Guldproduktion är giftig. Kan LED-lampor avsluta vårt beroende av den?

I den värld av belysnings- och displayteknik har ljusemitterande dioder eller LED-lampor lett marknaden tack vare sin energieffektivitet, långa livslängd och förmåga att producera livfulla färger. 

En diode, tillverkad av halvledare, tillåter ström att flöda i en riktning och blockerar den i den andra. En ljusemitterande diode (LED) är i sin tur helt enkelt en halvledarenhet som producerar ljus när ström passerar genom den. 

LED:ernas framväxt har förändrat hur vi använder ljus genom att avge ljus via elektroluminiscens och revolutionera displayteknologier.

Bland LED:ar har perovskite light-emitting diodes (PeLEDs) i synnerhet framträtt som en lovande teknik för display- och belysningsapplikationer på grund av deras låga tillverkningskostnad, höga effektivitet och justerbara ljusemission. 

Perovskit-LED:ar har också fått betydande uppslag tack vare att de är flexibla, har en lätt design, och erbjuder ett brett färgomfång. Dessutom kan PeLED:ar tillverkas med jordabundant material och lågenergi-tekniker. Dessa LED:ar har uppnått hög effektivitet i röda, gröna och blå (RGB) färger.

Under de senaste åren har stabiliteten hos PeLED:ar också förbättrats markant, vilket visar lovande potential för deras kommersialisering. 

När det gäller att göra innovativ teknik tillgänglig för alla i stor skala spelar tekniska, ekonomiska och miljömässiga faktorer en kritisk roll, vilket också hjälper till att utvärdera deras hållbara potential. Denna information saknas dock för PeLED:ar.

Många studier har utvärderat livscykelpåverkan av framväxande perovskitsolceller, men deras resultat kan inte direkt extrapoleras till PeLED:ar. Detta beror på den grundläggande skillnaden i deras energikonverteringsmekanismer. 

Till skillnad från LED:ar, som omvandlar elektricitet till ljus, omvandlar solceller ljus till elektricitet. Dessutom opererar PeLED:ar över flera våglängder, vilket kräver olika funktionella lagermaterial och olika analyser för enheter i olika färger.

Så krävs en omfattande livscykelanalys (LCA) som omfattar alla faser för att identifiera effektiva vägar mot PeLED:ars hållbara kommersialisering.

En ny studie har gjort just detta och funnit att nästa generations LED:ar faktiskt är billiga och hållbara.

En livscykelbedömning av perovskit-LED:ar

Publicerad i Nature Sustainability¹, forskare vid Linköpings universitet undersökte den framväxande PeLED-teknologin ur ett livscykelperspektiv med fokus på kommersialiseringsorienterad hållbarhet.

“Perovskit-LED:ar är billigare och enklare att tillverka än traditionella LED:ar, och de kan också producera livfulla och intensiva färger om de används i skärmar. Jag skulle säga att detta är nästa generation av LED-teknik.”

– Feng Gao, professor i optoelektronik vid Linköpings universitet

Gao:s forskargrupp samarbetade med professor Olof Hjelm, Institutionen för Management och Ingenjörsvetenskap (IEI) och Miljöteknik och Management (MILJÖ), samt John Laurence Esguerra, som är biträdande professor vid LiU, för att få en bättre uppfattning om hur LED:ar som för närvarande finns på marknaden kan ersättas med LED:ar baserade på perovskitmaterial.

Perovskitmaterial är en klass av material med unika optoelektroniska egenskaper. De har höga absorptionskoefficienter, hög elektron- och hålmobilitet samt justerbart bandgap, förutom att de är kostnadseffektiva.

Nu, för att bedöma deras kommersialisering, använde forskarteamet en detaljerad livscykelinventarie (LCI) av 18 avancerade perovskit-LED:ar som täcker RGB, vit och nära-infraröd (NIR) våglängder. De valda enheterna uppvisar hög teknisk prestanda och är allmänt erkända.

Baserat på dessa data analyserade forskarna den miljöpåverkan och de ekonomiska kostnaderna för PeLED:ar.

En sådan analys kräver en tydlig systemdefinition, vilket innebär vad som ingår i den, men det handlar inte om kostnad och miljöpåverkan. 

Detta ramverk undersöker vad som händer från det att produkten skapas tills den inte längre kan studeras. Så har en produkts livscykel fem faser — produktion av råmaterial, tillverkning, distribution, användning och avveckling.

I princip, från vaggan till graven, men “Vi vill undvika graven,” sade professor Hjelm. Lägg till återvinning, och som han påpekade blir det mer komplicerat. Hjelm tillade:

“Men här visar vi att det är viktigast att tänka på återanvändning av organiska lösningsmedel och hur råmaterial produceras, särskilt om de är sällsynta material.”

