Gullproduksjon er giftig. Kan LED-lys avslutte vår avhengighet av det?

I verden av belysning og skjermteknologi har lysdioder eller LED-er ledet markedet takket være deres energieffektivitet, lange levetid og evne til å produsere levende farger. 

En diode, laget av halvledere, tillater strøm å flyte i én retning og blokkerer den i den andre. En lysdiode (LED) er derimot ganske enkelt en halvlederkomponent som produserer lys når strøm passerer gjennom den. 

Fremveksten av LED-er har transformert måten vi bruker lys på ved å avgi lys gjennom elektroluminiscens og revolusjonere skjermteknologier.

Blant LED-er har perovskitt-lysdioder (PeLEDs), spesielt, dukket opp som en lovende teknologi for skjerm- og belysningsapplikasjoner på grunn av deres kostnadseffektive produksjon, høye effektivitet og justerbare lysutslipp. 

Perovskitt-LED-er har også fått betydelig oppmerksomhet takket være sin fleksibilitet, lette design, og det brede fargespekteret de tilbyr. I tillegg kan PeLEDs fremstilles ved bruk av jordrike materialer og lavenergiteknikker. Disse LED-ene har oppnådd høy effektivitet i røde, grønne og blå (RGB) farger.

I de senere årene har stabiliteten til PeLEDs også forbedret seg markant, noe som viser lovende potensial for kommersialisering. 

Når det gjelder å gjøre innovativ teknologi tilgjengelig for alle i stor skala, spiller tekniske, økonomiske og miljømessige faktorer en kritisk rolle, noe som også hjelper med å vurdere deres bærekraftige potensial. Denne informasjonen mangler imidlertid for PeLEDs.

Tallrike studier har evaluert livssyklusvirkningene av fremvoksende perovskitt-solceller, men deres funn kan ikke direkte overføres til PeLEDs. Dette er på grunn av den grunnleggende forskjellen i deres energikonverteringsmekanismer. 

I motsetning til LED-er, som omdanner elektrisitet til lys, omdanner solceller lys til elektrisitet. I tillegg opererer PeLEDs over flere bølgelengder, noe som krever ulike funksjonelle lagmaterialer og forskjellige analyser for enheter i ulike farger.

Derfor er en omfattende livssyklusanalyse (LCA) som dekker alle faser nødvendig for å identifisere effektive veier mot bærekraftig kommersialisering av PeLEDs.

En ny studie har gjort nettopp dette og funnet at neste generasjons LED-er faktisk er billige og bærekraftige.

En livssyklusanalyse av perovskitt-LED-er

Publisert i Nature Sustainability¹, undersøkte forskere ved Linköping University den fremvoksende PeLED-teknologien fra et livssyklusperspektiv med fokus på kommersialiseringsorientert bærekraft.

«Perovskitt-LED-er er billigere og enklere å produsere enn tradisjonelle LED-er, og de kan også produsere levende og intense farger hvis de brukes i skjermer. Jeg vil si at dette er neste generasjon LED-teknologi.»

– Feng Gao, professor i optoelektronikk ved Linköping University

Gaos forskningsgruppe samarbeidet med professor Olof Hjelm, Institutt for ledelse og ingeniørfag (IEI) og Miljøteknologi og -ledelse (MILJÖ), og John Laurence Esguerra, som er assisterende professor ved LiU for å få en bedre forståelse av hvordan LED-er som er tilgjengelige på markedet i dag kan erstattes med LED-er basert på perovskittmateriale.

Perovskittmaterialer er en klasse av materialer med unike optoelektroniske egenskaper. De har høye absorpsjonskoeffisienter, høy elektron- og hullmobilitet, og justerbar båndgap i tillegg til å være kostnadseffektive.

For å vurdere deres kommersialisering benyttet forskerteamet en detaljert livssyklus-inventar (LCI)-vurdering av 18 avanserte perovskitt-LED-er som dekker RGB, hvitt og nær-infrarødt (NIR) bølgelengder. De valgte enhetene viser høy teknisk ytelse og er bredt anerkjent.

Basert på disse dataene analyserte forskerne den miljømessige påvirkningen og økonomiske kostnaden for PeLEDs.

En slik analyse krever en klar systemdefinisjon, som betyr hva som er inkludert i den, men det handler ikke kun om kostnad og miljøpåvirkning. 

Dette rammeverket undersøker hva som skjer fra produktet blir skapt til det ikke lenger kan studeres. Så har et produkts livssyklus fem faser — produksjon av råmateriale, fremstilling, distribusjon, bruk og avhending.

Kort sagt, fra vugge til grav, men «Vi vil gjerne unngå graven», sa professor Hjelm. Legg til resirkulering, og som han bemerket blir ting mer kompliserte. Hjelm la til:

«Men her viser vi at det er viktigst å tenke på gjenbruk av organiske løsningsmidler og hvordan råmaterialer produseres, spesielt hvis de er sjeldne materialer.»

