La Produzione di Oro è Tossica. Possono i LED Porre Fine alla Nostra Dipendenza da Essa?

Nel mondo dell’illuminazione e della tecnologia dei display, i diodi a emissione luminosa o LED hanno dominato il mercato grazie alla loro efficienza energetica, lunga durata e capacità di produrre colori vivaci. 

Un diodo, realizzato in semiconduttori, consente al corrente di fluire in una direzione e lo blocca nell’altra. Un diodo a emissione luminosa (LED), invece, è semplicemente un dispositivo semiconduttore che produce luce quando la corrente lo attraversa. 

L’ascesa dei LED ha trasformato il modo in cui utilizziamo la luce, emettendo luce tramite elettroluminescenza e rivoluzionando le tecnologie dei display.

Tra i LED, i diodi a emissione luminosa perovskite (PeLED) sono emersi in particolare come una tecnologia promettente per applicazioni di display e illuminazione grazie alla loro fabbricazione a basso costo, alta efficienza e emissione luminosa regolabile. 

I LED perovskite hanno inoltre guadagnato notevole trazione grazie alla loro flessibilità, al design leggero e alla capacità di offrire una ampia gamma di colori. Inoltre, i PeLED possono essere fabbricati utilizzando materiali abbondanti sulla Terra e tecniche a basso consumo energetico. Questi LED hanno raggiunto alte efficienze nei colori rosso, verde e blu (RGB). 

Negli ultimi anni, la stabilità dei PeLED è migliorata notevolmente, mostrando un potenziale promettente per la loro commercializzazione. 

Quando si tratta di rendere la tecnologia innovativa disponibile a tutti su larga scala, fattori tecnici, economici e ambientali svolgono un ruolo cruciale, contribuendo anche a valutare il loro potenziale sostenibile. Tuttavia, queste informazioni mancano per i PeLED. 

Numerosi studi hanno valutato gli impatti del ciclo di vita delle emergenti celle solari perovskite, ma i loro risultati non possono essere direttamente estrapolati ai PeLED. Questo è dovuto alla differenza fondamentale nei loro meccanismi di conversione energetica. 

A differenza dei LED, che convertono l’elettricità in luce, le celle solari convertono la luce in elettricità. Poi, i PeLED operano su più lunghezze d’onda, il che richiede materiali di strati funzionali diversi e analisi differenti per dispositivi di colori variabili.

Pertanto, è necessaria una valutazione completa del ciclo di vita (LCA) che comprenda tutte le fasi per identificare percorsi efficaci verso la commercializzazione sostenibile dei PeLED.

Un nuovo studio ha fatto proprio questo e ha scoperto che i LED di nuova generazione sono, in effetti, economici e sostenibili.

Una valutazione del ciclo di vita dei LED perovskite

Pubblicato su Nature Sustainability¹, i ricercatori dell’Università di Linköping hanno esaminato la tecnologia emergente dei PeLED da una prospettiva di ciclo di vita con un focus sulla sostenibilità orientata alla commercializzazione.

“I LED perovskite sono più economici e più facili da produrre rispetto ai LED tradizionali, e possono anche produrre colori vivaci e intensi se usati negli schermi. Direi che questa è la prossima generazione di tecnologia LED.”

– Feng Gao, professore di optoelettronica all’Università di Linköping

Il gruppo di ricerca di Gao ha collaborato con il professor Olof Hjelm, Dipartimento di Management e Ingegneria (IEI) e Tecnologia e Gestione Ambientale (MILJÖ), e con John Laurence Esguerra, assistente professore presso la LiU, per avere una migliore idea di come i LED attualmente disponibili sul mercato possano essere sostituiti da LED basati sul materiale perovskite.

I materiali perovskite sono una classe di materiali con proprietà optoelettroniche uniche. Presentano alti coefficienti di assorbimento, alta mobilità di elettroni e lacune, e un bandgap regolabile, oltre ad essere economici.

