Goudproductie is giftig. Kunnen LED’s onze afhankelijkheid ervan beëindigen?

In de wereld van verlichting en displaytechnologie leiden lichtgevende diodes of LED’s de markt dankzij hun energie‑efficiëntie, lange levensduur en het vermogen om levendige kleuren te produceren. 

Een diode, gemaakt van halfgeleiders, laat stroom in één richting vloeien en blokkeert deze in de andere. Een lichtgevende diode (LED) is ondertussen simpelweg een halfgeleiderapparaat dat licht produceert wanneer er stroom doorheen gaat. 

De opkomst van LED’s heeft de manier waarop we licht gebruiken getransformeerd door licht uit te stralen via elektroluminescentie en displaytechnologieën te revolutioneren. 

Onder LED’s zijn perovskiet‑lichtgevende diodes (PeLED’s) in het bijzonder naar voren gekomen als een veelbelovende technologie voor display‑ en verlichtingsapplicaties vanwege hun goedkope fabricage, hoge efficiëntie en instelbare lichtemissie. 

Perovskiet‑LED’s hebben ook aanzienlijke tractie gekregen dankzij hun flexibiliteit, lichtgewicht ontwerp en een breed kleurbereik. Bovendien kunnen PeLED’s worden vervaardigd met aardse overvloedige materialen en energiezuinige technieken. Deze LED’s hebben hoge efficiënties behaald over rode, groene en blauwe (RGB) kleuren. 

In de afgelopen jaren is de stabiliteit van PeLED’s ook aanzienlijk verbeterd, wat veelbelovend potentieel voor hun commercialisering aantoont. 

Als het gaat om het op grote schaal beschikbaar maken van innovatieve technologie voor iedereen, spelen technische, economische en milieufactoren een cruciale rol, wat ook helpt hun duurzame potentieel te evalueren. Deze informatie ontbreekt echter over PeLED’s. 

Talrijke studies hebben de levenscyclusimpacten van opkomende perovskiet‑zonnecellen geëvalueerd, maar hun bevindingen kunnen niet rechtstreeks worden geëxtrapoleerd naar PeLED’s. Dit komt door het fundamentele verschil in hun energieomzettingsmechanismen. 

In tegenstelling tot LED’s, die elektriciteit omzetten in licht, zetten zonnecellen licht om in elektriciteit. Daarnaast opereren PeLED’s over meerdere golflengten, wat diverse functionele laagmaterialen vereist en verschillende analyses voor apparaten met verschillende kleuren. 

Daarom is een uitgebreide levenscyclusanalyse (LCA) die alle fasen omvat noodzakelijk om effectieve routes naar duurzame commercialisering van PeLED’s te identificeren. 

Een nieuwe studie heeft precies dit gedaan en vastgesteld dat de volgende generatie LED’s inderdaad goedkoop en duurzaam zijn. 

A Life-cycle Assessment of Perovskite LEDs

Gepubliceerd in Nature Sustainability¹, onderzochten onderzoekers van de Linköping Universiteit de opkomende PeLED‑technologie vanuit een levenscyclusperspectief met een focus op commercialisatiegerichte duurzaamheid.

“Perovskite LED’s zijn goedkoper en gemakkelijker te vervaardigen dan traditionele LED’s, en ze kunnen ook levendige en intense kleuren produceren als ze in schermen worden gebruikt. Ik zou zeggen dat dit de volgende generatie LED‑technologie is.”

– Feng Gao, professor opto‑elektronica aan de Linköping Universiteit

Gao’s onderzoeksgroep werkte samen met professor Olof Hjelm, afdeling Management en Engineering (IEI) en Milieutechnologie en Management (MILJÖ), en John Laurence Esguerra, die assistent‑professor is aan de LiU, om een beter idee te krijgen van hoe de momenteel op de markt beschikbare LED’s kunnen worden vervangen door LED’s op basis van het perovskietmateriaal.

Perovskietmaterialen vormen een klasse van materialen met unieke opto‑elektronische eigenschappen. Ze hebben hoge absorptiecoëfficiënten, hoge elektronen‑ en gatenmobiliteit, en een instelbare bandgap, naast dat ze kosteneffectief zijn. 

