Der Markt für klassische UV-Lampen verzeichnet kontinuierliches Wachstum – anwendungsbezogene Vorteile gegenüber Leuchtdioden – Klemens Ehrlitzer
Die UV-Technologie kennt seit den 1970er Jahren nur eine Entwicklung: stetes Wachstum. Das gilt auch für die Druckindustrie, wo die UV-Härtung Marktanteile von geschätzt 90% im Schmalbahndruck oder inzwischen fast 30% im Offsetdruck verzeichnet. Im letzten Jahrzehnt hat sich die mediale Aufmerksamkeit dabei fast ausschließlich auf die Variante LED-UV konzentriert. Das hat zur Folge, dass konventionelle UV-Systeme häufig als Relikt einer veralteten Technik gesehen werden, obwohl sie nach wie vor absolut marktbeherrschend sind. Bei näherer Betrachtung fällt sogar auf, dass klassische UV-Lampen derzeit eher ein Revival erleben und sich ihr Einsatz auf einigen Gebieten nachhaltig ausweitet. Warum das so ist und wie das am Rande auch mit der aktuellen Corona-Pandemie zusammenhängt, behandelt der vorliegende Beitrag.
Die Anwendungen der UV-Technologie haben zwei große Schwerpunkte. Zum einen die UV-Härtung von Lacken, Farben, Klebstoffen oder anderen Beschichtungen, und zum anderen das Gebiet der Desinfektion. Beide Segmente sind Wachstumsmärkte, in denen sowohl klassische UV-Systeme mit z.B. Mitteldruck-Quecksilberdampflampen als auch LED-UV-Systeme zum Einsatz kommen.
Klassische UV-Lampen spielen nach wie vor Schlüsselrolle
Die verschiedenen Anwendungsfelder der UV-Technologie sind in eine Vielzahl von Teilmärkten untergliedert. Sie können sich in ihren jeweiligen Anforderungen sehr stark unterscheiden. In der Praxis bestimmt die Anwendung, welche Technik zum Einsatz kommt. Das erklärt, warum je nach Marktsegment mal das eine und mal das andere UV-System dominiert. Da beide Varianten spezielle Vorteile aufzuweisen haben, verzeichnen sie unabhängig voneinander ein kontinuierliches Wachstum. So ist beispielsweise die Zahl der Lampen, die im europäischen Markt zur UV-Härtung eingesetzt werden, laut einer Marktstudie der Yole Développement SA, Lyon/F, von 2015 bis 2018 um ca. 20% gestiegen.
Für die Zukunft prognostiziert die Organisation im Zeitraum von 2019 bis 2024 für konventionelle UV-Lampen ein wertmäßiges Wachstum von mehr als 40% und für den UV-LED-Markt gleichzeitig eine Steigerung von fast 50% (siehe Grafik 1). Die Zunahme von UV-LED-Systemen erklärt sich vor allem durch die rasche Ausbreitung bei der UVC-basierten Wasserdesinfektion mit einer jährlichen Wachstumsrate von 26% (siehe Grafik 2). Im Marktsegment UV-Härtung, zu dem beispielsweise auch die Polymerisation von Farben und Lacken in Druckverfahren wie Offset-, Flexo-, Sieb- oder Inkjet-Druck zählt, wird für LED-UV-Systeme bei einem jährlichen Zuwachs von 5% eine deutlich langsamere Ausbreitung vorhergesagt.
In der Folge werden die konventionellen UV-Lampen im UV-Härtungsmarkt auf absehbare Zeit ihre Schlüsselrolle behalten. Typische Anwendungen für die UV-Härtung reichen vom Bedrucken von Akzidenzen über jede Art von Etiketten und Verpackungen bis hin zu Kreditkarten oder Sicherheitsmerkmalen auf Banknoten. Unter diese Kategorie fallen außerdem auch die UV-Härtung von Oberflächenbeschichtungen im Bereich Möbel oder Fußbeläge, gedruckte Leiterplatten in der Elektronik, Produkte wie Brillengläser und Kontaktlinsen in der optischen Industrie sowie CDs und DVDs oder funktionelle Beschichtungen in der Automobilindustrie.
Zuverlässig und ohne Chemie desinfizieren mit UV-Licht
Neben der Härtung von verschiedenen Beschichtungen sind UV-Lampen auch in anderen Anwendungsgebieten längst Alltag geworden. Ein Beispiel ist die chemikalienfreie Trinkwasserdesinfektion mit UV-Geräten, für die sich öffentliche Wasserversorgungsunternehmen in den letzten zehn Jahren vermehrt entscheiden. Das kann auch die eta plus electronic gmbh in Nürtingen bestätigen. Das Unternehmen produziert UV-Lampen und elektronische Vorschaltgeräte, die in wachsendem Maß zur Desinfektion von Trinkwasser, Abwasser, Schiffsballastwasser, Prozesswasser, Gewässern in der Fischzucht, Pools in Freizeitparks oder Schwimmbädern und von Wasser für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie genutzt werden. Prominente Beispiele sind die städtischen Wasseraufbereitungsanlagen von Paris, San Francisco oder Basel.