Ora, per valutare la loro commercializzazione, il team di ricerca ha utilizzato una dettagliata valutazione dell’inventario del ciclo di vita (LCI) di 18 LED perovskite avanzati che coprono lunghezze d’onda RGB, bianco e vicino infrarosso (NIR). I dispositivi selezionati mostrano alte prestazioni tecniche e sono ampiamente riconosciuti.

Sulla base di questi dati, i ricercatori hanno analizzato l’impatto ambientale e il costo economico dei PeLED.

Tale analisi richiede una definizione chiara del sistema, cioè cosa è incluso, ma ciò non riguarda costi e impatto ambientale. 

Questo quadro indaga cosa accade fin dall’inizio, quando il prodotto viene creato, fino a quando non può più essere studiato. Quindi, il ciclo di vita di un prodotto ha cinque fasi — produzione di materie prime, fabbricazione, distribuzione, utilizzo e smantellamento.

Fondamentalmente, dalla culla alla tomba, ma “Vorremmo evitare la tomba,” ha detto il professor Hjelm. Aggiungendo il riciclaggio, le cose diventano più complesse, come ha osservato. Hjelm ha aggiunto:

“Ma qui dimostriamo che è più importante pensare al riutilizzo dei solventi organici e a come le materie prime vengono prodotte, soprattutto se sono materiali rari.”

Un aspetto particolare in cui questa analisi del ciclo di vita fornisce indicazioni è la piccola quantità di piombo tossico presente nei PeLED. Sebbene sia importante per l’efficacia delle perovskiti, l’attenzione non dovrebbe concentrarsi solo sul piombo, poiché vi sono molti altri materiali presenti nei LED.

Il metallo prezioso oro è uno di questi, e comporta le proprie sfide. Secondo Hjelm:

“La produzione di oro è estremamente tossica. Ci sono sottoprodotti come mercurio e cianuro. È anche molto dispendiosa in termini di energia.”

Il Processo di Produzione dell’Oro Tossico e ad Alta Intensità Energetica

L’oro (Au) ha suscitato fascino e attenzione nelle società umane sin dall’antichità più di qualsiasi altra merce.

Questo metallo lucente e giallo è stato una volta universalmente accettato come pagamento. A un certo punto, il sistema monetario statunitense era basato su un gold standard. È anche molto popolare come opzione di investimento e usato per coprire l’inflazione.

Di conseguenza, il valore dell’oro ha recentemente raggiunto un nuovo massimo storico (ATH) poiché XAUUSD ha superato i $3,000 per oncia. I prezzi dell’oro sono aumentati di oltre il 15% nel 2025 e hanno registrato una forte ripresa da ottobre 2023, quando erano intorno ai $1,800 per oncia.

Oltre a fungere da buon deposito di valore, l’oro è anche utilizzato in gioielleria, medicina, elettronica, aerospazio e altre industrie grazie alle sue numerose proprietà attraenti.

Questo metallo giallo brillante è morbido e richiede altri metalli per guadagnare resistenza. Tuttavia è molto malleabile, il che significa che la sua forma può essere controllata mediante forza. Oltre a essere martellato in fogli sottili, può anche essere trafilato in fili.

Non è solo noto per la sua elevata resistenza alla corrosione, ma è anche un eccellente conduttore di calore ed elettricità.

L’oro è uno dei metalli più densi, con una densità di circa 19,3 g/cm³. Per quanto riguarda il suo punto di fusione, è 1064,18°C, mentre il punto di ebollizione è 2836°C. Inoltre, il metallo, resistente alla maggior parte degli acidi e non reagente facilmente con la maggior parte delle sostanze, è non magnetico.

Una combinazione di queste proprietà rende l’oro molto attraente per smartphone, computer, altri dispositivi elettronici di consumo, schermature contro le radiazioni, circuiti stampati e sistemi semiconduttori.

L’oro è solitamente trovato incastonato in vene di quarzo, ed è estratto dalla terra tramite operazioni industriali su larga scala e miniere su piccola scala.

