KAUST-Forscher entwickeln neues Nanoplastik für nachhaltige Straßenbeleuchtung
Eine neue Studie in Zusammenarbeit zwischen KAUST und King Abdulaziz City for Science and Technology (KACST) zeigt, wie Nanomaterialien die Kohlenstoffemissionen von LED-Straßenlaternen (Leuchtdioden) deutlich reduzieren können. Das Forscherteam schätzt, dass allein die Vereinigten Staaten durch die Einführung dieser Technologie den Kohlendioxidausstoß um mehr als eine Million Tonnen reduzieren können.
Das Nanomaterial namens nanoPE verstärkt die Emission von Wärmestrahlung von der Oberfläche der LED, um die LED-Temperatur zu senken. LEDs erzeugen Wärme, die ihre Temperatur erhöht und das Risiko einer Beschädigung der LED-Elektronik und einer Verkürzung der Lebensdauer der LED birgt. Tatsächlich gehen etwa 75 % der zugeführten Energie in LEDs letztendlich als Wärme verloren.
Studienleiter, KAUST-Professor Qiaoqiang Gan, sagte: „LEDs sind aufgrund ihrer überlegenen Effizienz und Lebensdauer bevorzugte Lichtquellen. Aber kleine Verbesserungen können sie noch weiter verbessern, und das kann einen großen Unterschied in der Nachhaltigkeit machen, denn selbst kleine Verbesserungen haben große Auswirkungen, wenn sie überall eingesetzt werden“, sagte Gan. Er fügte hinzu, dass die Beleuchtung etwa 20 % des weltweiten jährlichen Stromverbrauchs ausmacht und zu fast 6 % der globalen Treibhausgasemissionen beiträgt.
Dr. Hussam Qasem, General Manager des Future Energy Technologies Institute am KACST und Mitwirkender an der Studie, sagte: „Unser Design verbessert die LED-Kühlung erheblich und behält gleichzeitig eine hohe Beleuchtungseffizienz bei, was es zu einer vielversprechenden Lösung für nachhaltige Beleuchtung in Saudi-Arabien macht.“
Typische LED-Straßenlaternen richten ihr Licht auf das zu beleuchtende Objekt, weshalb es in Richtung Boden zeigt. Sie sind außerdem so konzipiert, dass die Wärmestrahlung im Inneren der LED eingeschlossen bleibt. Mit nanoPE beschichtete Straßenlaternen hingegen werden im wahrsten Sinne des Wortes auf den Kopf gestellt, sodass sie Richtung Himmel und vom zu beleuchtenden Objekt weg gerichtet sind.
Der Grund für diese Umkehrung ist, dass NanoPE so konzipiert ist, dass Infrarotlicht, das Licht, das am meisten für die Wärmestrahlung verantwortlich ist, durch es hindurchgeht, während sichtbares Licht reflektiert wird. Die Studie zeigte, dass mehr als 80 % des Infrarotlichts, das von mit nanoPE beschichteten LED-Straßenlaternen emittiert wird, durch nanoPE hindurchgeht und in den Himmel gelangt. Im Gegensatz dazu werden mehr als 95 % des emittierten sichtbaren Lichts von nanoPE zurück zum Boden reflektiert und erhellen den darunter liegenden Bereich.
NanoPE basiert auf Polyethylen, dem am häufigsten hergestellten Kunststoff der Welt. Um einen Nanokunststoff zu schaffen, der Licht niedriger Wellenlänge (sichtbares Licht) reflektiert, aber Licht hoher Wellenlänge (Infrarot) durchlässt, haben die Wissenschaftler sorgfältig Poren mit einer Größe von nur 30 nm – etwa 1000-mal kleiner als die Dicke eines menschlichen Haares – in den Kunststoff eingebracht, ihn gedehnt und in eine dünnere Folie umgewandelt.