Nu, om hun commercialisatie te beoordelen, gebruikte het onderzoeksteam een gedetailleerde levenscyclusinventarisatie (LCI) van 18 geavanceerde perovskiet‑LED’s die RGB, wit en nabij‑infrarood (NIR) golflengten bestrijken. De geselecteerde apparaten vertonen hoge technische prestaties en worden breed erkend. 

Op basis van deze gegevens analyseerden de onderzoekers de milieu‑impact en economische kosten van PeLED’s. 

Zo’n analyse vereist een duidelijke systeemdefinitie, wat betekent wat erin is opgenomen, maar dat heeft niets te maken met kosten en milieu‑impact. 

Dit kader onderzoekt wat er gebeurt vanaf het moment dat het product wordt gecreëerd tot het niet meer bestudeerd kan worden. Dus, de levenscyclus van een product heeft vijf fasen — productie van grondstoffen, fabricage, distributie, gebruik en buitengebruikstelling. 

In principe, van wieg tot graf, maar “We willen het graf vermijden,” zei professor Hjelm. Voeg recycling toe, en zoals hij opmerkte, wordt het ingewikkelder. Hjelm voegde toe: 

“Maar hier laten we zien dat het het belangrijkst is om na te denken over het hergebruik van organische oplosmiddelen en hoe grondstoffen worden geproduceerd, vooral als het zeldzame materialen betreft.”

Een specifiek aspect waarbij deze levenscyclusanalyse richting geeft, is de kleine hoeveelheid giftig lood die in PeLED’s wordt aangetroffen. Hoewel dit belangrijk is voor de effectiviteit van de perovskieten, mag de focus niet alleen op lood liggen, aangezien er veel andere materialen in LED’s aanwezig zijn. 

Het edelmetaal goud is er een van, en het brengt zijn eigen uitdagingen met zich mee. Volgens Hjelm: 

“Goudproductie is extreem giftig. Er zijn bijproducten zoals kwik en cyanide. Het verbruikt ook veel energie.”

The Toxic & Energy Intensive Gold Production Process

Goud (Au) heeft sinds de oudheid de fascinatie en aandacht van menselijke samenlevingen gegrepen als geen ander goed. 

Dit glanzende, gele metaal werd ooit universeel geaccepteerd als betaalmiddel. Op een gegeven moment was het Amerikaanse monetaire systeem gebaseerd op een gouden standaard. Het is ook enorm populair als investeringsoptie en wordt gebruikt om zich tegen inflatie te beschermen. 

Als gevolg hiervan bereikte de waarde van goud recent een nieuw recordhoogte (ATH) toen XAUUSD $3.000 per ounce overschreed. De goudprijzen zijn in 2025 met meer dan 15% gestegen en hebben sinds oktober 2023 een sterke rally doorgemaakt, toen het rond $1.800 per ounce lag. 

Naast het fungeren als een goede waardevastheid, wordt goud ook gebruikt in sieraden, geneeskunde, elektronica, de ruimtevaart en andere industrieën dankzij zijn vele aantrekkelijke eigenschappen. 

Dit heldere gele metaal is zacht en heeft andere metalen nodig om sterkte te krijgen. Maar het is zeer kneedbaar, wat betekent dat de vorm kan worden gecontroleerd met kracht. Naast het slaan tot dunne vellen, kan het ook tot draden worden getrokken. 

Het staat niet alleen bekend om zijn hoge corrosiebestendigheid, maar het is ook een uitstekende geleider van warmte en elektriciteit. 

Goud is een van de dichtste metalen, met een dichtheid van ongeveer 19,3 g/cm³. Het smeltpunt is 1064,18 °C, terwijl het kookpunt 2836 °C is. Bovendien is het metaal, dat bestand is tegen de meeste zuren en niet gemakkelijk reageert met de meeste stoffen, niet‑magnetisch. 

Een combinatie van deze eigenschappen maakt goud zeer aantrekkelijk in smartphones, computers, andere consumentenelektronica, stralingsbescherming, gedrukte circuits en halfgeleidersystemen. 

Goud wordt meestal aangetroffen ingebed in kwartsaders, en het wordt uit de aarde gehaald via grootschalige industriële operaties en kleinschalige mijnbouw. 