L’oro viene estratto sia dalla superficie sia da miniere sotterranee, mentre la lavorazione avviene sul sito della miniera. La lavorazione inizia con la frantumazione, poi il minerale è trattato con sostanze chimiche per estrarre l’oro, che passa attraverso processi come la fusione per produrre una barra d’oro. La barra è trasportata a una raffineria per produrre oro puro da vendere.

L’alto valore del metallo e le sue applicazioni superiori rendono l’estrazione dell’oro un’industria di grandi dimensioni e globale. Questo processo ampiamente praticato è particolarmente popolare in alcuni paesi dell’Africa e del Sud America, dove può guadagnare cinque volte più della pesca, agricoltura e silvicoltura.

Tuttavia, l’estrazione dell’oro non è un processo pulito, ma piuttosto tossico e ad alta intensità di risorse, che comporta rischi ambientali e sanitari significativi.

La produzione di oro genera emissioni di CO2 oltre ad altri rischi ambientali, inclusi contaminazione del suolo, degrado del territorio, inquinamento dell’acqua e dell’aria, e distruzione degli habitat.

Il tipo di rifiuto tossico coinvolto contiene fino a tre dozzine di sostanze chimiche pericolose, tra cui piombo, mercurio, cianuro, arsenico, acidi e sottoprodotti petroliferi.

L’effetto del drenaggio acido delle miniere (AMD), termine che si riferisce all’acqua contaminata risultante dallo scarico abituale di rifiuti tossici da parte delle compagnie minerarie in oceani, laghi, fiumi e torrenti, è multiforme, rendendo il recupero da tali rifiuti estremamente difficile.

Poiché l’estrazione dell’oro è così dannosa per il pianeta e le persone, sostituire questo metallo prezioso con alluminio, nichel o rame nei LED fornirebbe un grande beneficio ambientale, secondo il nuovo studio. Nel frattempo, una piccola quantità di piombo può essere mantenuta affinché il LED funzioni in modo ottimale.

LED di Prossima Generazione Economici e Sostenibili

I LED perovskite, secondo lo studio, possono essere trasformati con successo in un’offerta di mercato redditizia. Lo studio ha concluso che i PeLED hanno un grande potenziale per la commercializzazione a lungo termine. Secondo lo studio:

“I futuri PeLED sviluppati tramite produzione su larga scala hanno grandi promesse nel raggiungere una posizione competitiva tra le varie tecnologie di illuminazione sia dal punto di vista ambientale che economico.”

Il percorso verso la commercializzazione sostenibile, secondo lo studio, ha tre pilastri critici — fattori ambientali, economici e tecnici. Questi fattori si allineano con gli interessi delle parti interessate chiave: i produttori che cercano redditività aziendale e ritorno sull’investimento, il coordinatore, che include legislazione e politiche governative, e i clienti che pagano il prodotto.

I risultati della valutazione del ciclo di vita dello studio mostrano che gli impatti ambientali dei LED perovskite derivano principalmente dagli input di sostanze ed elettricità durante la produzione. La fase di distribuzione, cioè il trasporto, contribuisce invece a meno del 5% degli impatti totali, e la sua ottimizzazione dipende dalle risorse industriali.

Per quanto riguarda le fonti di tossicità, lo studio ha osservato che i metalli pesanti derivanti dalla produzione di materie prime sono i principali contributori durante l’intero ciclo di vita dei PeLED. I risultati mostrano inoltre che l’uso di perovskiti privi di piombo (Pb) non riduce intrinsecamente gli impatti ambientali.

Ciò è dovuto allo strato emissivo sottile, che misura solo decine di nanometri, per cui il contributo del Pb nei LED perovskite all’impatto ambientale complessivo è minimo.

Lo studio ha effettivamente individuato l’oro come forte contributore e ha menzionato il caso sorprendente dei catodi d’oro (Au) nei PeLED NIR, che hanno mostrato impatti ambientali oltre 100 volte superiori a quelli dei dispositivi che non usavano oro. Questa differenza è il risultato dell’alta inquinamento e consumo energetico legati all’estrazione dell’oro. È stata aggravata dalla densità dell’oro, che è sette volte quella dell’alluminio (Al).

