Eerder deze week, Het gesprek meldde dat, "De toekomst is helder, de toekomst is … kwantumdot-televisies." En afgaande op het geroezemoes van de jaarlijkse Consumer Electronics Show (CES) van deze week, klopt dat:de technologie biedt fabrikanten een goedkope en efficiënte manier om de volgende generatie briljante, high-definition tv-schermen.

Maar de kwantumstippen in deze displays maken ook gebruik van materialen en technologieën – waaronder kunstmatige nanodeeltjes en het zware metaal cadmium – die een magneet zijn geweest voor gezondheids- en milieuproblemen. Zullen de oogverblindende foto's van deze technologie ons blind maken voor nieuwe gezondheids- en milieu-uitdagingen, of wegen hun voordelen op tegen de mogelijke risico's?

Antwoord is niet zwart-wit

Quantum dots zijn een product van het opkomende gebied van nanotechnologie. Ze zijn gemaakt van nanometergrote deeltjes van een halfgeleidend materiaal – vaak cadmiumselenide. ongeveer 2, 000 tot 20, 000 keer kleiner dan de breedte van een enkele mensenhaar, ze zijn ontworpen om licht van de ene kleur te absorberen en het als een andere kleur uit te zenden - om te fluoresceren. Deze eigenschap maakt ze bijzonder geschikt voor gebruik in producten zoals tablets en tv's die heldere, wit, uniforme achtergrondverlichting.

Er zijn natuurlijk andere chemicaliën, zoals fosfor, die fluoresceren en worden gebruikt in consumentenproducten. Het unieke aan quantum dots is dat de kleur van het uitgestraalde licht kan worden gewijzigd door simpelweg de grootte van de quantum dot-deeltjes te veranderen. En omdat deze kleurverschuiving een fysiek fenomeen is, kwantumstippen presteren veel beter dan hun chemische tegenhangers in helderheid, kleur en duurzaamheid.

Helaas, het zware metaal cadmium dat wordt gebruikt bij de productie van veel kwantumdots is een gevaar voor de gezondheid en het milieu. Op grond van de Europese richtlijn betreffende beperkingen op gevaarlijke stoffen, het gebruik ervan is beperkt in elektronische apparatuur. En cadmium en cadmiumverbindingen zijn door het Internationaal Agentschap voor Kankeronderzoek geclassificeerd als kankerverwekkend voor de mens.

Daar bovenop, de potentiële gezondheids- en milieueffecten van kunstmatige nanodeeltjes zoals kwantumdots zorgen al meer dan tien jaar voor bezorgdheid bij toxicologen en regelgevers. Onderzoek heeft uitgewezen dat de grootte, vorm en oppervlakte-eigenschappen van sommige deeltjes beïnvloeden de schade die ze kunnen veroorzaken bij mens en milieu; kleinere deeltjes zijn vaak giftiger dan hun grotere tegenhangers. Dat gezegd hebbende, dit is een gebied waar wetenschappelijk inzicht nog in ontwikkeling is.

Samen, deze factoren suggereren dat voorzichtigheid geboden is bij het toepassen van quantum dot-technologieën. Maar afzonderlijk genomen zijn ze misleidend.

Quantum dots onder glas

De quantum dots die momenteel in tv's worden gebruikt, zijn stevig ingebed in de schermen - meestal ingesloten achter meerdere lagen glas en plastic. Als resultaat, de kans dat gebruikers eraan worden blootgesteld tijdens normaal gebruik is vrijwel nihil.

De situatie is mogelijk anders tijdens de productie, wanneer de kans bestaat dat iemand onbedoeld wordt blootgesteld aan deze nanoscopische deeltjes. Scenario's als deze hebben ertoe geleid dat instanties als het Amerikaanse National Institute for Occupational Safety and Health de veiligheid bij het werken met nanodeeltjes onder de loep hebben genomen. Hoewel de potentiële risico's niet verwaarloosbaar zijn, goede werkpraktijken zijn effectief in het verminderen of elimineren van potentieel schadelijke blootstellingen.

De verwijdering aan het einde van de levensduur roept extra zorgen op. Hoewel de nanodeeltjes waarschijnlijk stevig verankerd blijven in het vernielde tv-scherm, de giftige stoffen die ze bevatten, inclusief cadmium, mogelijk in het milieu terecht kan komen. Cadmium is zeker een gezondheids- en milieuprobleem met slecht gereguleerde verwijdering en recycling van e-waste. Echter, wanneer de juiste procedures worden gebruikt, blootstellingen moeten verwaarloosbaar zijn.

Deze zorgen kunnen voor sommigen voldoende zijn om de balans te laten doorslaan tegen het gebruik van kwantumstippen in consumentenelektronica. Maar ze vertellen maar een deel van het verhaal omdat deze kleine, heldere deeltjes hebben ook voordelen voor het milieu.

Maar er zijn heldere voordelen

Quantum dot-tv's kunnen tot 20% energiezuiniger zijn dan conventionele led-tv-schermen. En omdat kwantumstippen zo'n efficiënte bron van helder licht zijn, de hoeveelheid lichtgevend materiaal in deze schermen (slechts een milligram cadmium in sommige modellen) kan de totale hoeveelheid gebruikte giftige materialen zelfs verminderen.

Deze energie- en materiaalbesparingen vertalen zich in verminderde milieu- en gezondheidseffecten. Maar zijn ze voldoende om het gebruik van een potentieel giftig materiaal te rechtvaardigen?

Het bedrijf QD Vision heeft precies met deze vraag geworsteld. Bij het ontwikkelen van quantum dots voor producten zoals Sony's TCL Quantum Dot TV (debuut op CES dit jaar), het bedrijf koos expliciet voor een verantwoorde ontwikkeling waarbij rekening werd gehouden met de gevolgen voor de gezondheid en het milieu. Als resultaat, in 2014 wonnen ze de Presidential Green Chemistry Challenge Award van de US Environmental Protection Agency (EPA).

Hoewel het contra-intuïtief lijkt, analyse door het bedrijf dat ter beschikking werd gesteld aan de EPA toonde aan dat de producten van QD Vision leiden tot een netto afname van de cadmiumuitstoot in het milieu in vergelijking met conventionele tv's. Cadmium is een van de vervuilende stoffen die worden uitgestoten door kolengestookte elektriciteitscentrales. Omdat tv's die de kwantumdots van het bedrijf gebruiken aanzienlijk minder stroom verbruiken dan hun niet-kwantumtegenhangers, het gecombineerde cadmium in QD Vision-tv's en de emissies van elektriciteitscentrales die verband houden met het gebruik ervan, is feitelijk lager dan die van conventionele flatscreen-tv's. Met andere woorden, het gebruik van cadmium in kwantumdots voor de productie van energiezuinigere displays kan zelfs leiden tot een netto reductie van cadmiumemissies.

Dit is een leuke truc, en het toont welsprekend de gevaren aan van overhaaste conclusies over risico's zonder het volledige plaatje te zien. Het doet, echter, afhankelijk zijn van een verbintenis tot verantwoorde innovatie en ontwikkeling waarbij rekening wordt gehouden met toekomstige gezondheids- en milieueffecten.

Deze week op CES, de toekomst van quantum dot-televisies schijnt zeker rooskleurig. Met slimme benaderingen voor het balanceren van risico's en voordelen, er is geen reden waarom dit licht niet zou blijven schijnen - zolang fabrikanten en consumenten het grote geheel in de gaten houden.

Dit verhaal is gepubliceerd met dank aan The Conversation (onder Creative Commons-Attribution/No derivaten).