrencedygtig position blandt forskellige belysningsteknologier både fra et miljømæssigt og økonomisk perspektiv.”

Vejen til bæredygtig kommercialisering, ifølge undersøgelsen, har tre kritiske søjler — miljømæssige, økonomiske og tekniske faktorer. Disse faktorer stemmer overens med interesserne hos nøgleinteressenter: producenter, der søger virksomhedens rentabilitet og afkast på investering, koordinatoren, som omfatter regeringens lovgivning og politik, samt kunder, der betaler for produktet.

Undersøgelsens livscyklusvurderingsresultater viser, at de miljømæssige påvirkninger fra perovskite-LED’er hovedsageligt stammer fra indtag af stoffer og elektricitet under produktionen. Distributionsfasen, dvs. transport, bidrager derimod med mindre end 5 % af de samlede påvirkninger, og dens optimering afhænger af industrielle ressourcer.

Med hensyn til toksicitetskilder bemærkede undersøgelsen, at tungmetaller fra produktionen af råmaterialer er de største bidragydere gennem hele PeLEDs’ livscyklus. Resultaterne viser desuden, at brug af blyfri (Pb) perovskitter ikke i sig selv reducerer miljøpåvirkningerne.

Det skyldes den tynde emissive lag, som kun måler nogle få titusinder af nanometer, at bidraget fra Pb i perovskite-LED’er til den samlede miljøpåvirkning er minimalt.

Undersøgelsen pegede faktisk på guld som en stærk bidragyder og nævnte det markante tilfælde af guld (Au) katoder i NIR PeLEDs, som viste miljøpåvirkninger over 100 gange større end enheder, der ikke brugte guld. Denne forskel skyldtes høj forurening og energiforbrug forbundet med guldminedrift. Det blev forstærket af Au’s densitet, som er syv gange så høj som aluminium (Al).

Dette understreger, at teknologier uden bly ikke altid sikrer reduceret økotoksicitet.

Som sådan bemærkede forskerne, at den generelle opfattelse af, at Pb er den primære kilde til toksicitet i perovskite-LED’er, ikke kun er uheldig, men også risikerer at flytte fokus fra andre kritiske forurenende stoffer.

Når det gælder omkostninger, indikerer den techno-økonomiske vurdering, at omkostningerne for fremtidige PeLEDs vil ligge omkring US$100 m–2, hvilket er sammenligneligt med omkostningerne for kommercielle organiske LED-paneler.

Således kan de lavere omkostninger og mindre miljøpåvirkning fra PeLEDs endda gøre dem i stand til at erstatte de eksisterende LED’er. Men problemet ligger i deres levetid. Dette store problem bliver dog håndteret gennem den accelererede udvikling af perovskite-LED’er, og med det øges deres forventede levetid.

Forskerne foreslog faktisk en relativ påvirkningsafhjælpnings-tid (RIMT) som en ny parameter til at kvantificere den levetid, der kræves for, at perovskite-LED’er kan opnå bæredygtighed. Undersøgelsen bemærkede:

“RIMT repræsenterer den minimale tid, der kræves for at afbøde relative påvirkninger, idet både interne og eksterne relative påvirkninger tages i betragtning samtidigt.”

Ifølge undersøgelsen skal perovskite-LED’er nå et praktisk mål på omkring 10.000 timer i deres levetid for en positiv miljøpåvirkning. Dette er opnåeligt, ifølge forskerne. For nu kan de bedste PeLEDs i dag holde i flere hundrede timer.

Med denne vurdering sigter forskerne mod at skabe en forandring i LED-forskningsområdet, hvor fokus hidtil har været på at forbedre den tekniske ydeevne af LED’er.

“Vi ønsker, at det, vi udvikler, skal bruges i den virkelige verden. Men så skal vi som forskere udvide vores perspektiv. Hvis et produkt har høj teknisk ydeevne, men er dyrt og ikke er miljømæssigt bæredygtigt, kan det måske ikke være stærkt konkurrencedygtigt på markedet. Denne tankegang vil i stigende grad lede vores forskning.”

– Muyi Zhang, PhD-studerende ved Institut for fysik, kemi og biologi ved LiU

Undersøgelsen bemærkede også, at lysudbytte har brug for mere forskning for at fremme energieffektiviteten af fremtidige PeLED-produkter.

Innovativ virksomhed

Universal Display Corp (OLED )

Mens Perovskite-LED’er er i frontlinjen for fremtiden inden for belysning og visuelle displays, domineres markedet i øjeblikket af flydende krystaldisplays (LCD’er) og organiske lysdioder (OLED’er).

Inden for OLED-området er Universal Display Corp (UDC) et fremtrædende navn, der forsker i, udvikler og licenserer OLED-teknologier og materialer til displays og belysning. 