Et spesielt aspekt hvor denne livssyklusanalysen gir veiledning er den lille mengden giftig bly som finnes i PeLEDs. Selv om dette er viktig for at perovskittene skal være effektive, bør fokuset ikke kun være på bly, siden det finnes mange andre materialer i LED-er.

Det edle metallet gull er ett av dem, og det kommer med sine egne utfordringer. Ifølge Hjelm:

«Gullproduksjon er ekstremt giftig. Det finnes biprodukter som kvikksølv og cyanid. Det er også svært energikrevende.»

Den giftige & energikrevende gullproduksjonsprosessen

Gull (Au) har fascinert og opptatt menneskelige samfunn siden antikken som ingen annen vare.

Dette skinnende, gule metallet ble en gang universelt akseptert som betalingsmiddel. På et tidspunkt var USAs pengesystem basert på en gullstandard. Det er også svært populært som investeringsalternativ og brukes som sikring mot inflasjon.

Som en følge av dette har gullprisen nylig nådd en ny historisk topp (ATH) da XAUUSD oversteg $3 000 per unse. Gullprisene er opp mer enn 15 % i 2025 og har opplevd en sterk oppgang siden okt. 2023, da den var rundt $1 800 per unse.

I tillegg til å fungere som en god verdilagring, brukes gull også i smykker, medisin, elektronikk, romfart og andre industrier takket være sine mange attraktive egenskaper.

Dette lyse gule metallet er mykt og krever andre metaller for å få styrke. Men det er svært formbart, noe som betyr at formen kan kontrolleres ved bruk av kraft. I tillegg til å bli hamret til tynne ark, kan det også trekkes til tråder.

Det er ikke bare kjent for sin høye korrosjonsmotstand, men også en utmerket leder av varme og elektrisitet.

Gull er ett av de tetteste metallene, med en tetthet på omtrent 19,3 g/cm³. Når det gjelder smeltepunkt, er det 1064,18 °C, mens kokepunktet er 2836 °C. Videre er metallet, som er motstandsdyktig mot de fleste syrer og ikke reagerer lett med de fleste stoffer, ikke-magnetisk. 

En kombinasjon av disse egenskapene gjør gull svært attraktivt i smarttelefoner, datamaskiner, annen forbrukerelektronikk, strålingsskjerming, trykte kretser og halvledersystemer.

Gull finnes vanligvis innleiret i kvartsårer, og det utvinnes fra jorden gjennom store industrielle operasjoner og småskala gruvedrift. 

Gull utvinnes enten fra overflaten eller fra undergrunnen mens bearbeiding skjer på gruveplassen. Bearbeidingen starter med knusing, og deretter behandles malmen med kjemikalier for å ekstrahere gull, som gjennomgår prosesser som smelting for å lage en gullstang. Stangen transporteres til et raffinaderi for å produsere rent gull for salg.

Den høye verdien av metallet og dets overlegne anvendelse gjør gullgruvedrift til en betydelig og global industri. Denne vidt praktiserte prosessen er spesielt populær i noen afrikanske og søramerikanske land, hvor den kan tjene fem ganger så mye som fiske, jordbruk og skogbruk.

Gullgruvedrift er imidlertid ikke en ren prosess, men snarere en giftig og ressurskrevende en som medfører betydelige miljø- og helserisikoer.

Produksjon av gull medfører CO₂-utslipp i tillegg til andre miljørisikoer, inkludert jordforurensning, jordforringelse, vann- og luftforurensning, og ødeleggelse av habitater.

Den typen giftig avfall som er involvert her inneholder så mange som tre dusin farlige kjemikalier, inkludert bly, kvikksølv, cyanid, arsenikk, syrer og petroleumbiprodukter.

Effekten av sur gruveavrenning (AMD), et begrep som refererer til forurenset vann som oppstår når gruveselskaper rutinemessig dumper giftig avfall i hav, innsjøer, elver og bekker, er mangfoldig, noe som gjør gjenoppretting fra slikt avfall ekstremt vanskelig.

Med gullgruvedrift som er så skadelig for planeten og dens folk, vil erstatning av dette edle metallet med materialer som aluminium, nikkel eller kobber i LED-er gi en stor miljøfordel, mener den nye studien. Samtidig kan en liten mengde bly opprettholdes slik at LED-en fungerer optimalt.

Billige & bærekraftige neste-generasjons LED-er

Perovskitt-LED-er, ifølge studien, kan med hell bli omgjort til et lønnsomt markedstilbud. Studien konkluderte med at PeLEDs har stort potensial for kommersialisering på lang sikt. Ifølge studien:

«Fremtidige PeLEDs utviklet gjennom storskala produksjon, har stort løfte om å oppnå konkurransedyktig posisjon blant ulike belysningsteknologier både fra et miljømessig og økonomisk perspektiv.»