Goud wordt gewonnen aan het oppervlak of ondergronds, terwijl de verwerking plaatsvindt op de mijnlocatie. De verwerking begint met breken, waarna het erts met chemicaliën wordt behandeld om het goud te extraheren, waarna het door processen zoals smelten wordt omgezet tot een goudstaaf. De staaf wordt naar een raffinaderij vervoerd om zuiver goud voor verkoop te produceren. 

De hoge waarde van het metaal en de superieure toepassingen maken goudmijnbouw een omvangrijke en wereldwijde industrie. Dit breed toegepaste proces is vooral populair in enkele landen in Afrika en Zuid‑Amerika, waar het tot vijf keer zoveel kan opleveren als visserij, landbouw en bosbouw. 

Goudmijnbouw is echter geen schoon proces, maar eerder een giftig en hulpbronnenintensief proces dat aanzienlijke milieu‑ en gezondheidsrisico’s met zich meebrengt. 

De productie van goud veroorzaakt CO₂‑emissies naast andere milieugerelateerde risico’s, waaronder bodemverontreiniging, landdegradatie, water‑ en luchtvervuiling en vernietiging van habitats. 

Het soort giftig afval dat hier betrokken is, bevat wel tot drie dozijn gevaarlijke chemicaliën, waaronder lood, kwik, cyanide, arseen, zuren en petroleumbijproducten. 

Het effect van zure mijnwater (AMD), een term die verwijst naar het verontreinigde water dat ontstaat doordat mijnbouwbedrijven routinematig giftig afval in oceanen, meren, rivieren en beken dumpen, is veelzijdig, waardoor herstel van dergelijk afval uiterst moeilijk is. 

Aangezien goudmijnbouw zo schadelijk is voor de planeet en haar bewoners, zou het vervangen van dit edelmetaal door bijvoorbeeld aluminium, nikkel of koper in LED’s een groot milieuvriendelijk voordeel opleveren, gelooft de nieuwe studie. Ondertussen kan een kleine hoeveelheid lood behouden blijven zodat de LED optimaal functioneert. 

Cheap & Sustainable Next-generation LEDs

Perovskiet‑LED’s kunnen, volgens de studie, met succes worden omgevormd tot een winstgevende markt. De studie concludeerde dat PeLED’s een groot potentieel hebben voor commercialisering op de lange termijn. Volgens de studie: 

“Toekomstige PeLED’s die via grootschalige productie worden ontwikkeld, hebben grote beloftes om een concurrerende positie te bereiken onder verschillende verlichtings‑technologieën vanuit zowel milieu‑ als economisch perspectief.”

Het pad naar duurzame commercialisering, volgens de studie, heeft drie kritieke pijlers — milieu‑, economische‑ en technische factoren. Deze factoren sluiten aan bij de belangen van belangrijke belanghebbenden: producenten die op zoek zijn naar bedrijfswinstgevendheid en rendement op investering, de coördinator, die overheidswetgeving en -beleid omvat, en klanten die voor het product betalen. 

De resultaten van de levenscyclusanalyse van de studie tonen aan dat de milieu‑impacten van perovskiet‑LED’s voornamelijk voortkomen uit de invoer van stoffen en elektriciteit tijdens de productie. De distributiefase, d.w.z. transport, draagt ondertussen minder dan 5 % bij aan de totale impact, en de optimalisatie ervan hangt af van industriële middelen. 

Met betrekking tot toxiciteitsbronnen merkte de studie op dat zware metalen uit de productie van grondstoffen de belangrijkste bijdragers zijn gedurende de levenscyclus van PeLED’s. De bevindingen tonen bovendien aan dat het gebruik van loodvrije (Pb‑vrije) perovskieten de milieu‑impact niet intrinsiek vermindert. 

Dit komt doordat de dunne emissielaag, die slechts tientallen nanometers meet, de bijdrage van Pb in perovskiet‑LED’s aan de totale milieu‑impact minimaal maakt. 

De studie identificeerde goud daadwerkelijk als een sterke bijdrager en noemde het opvallende geval van goud (Au) kathodes in NIR‑PeLED’s, die milieueffecten vertoonden die meer dan 100 keer groter waren dan die van apparaten die geen goud gebruikten. Dit verschil was het gevolg van hoge vervuiling en energieverbruik gekoppeld aan goudmijnbouw. Het werd versterkt door de dichtheid van Au, die zeven keer zo hoog is als die van aluminium (Al). 