Ciò sottolinea che le tecnologie prive di piombo non garantiscono sempre una riduzione dell’ecotossicità.

Pertanto, i ricercatori hanno osservato che la comprensione generale secondo cui il Pb è la principale fonte di tossicità nei LED perovskite non è solo sconsigliabile, ma rischia anche a spostare l’attenzione da altri inquinanti critici.

Per quanto riguarda i costi, la valutazione tecno-economica indica che il costo dei futuri PeLED sarà intorno a US$100 m⁻², comparabile al costo dei pannelli OLED organici commerciali.

Quindi, i costi più bassi e l’impatto ambientale ridotto dei PeLED potrebbero persino consentire loro di sostituire i LED esistenti. Ma il problema riguarda la loro longevità. Tuttavia, questa importante questione è affrontata dallo sviluppo accelerato dei LED perovskite, e con ciò la loro durata di vita sta aumentando.

I ricercatori hanno proposto un tempo relativo di mitigazione dell’impatto (RIMT) come nuovo parametro per quantificare la durata di vita necessaria ai LED perovskite per raggiungere la sostenibilità. Lo studio ha osservato:

“RIMT rappresenta il tempo minimo necessario per mitigare gli impatti relativi, considerando simultaneamente gli impatti relativi interni ed esterni.”

Secondo lo studio, i LED perovskite devono raggiungere un obiettivo pratico di circa 10.000 ore di vita per un impatto ambientale positivo. Questo è realizzabile, secondo i ricercatori. Per ora, tuttavia, i migliori PeLED attuali possono durare centinaia di ore.

Con questa valutazione, i ricercatori mirano a introdurre un cambiamento nel campo della ricerca sui LED, dove finora l’attenzione è stata rivolta al miglioramento delle prestazioni tecniche dei LED.

“Vogliamo che ciò che sviluppiamo venga utilizzato nel mondo reale. Ma allora, noi ricercatori dobbiamo ampliare la nostra prospettiva. Se un prodotto ha alte prestazioni tecniche ma è costoso e non è sostenibile dal punto di vista ambientale, potrebbe non essere altamente competitivo sul mercato. Questo modo di pensare guiderà sempre più la nostra ricerca.”

– Muyi Zhang, dottorando presso il Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia della LiU

Lo studio ha inoltre osservato che l’efficacia luminosa necessita di ulteriori ricerche per migliorare l’efficienza energetica dei futuri prodotti PeLED.

Azienda innovativa

Universal Display Corp

Mentre i LED perovskite sono in prima linea nel futuro dell’illuminazione e dei display visivi, il mercato è attualmente dominato da Display a Cristalli Liquidi (LCD) e Diodi Organici a Emissione Luminosa (OLED).

Nel settore OLED, Universal Display (OLED ) Corp (UDC) è un nome di spicco che ricerca, sviluppa e concede in licenza tecnologie e materiali OLED per display e illuminazione. 

Fondata nel 1994, UDC ha guidato l’innovazione nella tecnologia OLED con la sua tecnologia proprietaria UniversalPHOLED a fosforescenza. Sviluppa e vende materiali PHOLED ad alte prestazioni e offre varie tecnologie OLED come FOLED (OLED flessibili), utilizzati in tablet e smartphone pieghevoli; TOLED (OLED trasparenti), impiegati in finestre e display, e WOLED (OLED bianchi) usati in applicazioni di illuminazione. L’azienda sviluppa inoltre e offre la stampa a getto di vapore organico (OVJP). 

Con una capitalizzazione di mercato di 7,1 miliardi di dollari, le azioni OLED al momento di questa scrittura sono scambiate a $149,90, in rialzo del 2,84% YTD. Il suo EPS (TTM) è 4,66 mentre il rapporto P/E (TTM) è 32,24. Il rendimento del dividendo è dell’1,20%.