En särskild aspekt där denna livscykelanalys ger vägledning är den lilla mängden giftigt bly som finns i PeLED:ar. Även om detta är viktigt för att perovskiterna ska vara effektiva, bör fokus inte bara ligga på bly, eftersom det finns många andra material i LED:ar.

Den ädla metallen guld är en av dem, och den medför egna utmaningar. Enligt Hjelm:

“Guldproduktion är extremt giftig. Det finns biprodukter som kvicksilver och cyanid. Det är också mycket energikrävande.”

Den giftiga och energikrävande guldproduktionsprocessen

Guld (Au) har fascinerat och fångat mänskliga samhällen sedan antiken som ingen annan råvara.

Detta glänsande, gula metall accepterades en gång universellt som betalning. Vid ett tillfälle var det amerikanska monetära systemet baserat på en guldstandard. Det är också mycket populärt som investeringsalternativ och används för att skydda mot inflation.

Som ett resultat av detta har guldet nyligen nått ett nytt rekordhögt värde (ATH) när XAUUSD översteg 3 000 dollar per uns. Guldet har stigit mer än 15 % år 2025 och har upplevt en stark uppgång sedan okt. 2023, då det låg omkring 1 800 dollar per uns.

Förutom att fungera som ett bra värdebevarande medel används guld även i smycken, medicin, elektronik, rymdindustrin och andra industrier tack vare dess många attraktiva egenskaper.

Denna ljusa gula metall är mjuk och kräver andra metaller för att få styrka. Men den är mycket formbar, vilket betyder att dess form kan kontrolleras med kraft. Förutom att hamras till tunna blad, kan den också dras till trådar.

Den är inte bara känd för sin höga korrosionsbeständighet, utan också en utmärkt ledare av värme och elektricitet.

Guld är ett av de tätaste metallerna, med en densitet på cirka 19,3 g/cm³. Dess smältpunkt är 1064,18 °C, medan kokpunkten är 2836 °C. Dessutom är metallen, som är motståndskraftig mot de flesta syror och inte reagerar lätt med de flesta ämnen, icke-magnetisk. 

En kombination av dessa egenskaper gör guld mycket attraktivt i smartphones, datorer, annan konsumentelektronik, strålskydd, tryckta kretsar och halvledarsystem.

Guld finns vanligtvis inbäddat i kvartsådror, och det utvinns från jorden genom storskaliga industriella operationer och småskalig gruvdrift. 

Guld bryts antingen från ytan eller under jord, medan bearbetning sker på gruvplatsen. Bearbetningen börjar med krossning, och sedan behandlas malmen med kemikalier för att extrahera guldet, vilket går igenom processer som smältning för att göra en guldstång. Stången transporteras till ett raffinaderi för att producera rent guld för försäljning.

Det höga värdet på metallen och dess överlägsna tillämpning gör guldgruvdrift till en betydande och global industri. Denna vida spridda process är särskilt populär i vissa länder i Afrika och Sydamerika, där den kan ge fem gånger så mycket som fiske, jordbruk och skogsbruk.

Guldgruvdrift är dock inte en ren process utan snarare en giftig och resursintensiv som medför betydande miljö- och hälsorisker.

Produktionen av guld medför CO₂-utsläpp samt andra miljörisker, inklusive markförorening, markförstöring, vatten- och luftförorening samt förstörelse av livsmiljöer.

Den typ av giftigt avfall som är involverad här innehåller så många som tre dussin farliga kemikalier, inklusive bly, kvicksilver, cyanid, arsenik, syror och petroleumbiprodukter.

Effekten av syra-gruvavrinning (AMD), en term som avser det förorenade vatten som uppstår när gruvföretag rutinmässigt dumpar giftigt avfall i hav, sjöar, floder och bäckar, är mångfacetterad, vilket gör återhämtning från sådant avfall extremt svårt.

Med tanke på att guldbrytning är så skadlig för planeten och dess människor, skulle ersättningen av denna ädla metall med aluminium, nickel eller koppar i LED:ar ge en stor miljöfördel, enligt den nya studien. Samtidigt kan en liten mängd bly bibehållas så att LED:en fungerar optimalt.

Billiga och hållbara nästa generations LED:ar

Enligt studien kan perovskit-LED:ar framgångsrikt omvandlas till ett lönsamt marknadserbjudande. Den drog slutsatsen att PeLED:ar har stor potential för kommersialisering på lång sikt. Enligt studien:

“Framtida PeLED:ar utvecklade genom storskalig tillverkning har stor potential att uppnå konkurrenskraftig ställning bland olika belysningsteknologier både ur miljö- och ekonomiskt perspektiv.”