Dit benadrukt dat technologieën zonder lood niet altijd een verminderde ecotoxiciteit garanderen. 

Daarom merkten de onderzoekers op dat de algemene veronderstelling dat Pb de belangrijkste bron van toxiciteit in perovskiet‑LED’s is, niet alleen onadviesbaar is, maar ook het risico met zich meebrengt de aandacht van andere kritieke verontreinigende stoffen af te leiden. 

Wat kosten betreft, geeft de techno‑economische beoordeling aan dat de kosten van toekomstige PeLED’s rond US$100 m‑2 liggen, wat vergelijkbaar is met de kosten van commerciële organische LED‑panelen. 

Dus, de lagere kosten en de kleinere milieu‑impact van PeLED’s kunnen ze zelfs in staat stellen de bestaande LED’s te vervangen. Maar het probleem ligt in hun levensduur. Deze grote kwestie wordt echter aangepakt door de versnelde ontwikkeling van perovskiet‑LED’s, en daarmee neemt hun levensverwachting toe. 

De onderzoekers stelden zelfs een relatieve impact‑mitigatietijd (RIMT) voor als een nieuw parameter om de levensduur te kwantificeren die nodig is voor perovskiet‑LED’s om duurzaamheid te bereiken. De studie merkte op: 

“RIMT vertegenwoordigt de minimale tijd die nodig is om relatieve impacten te mitigeren, waarbij interne en externe relatieve impacten gelijktijdig worden beschouwd.”

Volgens de studie moeten perovskiet‑LED’s een praktisch doel van ongeveer 10.000 uur levensduur bereiken voor een positieve milieu‑impact. Dit is haalbaar, volgens de onderzoekers. Voorlopig kunnen de beste PeLED’s vandaag echter slechts enkele honderden uren meegaan. 

Met deze beoordeling willen de onderzoekers een verandering teweegbrengen in de LED‑onderzoekssector, waar tot nu toe de focus lag op het verbeteren van de technische prestaties van LED’s. 

“We willen dat wat we ontwikkelen in de echte wereld wordt gebruikt. Maar dan moeten wij als onderzoekers ons perspectief verbreden. Als een product hoge technische prestaties heeft, maar duur is en niet milieuvriendelijk, kan het niet sterk concurrerend zijn op de markt. Die mentaliteit zal steeds meer ons onderzoek sturen.”

– Muyi Zhang, PhD‑student aan de afdeling Natuurkunde, Scheikunde en Biologie van de LiU

De studie merkte ook op dat de lichtopbrengst meer onderzoek vereist om de energie‑efficiëntie van toekomstige PeLED‑producten te verbeteren. 

Innovative company

Universal Display Corp

Hoewel Perovskiet‑LED’s vooroplopen in de toekomst van verlichting en visuele displays, wordt de markt momenteel gedomineerd door vloeibare‑kristal‑displays (LCD’s) en organische lichtgevende diodes (OLED’s). 

In de OLED‑sector is Universal Display (OLED ) Corp (UDC) een prominente naam die OLED‑technologieën en -materialen onderzoekt, ontwikkelt en licentieert voor displays en verlichting. 

Opgericht in 1994, heeft UDC de innovatie in OLED‑technologie geleid met haar eigen UniversalPHOLED fosforescerende OLED‑technologie. Ze ontwikkelt en verkoopt ook high‑performance PHOLED‑materialen en biedt diverse OLED‑technologieën aan zoals FOLED’s (Flexibele OLED’s), die worden gebruikt in tablets en opvouwbare smartphones; TOLED’s (Transparante OLED’s), die worden gebruikt in ramen en displays, en WOLED’s (Witte OLED’s) die worden gebruikt in verlichtingsapplicaties. Het bedrijf ontwikkelt en biedt ook OVJP Organic Vapor Jet Printing aan. 

Met een marktkapitalisatie van $7,1 miljard worden OLED‑aandelen op het moment van schrijven verhandeld tegen $149,90, een stijging van 2,84 % YTD. De EPS (TTM) is 4,66 terwijl de P/E (TTM)‑ratio 32,24 is. Het dividendrendement bedraagt 1,20 %. 