Das UV-Licht der klassischen Lampensysteme inaktiviert die DNS der schädlichen Keime. Besonders wirksam ist dabei das kurzwellige Licht im UVC-Bereich, das die Zellteilung und somit die Vermehrung von Mikroorganismen verhindert. Ein wesentlicher Vorteilhaft ist, dass dafür weder Chemikalien eingesetzt werden müssen noch unerwünschte oder gar selbst gesundheitsschädliche Nebenprodukte bei der Desinfektion entstehen. Außerdem werden auch Krankheitserreger, die zum Beispiel resistent gegen Chlor sind, ebenfalls zuverlässig abgetötet. Natürlicher Geschmack, Geruch, Farbe und pH-Wert des Wassers werden durch die Behandlung mit UV-Licht nicht beeinflusst.
Dass die Nachfrage bei UV-Systemen zur Entkeimung bzw. Desinfektion seit Jahren steigt, ist angesichts der verschiedenen Vorteile verständlich. Wie die Grafik 2 zeigt, liegt hier auch ein zukünftiger Wachstumsmarkt für die LED-UV-Technologie. Momentan fällt die Wahl jedoch häufiger auf Systeme mit konventionellen UV-Lampen, weil sie im Leistungsvergleich – speziell im viel genutzten Wellenlängenbereich von 254 nm – besser abschneiden und damit unter dem Strich eine höhere Wirtschaftlichkeit ermöglichen.
Luftentkeimung mit UVPE
Aber nicht nur Wasser, sondern auch Oberflächen oder Luftströme lassen sich mittels UV-Licht desinfizieren. Weil die Antibiotika-Resistenz bei krankenhausspezifischen Keimen immer mehr zunimmt, dürfte der heute noch massive Einsatz von Desinfektionsmitteln in Krankenhäusern in Zukunft vermehrt durch eine UV-Desinfektion ersetzt werden, da sich in diesem Fall keine mutationsbedingten Resistenzen entwickeln können.
Die Virobuster International GmbH in Windhagen hat in diesem Zusammenhang das patentierte Verfahren UVPE (Ultraviolette Pathogene Eliminierung) entwickelt. Damit ausgestattete Geräte wie die Steritube-Baureihe ermöglichen eine effiziente Beseitigung von schädlichen Mikroorganismen. Steritube-Systeme, die gemeinsam mit der Firma IST Metz vertrieben werden, kommen seit längerem zur Luftentkeimung im medizinischen Markt und inzwischen auch in der Lebensmittelproduktion zum Einsatz. Sie lassen sich einfach in bestehende raumlufttechnische Anlagen (RLT) integrieren und sorgen in einem Durchgang für eine Deaktivierung der Mikroorganismen.
Tragbares Gerät zur Desinfektion von Oberflächen
In Zeiten der Corona-Pandemie finden solche Technologien natürlich besonders großes Interesse. Auch das Unternehmen Integration Technologie Ltd. (ITL) hat angesichts der weltweiten Verbreitung des Virus SARS-Cov2 eine bereits bestehende Produktentwicklung forciert und ein tragbares System zur Entkeimung konzipiert, das unter der Bezeichnung SubZero RS Virus Sanitiser vermarktet wird. Es ist speziell für professionelle Anwendungen konzipiert und erfordert beim Einsatz das Tragen einer entsprechenden Schutzausrüstung. Obwohl ITL in den letzten Jahren vornehmlich LED-Technologien vorangetrieben hat, wurde bei der Entwicklung des kompakten Handgeräts auf die bewährte SubZero-Serie mit einem klassischen UVC-Lampensystem zurückgegriffen, das im Jahr 2005 in der Druckindustrie eingeführt wurde. »Wir hatten ein portables System in der Entwicklung, das für die Nutzung im industriellen Umfeld gedacht war«, erklärt Geschäftsführer Simon Roberts. »Aufgrund der massiven Verbreitung des Corona-Virus haben wir die Priorität dann aber schnell auf die medizinische Anwendung verlagert. Die Verwendung von UV-Lampen stellt dabei ein ausreichendes Energielevel zur Verfügung, um Mikroorganismen wie Corona-Viren zuverlässig zu inaktivieren.« Die Desinfektion mit ultraviolettem Licht ist ein wirtschaftliches und umweltfreundliches Verfahren und eignet sich vor allem für Krankenwagen und Krankenhäuser, öffentliche Verkehrsmittel, Schulen, Büroräume, Hotelzimmer u.v.m.