Vägen till hållbar kommersialisering, enligt studien, har tre kritiska pelare — miljömässiga, ekonomiska och tekniska faktorer. Dessa faktorer överensstämmer med intressenternas intressen: producenter som söker företagslönsamhet och avkastning på investeringar, koordinatorn som inkluderar regeringens lagstiftning och politik, samt kunder som betalar för produkten.

Studiets livscykelbedömningsresultat visar att miljöpåverkan från perovskit-LED:ar huvudsakligen kommer från insatsmaterial och elektricitet under produktionen. Distributionsstadiet, dvs. transport, bidrar däremot med mindre än 5 % av de totala påverkanarna, och dess optimering beror på industriella resurser.

När det gäller toxicitetskällor noterade studien att tunga metaller från produktionen av råmaterial är de största bidragsgivarna genom hela livscykeln för PeLED:ar. Resultaten visar dessutom att användning av blyfria perovskiter inte i sig minskar miljöpåverkan.

Det beror på den tunna emissiva lagret, som bara mäter tiotals nanometer, vilket gör att bidraget från Pb i perovskit-LED:ar till den totala miljöpåverkan är minimalt.

Studien pekade faktiskt ut guld som en stark bidragsgivare och nämnde det slående fallet med guld (Au) katoder i NIR PeLED:ar, som visade miljöpåverkan över 100 gånger större än enheter som inte använde guld. Denna skillnad berodde på hög förorening och energiförbrukning kopplad till guldgruvdrift. Det förvärrades av Au:s densitet, som är sju gånger högre än aluminium (Al).

Detta understryker att teknologier utan bly inte alltid garanterar minskad ekotoxikitet.

Som sådan noterade forskarna att den allmänna uppfattningen att Pb är den främsta källan till toxicitet i perovskit-LED:ar inte bara är missvisande utan också riskerar att avleda uppmärksamheten från andra kritiska föroreningar.

När det gäller kostnad indikerar den teknisk-ekonomiska bedömningen att kostnaden för framtida PeLED:ar kan ligga runt US$100 m⁻², vilket är jämförbart med kostnaden för kommersiella organiska LED-paneler.

Således kan de lägre kostnaderna och den mindre miljöpåverkan för PeLED:ar till och med möjliggöra att de ersätter befintliga LED:ar. Men problemet ligger i deras livslängd. Detta stora problem hanteras dock genom den accelererade utvecklingen av perovskit-LED:ar, och med det ökar deras livslängd.

Forskarnas föreslog faktiskt en relativ påverkningsmitigeringstid (RIMT) som en ny parameter för att kvantifiera den livslängd som krävs för perovskit-LED:ar att uppnå hållbarhet. Studien noterade:

“RIMT representerar den minsta tid som krävs för att mildra relativa påverkan, med hänsyn till både interna och externa relativa påverkan samtidigt.”

Enligt studien måste perovskit-LED:ar nå ett praktiskt mål på cirka 10 000 timmar i sin livslängd för en positiv miljöpåverkan. Detta är uppnåeligt, enligt forskarna. För närvarande kan de bästa PeLED:arna idag hålla i flera hundra timmar.

Med denna bedömning syftar forskarna till att förändra LED-forskningsområdet där fokus hittills har legat på att förbättra den tekniska prestandan hos LED:ar.

“Vi vill att det vi utvecklar ska användas i verkligheten. Men då måste vi som forskare bredda vårt perspektiv. Om en produkt har hög teknisk prestanda men är dyr och inte är miljömässigt hållbar, kan den vara svår att konkurrera på marknaden. Detta tankesätt kommer i allt högre grad att styra vår forskning.”

– Muyi Zhang, doktorand vid Institutionen för fysik, kemi och biologi vid LiU

Studien noterade också att ljuseffektiviteten behöver mer forskning för att förbättra energieffektiviteten hos framtida PeLED-produkter.

Innovativt företag

Universal Display Corp

Medan perovskit-LED:ar leder framtiden för belysning och visuella displayar, domineras marknaden för närvarande av LCD-skärmar (Liquid Crystal Displays) och OLED:ar (Organic Light-Emitting Diodes).

Inom OLED-området är Universal Display (OLED ) Corp (UDC) ett framstående namn som forskar, utvecklar och licensierar OLED-teknologier och material för display och belysning. 