Grundlagt i 1994 har UDC ledt innovationen inden for OLED-teknologi med sin proprietære UniversalPHOLED-fosforescerende OLED-teknologi. Den udvikler og sælger også højtydende PHOLED-materialer og tilbyder forskellige OLED-teknologier såsom FOLEDs (fleksible OLED’er), som bruges i tablets og foldbare smartphones; TOLEDs (gennemsigtige OLED’er), som bruges i vinduer og displays, og WOLEDs (hvide OLED’er), som anvendes i belysningsapplikationer. Virksomheden udvikler og tilbyder også OVJP Organic Vapor Jet Printing.

Med en markedsværdi på 7,1 milliarder dollars handles OLED-aktier på tidspunktet for denne skrivning til $149,90, op 2,84 % år‑til‑dato. Dens EPS (TTM) er 4,66, mens P/E‑forholdet (TTM) er 32,24. Udbytteafkastet er 1,20 %.

Hvad angår virksomhedens økonomi, rapporterede Universal Display Corporation for nylig sine resultater for Q4 2024. I denne periode udgjorde virksomhedens omsætning $162,3 millioner, op fra $158,3 i 4Q23. Dette inkluderede $93,3 millioner i omsætning fra materialesalg på grund af øget efterspørgsel efter emittermaterialer og $64,4 millioner fra royalty- og licensgebyrer. Omkostningerne til materialesalg var derimod lidt højere denne gang på $34,2 millioner.

Nettoresultatet var $46 millioner, hvilket faldt fra $62 millioner sidste år, og driftsresultatet var $52,5 millioner, hvilket faldt fra $64,7 millioner. Nettoresultatet var $46,0 millioner eller $0,96 per udvandet aktie i Q4. Det kvartalsvise udbytte steg derimod med 12 % til $0,45 per aktie.

For hele 2024 rapporterede UDC $647,7 millioner i omsætning, en stigning på 12 % fra $576,4 millioner året før. Nettoresultatet var $222 millioner, op 9 % fra 2023.

“Vi er glade for at kunne rapportere, at 2024 var et rekordbrydende år med solid økonomisk præstation. På tværs af OLED-industrien udvides produktroadmaps, og førende panelproducenter investerer i nye fabrikker for at imødekomme den stigende efterspørgsel, især på de fremvoksende IT- og bilmarkeder. Vi tror, at denne nye capex-cyklus vil bane vejen for betydelig ny OLED-kapacitet, nye OLED-produkter og nye OLED‑adoptanter.”

– CFO Brian Millard

Nu forventer virksomheden for 2025, at omsætningen vil ligge i intervallet $640 millioner til $700 millioner. Så forudser UDC en vækst på op til 8 % eller et fald på 1 % i omsætningen.

Om tidsrammen for de blå fosforescensmaterialer (PHOLED) og kommercialisering delte UDC, at den er tættere på end nogensinde, og kaldte kommercialiseringen “et betydeligt skridt fremad i OLED-teknologien.” Selvsikker i sin evne til at levere på blå PHOLED, sagde virksomheden, at den kommercielle introduktion kun vil tage måneder og ikke år, selvom den ikke forventer at generere nogen væsentlig indtægt fra den i år.

Dette skift fra fluorescerende til fosforescerende blå markerer en stor overgang, der vil føre til en enorm stigning (fra en fjerdedel til 100 %) i intern lysudbytte for blå i OLED-displays, samtidig med at deres strømforbrug reduceres.

Hvad angår OVJP-projektet, planlægger virksomheden at lukke sit OVJP-center i Californien, mens et nyt datterselskab kaldet Universal Vapor Jet Corporation er blevet lanceret i Singapore for at håndtere OVJP-kommercialisering. UDC mener, at OVJP er en banebrydende teknologi til fremstilling af store displayområder.

Seneste om Universal Display Corporation

Konklusion

Perovskite-LED’er (PeLEDs) får stor betydning som en næste generations lyskilde på grund af deres potentiale for høj effektivitet og et bredt anvendelsesområde, hvilket gør dem lovende til display- og belysningsapplikationer.

Som den seneste undersøgelse viser, kan deres lavere omkostninger og miljøpåvirkning gøre det muligt at erstatte de eksisterende LED’er. Miljøpåvirkningen kan reduceres betydeligt ved at fokusere på guld i stedet for bly. Udskiftning af Au med mere bæredygtige materialer som aluminium eller nikkel hjælper med at tackle udfordringerne ved guldminedrift og reducerer drastisk PeLED-produktionens økologiske fodaftryk.

Selvom perovskite-LED’er viser stort potentiale, afhænger deres kommercialisering af at forbedre levetid og lysudbytte. Ved at tackle udfordringerne med levetid sammen med lavprisproduktion, bæredygtig fremstilling og levende farveoutput kan PeLEDs forstyrre LED- og displaymarkedet og opnå bred adoption.

Studier refereret:

1. Zhang, M., Ma, X., Esguerra, J. L., et al. (2025). Mod bæredygtige perovskite-lysdioder. Nature Sustainability. https://doi.org/10.1038/s41893-024-01503-7