Geeignete Farben und Lacke für UV-Lampen verfügbar
Auch in den meisten Anwendungsbereichen der Druckindustrie sind UV-Lampen nach wie vor nicht wegzudenken, auch wenn ihr nahendes Ende schon seit Jahren prognostiziert wird. Ein wichtiger Grund liegt darin, dass die breite Verfügbarkeit von geeigneten Farben und Lacken nur für die traditionellen Lampensysteme tatsächlich gewährleistet ist. Im Gegensatz dazu ist die Konzentration auf das stark eingeengte Emissionsspektrum der LED-Systeme ein gravierender Nachteil bei der Formulierung von entsprechenden Druckfarben und Lacken. Besonders kritisch ist die Entwicklung von geeigneten Farbserien und Lacken für die Low-Migration-Anwendung. In diesem Zusammenhang bietet das breitbandige Emissionsspektrum der UV-Lampen eindeutige Vorteile, um eine sichere Aushärtung bei der Bedruckung von Lebensmittelverpackungen zu erzielen.
Die Formulierung von lebensmittelkonformen LED-UV-Farbsystemen ist jedoch nicht nur aufgrund des eingeschränkten Spektrums überaus anspruchsvoll. Sie wird gleichzeitig auch durch gesetzliche Vorgaben wie die europäische Chemikalienverordnung (REACH) erschwert, weil in jüngster Zeit verschiedene Verbote von bestimmten Chemikalien die Auswahl erforderlicher Rohstoffe (z.B. Fotoinitiatoren) empfindlich reduziert haben.
Einsatz von Quecksilber im kontrollierten Kreislauf
Die Lösemittelfreiheit ist ein grundlegender Vorteil aller UV-Systeme in Sachen Ökologie. Als Nachteil für UV-Lampen wird im Gegenzug angeführt, dass sie als Gasentladungslampen auf die Verwendung von Quecksilberdampf als Füllgas angewiesen sind. Gemäß EU-Richtlinie 2011/65/EU – auch bekannt unter dem Kürzel RoHS (Restriction of Hazardous Substances) – ist die Verwendung von gefährlichen Stoffen wie Quecksilber geregelt. Die Richtlinie beinhaltet einen Ausnahmenkatalog, in dem auch Entladungslampen für spezielle Anwendungen eigens aufgeführt sind. Die RoHS-Richtlinie soll verhindern, dass gefährliche Stoffe in die Umwelt gelangen. Die größten Belastungen entstehen z.B. bei der Erzeugung von Strom, wenn sie mittels Kohle- oder Mühlverbrennung geschieht, sowie bei der Goldgewinnung. Während ein typisches Kohlekraftwerk trotz Maßnahmen zur Emissionsreduzierung tonnenweise Quecksilber in die Umwelt ausstößt, enthalten sämtliche in Europa jährlich zur UV-Härtung eingesetzten Lampen schätzungsweise rund 150 kg Quecksilber.
Die Wahrscheinlichkeit ist sehr hoch, dass die beschriebenen Ausnahmeregelungen für Quecksilberdampflampen vor allem für Anwendungen im Bereich der UV-Härtung und der UV-Desinfektion auch in den nächsten Jahren weiterhin Bestand haben werden. Aus diesem Grund geht die eingangs bereits erwähnte Marktstudie der Yole Développement SA davon aus, dass die seit 2013 von den Vereinten Nationen zur Reduzierung der Quecksilber-Verwendung vereinbarte »Minamata-Konvention« vorerst keinen signifikanten Einfluss auf die Marktentwicklung der konventionellen UV-Lampen haben wird.
Zu berücksichtigen ist zudem, dass das Quecksilber aus UV-Lampen nahezu vollständig dem Recycling zugeführt wird. Damit erfüllt die Branche auch die Vorgaben der WEEE-Verordnung 2012/19/EU (Waste Electrical and Electronic Equipment). In Deutschland beispielsweise sind zertifizierte Recycling-Unternehmen für die Sammlung und Aufbereitung von gebrauchten UV-Lampen zuständig. Das sorgfältige Recycling ist in jedem Fall ökologisch sinnvoll, da sie wertvolle Rohstoffe und elektronische Bauteile enthalten. Auch LED-Systeme sollten am Produktlebensende einem effektiven Recycling-Prozess zugeführt werden. Schließlich unterliegen auch Leuchtdioden der WEEE-Verordnung und gerade für die Rückgewinnung der teuren Rohstoffe wie seltene Erden oder Indium und Gallium aus den Halbleiterdioden sind geeignete Recycling-Methoden zu etablieren.
Gute Zukunftsaussichten für bewährte Lampen-Technologien
Im praktischen Alltag haben sich UV-Lampen aufgrund ihrer zahlreichen positiven Merkmale über viele Jahre bewährt. Sie bieten eine sehr hohe Leistungsdichte und lassen sich wirtschaftlich betreiben. In vielen Marktsegmenten suchen Anwender vermehrt nach Systemen, die den jeweiligen Anforderungen zuverlässig gerecht werden. Davon profitieren neben den klassischen UV-Lampen aktuell auch andere bekannte Systeme wie Excimer-Lampen, die gegenwärtig ein spürbares Revival erleben. Beim Blick in die Zukunft fällt das Fazit für die bewährten Technologien wie die UV-Lampen positiv aus. Sie halten sowohl für die vielen angestammten Anwendungsbereiche als auch für neue Einsatzgebiete so viele Vorteile bereit, dass sie auch in Zukunft über weiteres Wachstumspotenzial verfügen.
