Wissenschaftler der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) und der King Abdulaziz City for Science and Technology (KACST) in Saudi-Arabien haben eine innovative Nanobeschichtungstechnologie entwickelt, die die Energieeffizienz von LED-Straßenlaternen deutlich verbessern und den Kohlenstoffausstoß reduzieren kann, was für die Beleuchtungsindustrie von großer Bedeutung ist.
Die in der Fachzeitschrift „Light: Science & Applications“ veröffentlichte Studie zeigt, dass allein in den USA durch die Anwendung dieser Methode der Kohlendioxidausstoß jährlich um mehr als 1,3 Millionen Tonnen reduziert werden kann, was sich positiv auf die Verbesserung des weltweiten Energieverbrauchs bei der Beleuchtung auswirkt.
(Beleuchtung) ist ein enormer Energieverbraucher und verursacht etwa 20 % des weltweiten Stromverbrauchs und fast 6 % der Treibhausgasemissionen. Straßenbeleuchtung verursacht zudem 1–3 % des weltweiten Strombedarfs, was eine Belastung für kommunale Einrichtungen darstellt. Obwohl LEDs effiziente Lichtquellen sind, werden im Betrieb etwa 75 % der Energie in Wärmeenergie umgewandelt, was sich negativ auf die (Beleuchtungs-)Leistung und die Lebensdauer der Lampe auswirkt. Hohe Temperaturen verringern nicht nur die (Beleuchtungs-)Lichtausbeute, sondern verkürzen auch die Lebensdauer der Lampe. Daher ist ein effektives Wärmemanagement entscheidend, um die Leistung von LEDs (Beleuchtung) zu verbessern.
Der Schlüssel zur Entwicklung des Forschungsteams ist ein Nanomaterial namens NanoPE (nanoporöses Polyethylen). Dieses Material besteht aus gewöhnlichem Polyethylen und wird durch ein spezielles Verfahren hergestellt, um Löcher von nur 30 Nanometern (etwa ein Tausendstel eines Haares) zu erzeugen. Seine Einzigartigkeit liegt darin, dass es Infrarotlicht (die Hauptquelle der Wärmestrahlung) effizient durchdringen lässt (mehr als 80 %) und gleichzeitig sichtbares Licht effizient reflektiert (mehr als 95 %), wodurch der (Licht-)Effekt optimiert werden kann.
Um die Wirksamkeit von NanoPE zu maximieren, schlugen die Forscher vor, LED-Straßenlaternen mit diesem Material kopfüber zu installieren. Auf diese Weise kann die von der Lampe erzeugte Wärmeenergie (Infrarotlicht) problemlos in NanoPE eindringen und nach oben in den Himmel strahlen, um sich dort abzuleiten, während das für die Beleuchtung nach unten benötigte sichtbare Licht effektiv zum Boden reflektiert wird. Dies unterscheidet sich grundlegend vom Design herkömmlicher LEDs, bei denen die Wärmeenergie im Inneren eingeschlossen ist und der Lampenkopf nach unten zeigt, und stellt einen innovativen Durchbruch in der (Beleuchtungs-)Technologie dar.
Die experimentellen Ergebnisse bestätigten, dass sich die Temperatur der LED nach dem Auftragen der Nano-Polyethylen-Beschichtung unter Laborbedingungen um 7,8 °C und im Außeneinsatz um 4,4 °C senkte und die (Licht-)Effizienz um etwa 5 % bzw. 4 % steigerte. Professor Qiao Qiang, der Leiter der Studie, betonte, dass selbst eine kleine Verbesserung der (Licht-)Effizienz bei großflächiger Anwendung enorme Auswirkungen auf die nachhaltige Entwicklung haben kann. Co-Autor Dr. Hussam Qasem ist ebenfalls davon überzeugt, dass dieses Design die Wärmeableitung bei gleichbleibend hoher (Licht-)Effizienz deutlich verbessert und eine potenzielle Lösung für nachhaltige (Beleuchtung) darstellt, die in Zukunft voraussichtlich breite Anwendung im (Beleuchtungs-)Bereich finden wird.
