تقنية الطلاء النانوي الجديدة تحمل وعدا لتعزيز كفاءة الطاقة في مصابيح الشوارع LED
طور علماء من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا (KAUST) ومدينة الملك عبد العزيز للعلوم والتكنولوجيا (KACST) في المملكة العربية السعودية بشكل تعاوني تقنية طلاء نانوية مبتكرة، والتي من المتوقع أن تعزز بشكل كبير كفاءة الطاقة لمصابيح الشوارع الثنائية الباعثة للضوء (LED) وتقلل من انبعاثات الكربون.
نشر في المجلةالضوء: العلوم والتطبيقاتتشير الدراسة إلى أن الاعتماد الواسع لهذه التقنية في الولايات المتحدة وحدها يمكن أن يقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بأكثر من 1.3 مليون طن سنويا.
تعد الإضاءة مستهلكا رئيسيا للطاقة، حيث تمثل حوالي 20٪ من استهلاك الكهرباء العالمي وما يقارب 6٪ من انبعاثات الغازات الدفيئة. تشكل إضاءة الشوارع وحدها ما بين 1-3٪ من الطلب العالمي على الكهرباء، مما يثقل كاهل السلطات البلدية. بينما تعد مصابيح LED مصادر إضاءة عالية الكفاءة، إلا أن حوالي 75٪ من طاقتها تتحول إلى حرارة وتتبدد أثناء التشغيل. درجات الحرارة العالية لا تقلل فقط من كفاءة الإضاءة بل تقلل أيضا من عمر المصباح، مما يجعل الإدارة الحرارية الفعالة ضرورية لتحسين أداء LED.
الابتكار الأساسي لفريق البحث هو مادة نانوية تسمى nanoPE (البولي إيثيلين النانوي المسامي). مصنوعة من البولي إيثيلين الشائع، وتتميز هذه المادة بمسام بحجم 30 نانومتر (حوالي ألف من قطر شعرة الإنسان) عبر عملية تصنيع خاصة. خاصيته الفريدة هي الانتقال عالي الكفاءة للضوء تحت الأحمر (المصدر الرئيسي للإشعاع الحراري) – أكثر من 80٪ – مع عكس أكثر من 95٪ من الضوء المرئي.
لتعظيم فوائد nanoPE، يقترح الباحثون تركيب مصابيح LED مطلية بهذه المادة "مقلوبة". في هذا الترتيب، تمر الطاقة الحرارية (الضوء تحت الأحمر) من المصابيح بسلاسة عبر nanoPE، مشعة للأعلى إلى السماء لتبددها، بينما ينعكس الضوء المرئي اللازم للإضاءة الهابطة فعليا إلى الأرض. يختلف هذا بشكل حاد عن تصاميم LED التقليدية، حيث تحبس الحرارة داخليا ورؤوس المصابيح مقلوبة للأسفل.
تؤكد النتائج التجريبية أن طلاء nanoPE يخفض درجات حرارة LED بمقدار 7.8°C في البيئات المختبرية (مما يعزز الكفاءة بنسبة ~5٪) و4.4°C في الاختبارات الميدانية الخارجية (تحقيق زيادة كفاءة ~4٪). أكد الباحث الرئيسي البروفيسور تشياوتشيانغ غان أن حتى التحسينات الطفيفة في الكفاءة يمكن أن تحدث تأثيرا كبيرا على التنمية المستدامة عند تطبيقها على نطاق واسع. وأضاف المؤلف المشارك الدكتور حسام قاسم أن التصميم يعزز تبديد الحرارة مع الحفاظ على كفاءة إضاءة عالية، مما يجعله حلا واعدا للإضاءة المستدامة.
