Neuartige Nano-Beschichtungstechnologie bietet Potenzial zur Verbesserung der Energieeffizienz von LED-Straßenlichtern
Wissenschaftler der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) und der King Abdulaziz City for Science and Technology (KACST) in Saudi-Arabien haben gemeinsam eine innovative Nanobeschichtungstechnologie entwickelt, die voraussichtlich die Energieeffizienz von LED-Straßenlaternen erheblich steigern und die CO₂-Emissionen senken wird.
Veröffentlicht in der ZeitschriftLicht: Wissenschaft & AnwendungenDie Studie stellt fest, dass allein eine weitverbreitete Einführung dieser Technologie in den Vereinigten Staaten die Kohlendioxidemissionen jährlich um über 1,3 Millionen Tonnen senken könnte.
Die Beleuchtung ist ein großer Energieverbraucher und macht etwa 20 % des weltweiten Stromverbrauchs sowie fast 6 % der Treibhausgasemissionen aus. Allein die Straßenbeleuchtung macht 1–3 % des weltweiten Strombedarfs aus und belastet die kommunalen Behörden. Während LEDs hocheffiziente Lichtquellen sind, werden etwa 75 % ihrer Energie in Wärme umgewandelt und während des Betriebs verschwinden. Hohe Temperaturen verringern nicht nur die Lichteffizienz, sondern verkürzen auch die Lebensdauer der Lampe, wodurch ein effektives Wärmemanagement entscheidend für die Verbesserung der LED-Leistung ist.
Die Kerninnovation des Forschungsteams ist ein Nanomaterial namens nanoPE (nanoporöses Polyethylen). Hergestellt aus gewöhnlichem Polyethylen, verfügt dieses Material über 30-Nanometer-Poren (etwa ein Tausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares) durch ein spezielles Herstellungsverfahren. Seine einzigartige Eigenschaft ist die hocheffiziente Übertragung von Infrarotlicht (der Hauptquelle der thermischen Strahlung) – über 80 % – während mehr als 95 % des sichtbaren Lichts reflektiert werden.
Um die Vorteile von nanoPE zu maximieren, schlagen Forscher vor, LED-Straßenlaternen mit diesem Material "auf dem Kopf" zu installieren. In diesem Aufbau fließt die thermische Energie (Infrarotlicht) der Lampen sanft durch nanoPE und strahlt nach oben zum Himmel zur Dissipation, während sichtbares Licht, das für die Abwärtsbeleuchtung benötigt wird, effektiv auf den Boden reflektiert wird. Dies unterscheidet sich stark von traditionellen LED-Designs, bei denen Wärme intern eingefangen wird und die Lampenköpfe nach unten zeigen.
Experimentelle Ergebnisse bestätigen, dass die nanoPE-Beschichtung die LED-Temperaturen im Labor um 7,8 °C senkt (was die Effizienz um ~5 % steigert) und in Außentests um 4,4 °C (ein Effizienzgewinn von ~4 %). Der leitende Forscher Professor Qiaoqiang Gan betonte, dass selbst geringfügige Effizienzsteigerungen einen erheblichen Einfluss auf nachhaltige Entwicklung haben können, wenn sie in großem Maßstab eingesetzt werden. Co-Autor Dr. Hussam Qasem fügte hinzu, dass das Design die Wärmeableitung verbessert und gleichzeitig eine hohe Lichteffizienz aufrechterhält, was es zu einer vielversprechenden Lösung für nachhaltige Beleuchtung macht.