Veien til bærekraftig kommersialisering, ifølge studien, har tre kritiske pilarer — miljømessige, økonomiske og tekniske faktorer. Disse faktorene samsvarer med interessene til nøkkelinteressenter: produsenter som søker bedriftslønnsomhet og avkastning på investering, koordinatoren som inkluderer myndighetslovgivning og -politikk, og kunder som betaler for produktet.

Studiets livssyklusanalyseresultater viser at de miljømessige påvirkningene fra perovskitt-LED-er hovedsakelig stammer fra innspill av stoffer og elektrisitet under produksjon. Distribusjonsfasen, dvs. transport, bidrar derimot med mindre enn 5 % av de totale påvirkningene, og optimaliseringen av den avhenger av industrielle ressurser.

Når det gjelder toksisitetskilder, bemerket studien at tunge metaller fra produksjon av råmaterialer er de viktigste bidragsyterne gjennom hele livssyklusen til PeLEDs. Funnene viser videre at bruk av blyfri (Pb) perovskitt ikke i seg selv reduserer miljøpåvirkningen. 

Det er fordi det tynne emissive laget, som kun måler noen titalls nanometer, gjør at bidraget fra Pb i perovskitt-LED-er til den samlede miljøpåvirkningen er minimalt. 

Studien påpekte faktisk gull som en sterk bidragsyter og nevnte det slående tilfellet med gull (Au) katoder i NIR PeLEDs, som viste miljøpåvirkninger over 100 ganger større enn enheter som ikke brukte gull. Denne forskjellen var resultatet av høy forurensning og energiforbruk knyttet til gullgruvedrift. Det ble forsterket av Au sin tetthet, som er syv ganger den av aluminium (Al).

Dette understreker at teknologier uten bly ikke alltid sikrer redusert økotoksisitet.

Dermed bemerket forskerne at den generelle oppfatningen om at Pb er hovedkilden til toksisitet i perovskitt-LED-er ikke bare er misvisende, men også risikerer å flytte oppmerksomheten fra andre kritiske forurensningskilder.

Når det gjelder kostnad, indikerer den teknisk-økonomiske vurderingen at kostnaden for fremtidige PeLEDs vil ligge rundt US$100 m–2, noe som er sammenlignbart med kostnaden for kommersielle organiske LED-paneler.

Så, de lavere kostnadene og mindre miljøpåvirkning av PeLEDs kan til og med gjøre dem i stand til å erstatte de eksisterende LED-ene. Men problemet ligger i deres levetid. Dette store problemet blir imidlertid taklet av den akselererte utviklingen av perovskitt-LED-er, og med det øker deres forventede levetid. 

Forskerne foreslo faktisk en relativ påvirkningsreduksjonstid (RIMT) som en ny parameter for å kvantifisere levetiden som trengs for at perovskitt-LED-er skal oppnå bærekraft. Studien bemerket:

«RIMT representerer den minimale tiden som kreves for å dempe relative påvirkninger, med hensyn til både interne og eksterne relative påvirkninger samtidig.»

Ifølge studien må perovskitt-LED-er oppnå et praktisk mål på omtrent 10 000 timer i levetid for en positiv miljøpåvirkning. Dette er oppnåelig, ifølge forskerne. For nå er de beste PeLED-ene i dag i stand til å vare i flere hundre timer.

Med denne vurderingen ønsker forskerne å skape en endring i LED-forskningsfeltet hvor, så langt, fokuset har vært på å forbedre den tekniske ytelsen til LED-er.

«Vi ønsker at det vi utvikler skal brukes i den virkelige verden. Men da må vi som forskere utvide perspektivet vårt. Hvis et produkt har høy teknisk ytelse, men er dyrt og ikke er miljømessig bærekraftig, kan det bli lite konkurransedyktig på markedet. Denne tankegangen vil i økende grad styre forskningen vår.»

– Muyi Zhang, PhD-student ved Institutt for fysikk, kjemi og biologi ved LiU

Studien bemerket også at lysutbytte trenger mer forskning for å fremme energieffektiviteten til fremtidige PeLED-produkter.

Innovativt selskap

Universal Display Corp

Mens perovskitt-LED-er leder an i fremtiden for belysning og visuelle skjermer, domineres markedet for øyeblikket av flytende krystallskjermer (LCD) og organiske lysdioder (OLED).

Innen OLED-segmentet er Universal Display (OLED ) Corp (UDC) et fremtredende navn som forsker på, utvikler og lisensierer OLED-teknologier og materialer for skjermer og belysning. 