Grundat 1994 har UDC lett innovationen inom OLED-teknik med sin proprietära UniversalPHOLED fosforescerande OLED-teknik. De utvecklar och säljer också högpresterande PHOLED-material och erbjuder olika OLED-teknologier såsom FOLEDs (Flexibla OLED:ar), som används i surfplattor och vikbara smartphones; TOLEDs  (Transparenta OLED:ar), som används i fönster och displayar, och WOLEDs (Vita OLED:ar) som används i belysningsapplikationer. Företaget utvecklar också och erbjuder OVJP Organic Vapor Jet Printing. 

Med ett börsvärde på 7,1 miljarder dollar handlas OLED-aktier vid skrivande stund till 149,90 dollar, upp 2,84 % år till datum. Dess EPS (TTM) är 4,66 medan P/E (TTM)-kvoten är 32,24. Utdelningsavkastningen är 1,20 %.

När det gäller företagets finanser rapporterade Universal Display Corporation nyligen sina resultat för Q4 2024. Under denna period uppgick företagets intäkter till 162,3 miljoner dollar, upp från 158,3 miljoner från 4Q23. Detta inkluderade 93,3 miljoner dollar i intäkter från materialförsäljning på grund av stärkt efterfrågan på emittermaterial och 64,4 miljoner dollar från royalty- och licensavgifter. Kostnaden för materialförsäljning var samtidigt något högre denna gång på 34,2 miljoner dollar.

Nettoresultatet var 46 miljoner dollar, vilket minskade från 62 miljoner dollar föregående år, och rörelseresultatet var 52,5 miljoner dollar, vilket föll från 64,7 miljoner. Nettoresultatet var 46,0 miljoner dollar eller 0,96 dollar per utspädd aktie under Q4. Kvartalsutdelningen ökade samtidigt med 12 % till 0,45 dollar per aktie.

För hela 2024 rapporterade UDC 647,7 miljoner dollar i intäkter, en ökning med 12 % från 576,4 miljoner dollar året innan. Nettoresultatet var 222 miljoner dollar, upp 9 % från 2023.

“Vi är glada att rapportera att 2024 var ett rekordår med solid finansiell prestation. Inom OLED-industrin expanderar produktplanerna, och ledande paneltillverkare investerar i nya fabriker för att möta den ökande efterfrågan, särskilt på de framväxande IT- och bilmarknaderna. Vi tror att denna nya kapexcykel kommer bana väg för meningsfull ny OLED-kapacitet, nya OLED-produkter och nya OLED-användare.”

– CFO Brian Millard

Nu, för 2025, förväntar sig företaget att intäkterna ligger i intervallet 640 miljoner till 700 miljoner dollar. Så UDC prognostiserar en tillväxt på upp till 8 % eller en nedgång på 1 % i intäkterna. 

Om tidsperspektivet för de blå fosforcensmaterialen (PHOLED) och kommersialiseringen delade UDC att den är närmare än någonsin, och kallade kommersialiseringen “ett betydande steg framåt i OLED-teknik.” Säker på sin förmåga att leverera på blå PHOLED sade företaget att den kommersiella introduktionen bara skulle ta månader och inte år, även om de inte förväntar sig någon betydande intäkt från den i år.

Denna övergång från fluorescerande till fosforcerande blå markerar en stor övergång som kommer leda till en massiv ökning (från en fjärdedel till 100 %) i intern ljuseffektivitet för blått i OLED-displayar samtidigt som deras energiförbrukning minskar.

När det gäller OVJP-projektet planerar företaget att stänga sitt OVJP-center i Kalifornien, medan ett nytt dotterbolag kallat Universal Vapor Jet Corporation har lanserats i Singapore för att hantera OVJP-kommersialiseringen. UDC tror att OVJP är en banbrytande teknik för tillverkning av stora displayområden.

Senaste om Universal Display Corporation

Slutsats

Perovskit-LED:ar (PeLED:ar) får stor betydelse som nästa generations ljuskälla på grund av deras potential för hög effektivitet och ett brett tillämpningsområde, vilket gör dem lovande för display- och belysningsapplikationer.

Som den senaste studien visar kan deras lägre kostnad och miljöpåverkan möjliggöra att de ersätter befintliga LED:ar. Miljöpåverkan kan minskas avsevärt genom att fokusera på guld istället för bly. Att ersätta Au med mer hållbara material som aluminium eller nickel hjälper till att hantera utmaningarna med guldgruvdrift och minskar drastiskt PeLED-produktionens ekologiska fotavtryck.

Även om perovskit-LED:ar visar stor potential beror deras kommersialisering på att förbättra livslängd och ljuseffektivitet. Genom att ta itu med livslängdsutmaningar tillsammans med lågkostnadstillverkning, hållbar produktion och livfull färgutgång kan PeLED:ar störa LED- och displaymarknaden och uppnå bred adoption.

Studier som refereras:

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