Wat de bedrijfsfinanciën betreft, rapporteerde Universal Display Corporation onlangs haar resultaten voor Q4 2024. In deze periode bedroeg de omzet van het bedrijf $162,3 miljoen, een stijging ten opzichte van $158,3 miljoen in Q4 2023. Dit omvatte $93,3 miljoen aan omzet uit materiaalverkoop vanwege een verhoogde vraag naar emitter‑materialen en $64,4 miljoen uit royalty‑ en licentievergoedingen. De kosten van materiaalverkoop waren ondertussen iets hoger, $34,2 miljoen. 

De nettowinst bedroeg $46 miljoen, een daling ten opzichte van $62 miljoen vorig jaar, en de operationele winst was $52,5 miljoen, een daling ten opzichte van $64,7 miljoen. De nettowinst was $46,0 miljoen of $0,96 per verwaterde aandeel in Q4. Het kwartaaldividend steeg ondertussen met 12 % tot $0,45 per aandeel. 

Voor het volledige jaar 2024 rapporteerde UDC $647,7 miljoen aan omzet, een stijging van 12 % ten opzichte van $576,4 miljoen het jaar daarvoor. De nettowinst bedroeg $222 miljoen, een stijging van 9 % ten opzichte van 2023. 

“We zijn verheugd te melden dat 2024 een recordbrekend jaar was met solide financiële prestaties. In de OLED‑industrie breiden product‑roadmaps zich uit, en toonaangevende paneelfabrikanten investeren in nieuwe fabrieken om te voldoen aan de toenemende vraag, met name in de opkomende IT‑ en automobielmarkten. Wij geloven dat deze nieuwe capex‑cyclus de weg zal vrijmaken voor betekenisvolle nieuwe OLED‑capaciteit, nieuwe OLED‑producten en nieuwe OLED‑adoptanten.”

– CFO Brian Millard

Voor 2025 verwacht het bedrijf een omzet in de range van $640 miljoen tot $700 miljoen. Dus, UDC voorspelt een groei van tot 8 % of een daling van 1 % in omzet. 

Wat betreft de tijdlijn voor de blauwe fosforescentiematerialen (PHOLED) en commercialisatie, deelde UDC dat deze dichterbij is dan ooit, en noemde de commercialisatie “een significante sprong voorwaarts in OLED‑technologie.” Vertrouwend op haar vermogen om blauwe PHOLED te leveren, zei het bedrijf dat de commerciële introductie slechts maanden en geen jaren zal duren, hoewel het niet verwacht er dit jaar enige betekenisvolle omzet uit te genereren. 

Deze verschuiving van fluorescerend naar fosforescent blauw markeert een grote overgang die zal leiden tot een enorme stijging (van een kwart tot 100 %) in de interne lichtopbrengst voor blauw in OLED‑displays, terwijl het energieverbruik wordt verminderd. 

Wat het OVJP‑project betreft, is het bedrijf van plan haar OVJP‑centrum in Californië te sluiten, terwijl een nieuwe dochteronderneming genaamd Universal Vapor Jet Corporation in Singapore is gelanceerd om de commercialisatie van OVJP te beheren. UDC gelooft dat OVJP een geavanceerde technologie is voor de productie van displays op grote schaal. 

Latest on Universal Display Corporation

Conclusion

Perovskiet‑LED’s (PeLED’s) krijgen steeds meer belang als een volgende‑generatie lichtbron vanwege hun potentieel voor hoge efficiëntie en een breed scala aan toepassingen, waardoor ze veelbelovend zijn voor display‑ en verlichtingsapplicaties. 

Zoals de nieuwste studie aantoont, kunnen hun lagere kosten en milieu‑impact hen in staat stellen de bestaande LED’s te vervangen. De milieu‑impact kan aanzienlijk worden verminderd door de focus op goud in plaats van lood. Het vervangen van Au door duurzamere materialen zoals aluminium of nikkel helpt de uitdagingen van goudmijnbouw aan te pakken, waardoor de ecologische voetafdruk van PeLED‑productie drastisch wordt verkleind. 

Hoewel perovskiet‑LED’s veel potentieel tonen, hangt hun commercialisatie af van het verbeteren van de levensduur en lichtopbrengst. Door de uitdagingen op het gebied van levensduur aan te pakken naast goedkope productie, duurzame fabricage en levendige kleuropbrengst, kunnen PeLED’s de LED‑ en displaymarkt ontwrichten en brede adoptie bereiken. 

Gerefereerde studies:

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