Grunnlagt i 1994, har UDC ledet innovasjonen innen OLED-teknologi med sin proprietære UniversalPHOLED fosforescerende OLED-teknologi. De utvikler også og selger høyytelses PHOLED-materialer og tilbyr ulike OLED-teknologier som FOLEDs (fleksible OLED-er), som brukes i nettbrett og foldbare smarttelefoner; TOLEDs  (gjennomsiktige OLED-er), som brukes i vinduer og skjermer, og WOLEDs (hvite OLED-er) som brukes i belysningsapplikasjoner. Selskapet utvikler også og tilbyr OVJP Organic Vapor Jet Printing. 

Med en markedsverdi på $7,1 milliarder, handles OLED-aksjene på tidspunktet for denne skrivingen til $149,90, opp 2,84 % år‑til‑dato. EPS (TTM) er 4,66 mens P/E (TTM)-forholdet er 32,24. Utbytteavkastningen er 1,20 %.

Når det gjelder selskapets økonomi, rapporterte Universal Display Corporation nylig sine resultater for Q4 2024. I denne perioden kom selskapets inntekter på $162,3 millioner, opp fra $158,3 fra 4Q23. Dette inkluderte $93,3 millioner i inntekter fra materialsalgs på grunn av økt etterspørsel etter emittermaterialer og $64,4 millioner fra royalty‑ og lisensavgifter. Kostnaden for materialsalgs var derimot litt høyere denne gangen på $34,2 millioner.

Nettoresultatet var $46 millioner, som falt fra $62 millioner året før, og driftsresultatet var $52,5 millioner, som sank fra $64,7 millioner. Nettoresultatet var $46,0 millioner eller $0,96 per utvannet aksje i Q4. Det kvartalsvise utbyttet økte derimot med 12 % til $0,45 per aksje.

For hele 2024 rapporterte UDC $647,7 millioner i inntekter, en økning på 12 % fra $576,4 millioner året før. Nettofortjenesten var $222 millioner, opp 9 % fra 2023.

«Vi er glade for å kunne rapportere at 2024 var et rekordår med solid økonomisk ytelse. På tvers av OLED‑industrien utvides produktveier, og ledende panelprodusenter investerer i nye fabrikker for å møte den økende etterspørselen, spesielt i de fremvoksende IT‑ og bilmarkedene. Vi tror denne nye capex‑syklusen vil bane vei for meningsfull ny OLED‑kapasitet, nye OLED‑produkter og nye OLED‑adoptører.»

– CFO Brian Millard

Nå, for 2025, forventer selskapet at inntektene vil ligge i området $640 millioner til $700 millioner. Så, UDC forutsier en vekst på opptil 8 % eller et 1 % fall i inntektene. 

Når det gjelder tidsrammen for de blå fosforescerende materialene (PHOLED) og kommersialisering, delte UDC at den er nærmere enn noen gang, og kalte kommersialiseringen «et betydelig sprang fremover i OLED‑teknologi.» Selskapet er trygt på sin evne til å levere på blå PHOLED, og sa at den kommersielle introduksjonen kun vil ta måneder og ikke år, selv om de ikke forventer å generere noen betydelig inntekt fra den i år.

Dette skiftet fra fluorescerende til fosforescerende blå markerer en stor overgang som vil føre til en massiv økning (fra en kvart til 100 %) i intern lysutbytte for blå i OLED-skjermer samtidig som strømforbruket reduseres.

Når det gjelder OVJP-prosjektet, planlegger selskapet å stenge sitt OVJP‑senter i California, mens et nytt datterselskap kalt Universal Vapor Jet Corporation er lansert i Singapore for å håndtere OVJP‑kommersialisering. UDC mener OVJP å være en banebrytende teknologi for produksjon av store skjermområder.

Latest on Universal Display Corporation

Konklusjon

Perovskitt-LED-er (PeLEDs) får stadig mer betydning som en neste-generasjons lyskilde på grunn av deres potensial for høy effektivitet og et bredt spekter av applikasjoner, noe som gjør dem lovende for skjerm- og belysningsapplikasjoner.

Som den siste studien viser, kan deres lavere kostnad og miljøpåvirkning tillate dem å erstatte eksisterende LED-er. Den miljømessige påvirkningen kan reduseres betydelig ved å fokusere på gull i stedet for bly. Å erstatte Au med mer bærekraftige materialer som aluminium eller nikkel bidrar til å løse utfordringene som gullgruvedrift medfører, og reduserer drastisk fotavtrykket fra PeLED-produksjon.

Selv om perovskitt-LED-er viser stort potensial, avhenger deres kommersialisering av å forbedre levetid og lysutbytte. Ved å takle levetidsutfordringene sammen med lavkostproduksjon, bærekraftig fremstilling og levende fargeutgang, kan PeLEDs forstyrre LED- og skjermmarkedet og oppnå bred adopsjon.

Studier referert til:

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