Per quanto riguarda i dati finanziari, Universal Display Corporation ha recentemente riportato i risultati del Q4 2024. Durante questo periodo, il fatturato dell’azienda è stato di $162,3 milioni, in aumento rispetto a $158,3 del 4Q23. Questo include $93,3 milioni di ricavi dalle vendite di materiali grazie alla domanda rafforzata di materiali emettitori e $64,4 milioni da royalty e commissioni di licenza. Il costo delle vendite di materiali, nel frattempo, è stato leggermente più alto questa volta a $34,2 milioni.

L’utile netto è stato di $46 milioni, in calo rispetto ai $62 milioni registrati l’anno scorso, e il reddito operativo è stato di $52,5 milioni, in diminuzione rispetto ai $64,7 milioni. L’utile netto è stato di $46,0 milioni o $0,96 per azione diluita nel Q4. Il dividendo trimestrale è aumentato del 12% a $0,45 per azione.

Per l’intero 2024, UDC ha riportato $647,7 milioni di ricavi, un aumento del 12% rispetto a $576,4 milioni dell’anno precedente. L’utile netto è stato di $222 milioni, in crescita del 9% rispetto al 2023.

“Siamo lieti di riferire che il 2024 è stato un anno record di solide performance finanziarie. In tutto il settore OLED, le roadmap dei prodotti si stanno espandendo e i principali produttori di pannelli stanno investendo in nuovi impianti per soddisfare la crescente domanda, in particolare nei mercati emergenti dell’IT e dell’automotive. Crediamo che questo nuovo ciclo di investimenti aprirà la strada a una significativa nuova capacità OLED, nuovi prodotti OLED e nuovi adottanti OLED.”

– CFO Brian Millard

Ora, per il 2025, l’azienda prevede che il suo fatturato sarà compreso tra $640 milioni e $700 milioni. Quindi, UDC prevede una crescita fino all’8% o un calo dell’1% dei ricavi.

Riguardo ai tempi per i materiali di fosforescenza blu (PHOLED) e la commercializzazione, UDC ha condiviso che è più vicino che mai, definendo la commercializzazione “un salto significativo in avanti nella tecnologia OLED.” Fiduciosa nella sua capacità di fornire PHOLED blu, l’azienda ha affermato che l’introduzione commerciale richiederà solo mesi e non anni, sebbene non preveda di generare ricavi significativi da essa quest’anno.

Questo passaggio dal fluorescente al fosforescente blu segna una grande transizione che porterà a un enorme aumento (da un quarto al 100%) dell’efficienza luminosa interna per il blu nei display OLED, riducendo al contempo il loro consumo energetico.

Per quanto riguarda il progetto OVJP, l’azienda prevede di chiudere il suo centro OVJP in California, mentre una nuova controllata chiamata Universal Vapor Jet Corporation è stata lanciata a Singapore per gestire la commercializzazione di OVJP. UDC crede che OVJP sia una tecnologia all’avanguardia per la produzione di display a grande area.

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Conclusione

I LED perovskite (PeLED) stanno guadagnando molta importanza come fonte luminosa di prossima generazione grazie al loro potenziale di alta efficienza e a un’ampia gamma di applicazioni, rendendoli promettenti per i display e le applicazioni di illuminazione.

Come mostra lo studio più recente, il loro costo inferiore e l’impatto ambientale ridotto potrebbero consentire loro di sostituire i LED esistenti. L’impatto ambientale può essere ridotto significativamente concentrandosi sull’oro anziché sul piombo. Sostituire Au con materiali più sostenibili come alluminio o nichel aiuta a affrontare le sfide poste dall’estrazione dell’oro, riducendo drasticamente l’impronta ecologica della produzione di PeLED.

Mentre i LED perovskite mostrano un grande potenziale, la loro commercializzazione dipende dal miglioramento della durata e dell’efficienza luminosa. Affrontando le sfide della longevità insieme a una produzione a basso costo, una fabbricazione sostenibile e un’uscita di colore vivace, i PeLED possono sconvolgere il mercato dei LED e dei display e raggiungere una diffusione capillare.

Studi citati:

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