KAUST-onderzoekers ontwikkelen nieuw nanoplastic voor duurzame straatverlichting
Een nieuwe studie in samenwerking tussen KAUST en King Abdulaziz City for Science and Technology (KACST) laat zien hoe nanomaterialen de CO2-uitstoot van LED-straatverlichting (light emitting diode) aanzienlijk kunnen verminderen. Het onderzoeksteam schat dat alleen de Verenigde Staten door deze technologie toe te passen de CO2-uitstoot met meer dan een miljoen ton kunnen verminderen.
Het nanomateriaal, genaamd nanoPE, verbetert de emissie van thermische straling vanaf het oppervlak van de LED om de LED-temperatuur te verlagen. LED's genereren warmte, waardoor de temperatuur stijgt en het risico bestaat dat de LED-elektronica wordt beschadigd en de levensduur van de LED wordt verkort. In feite gaat ongeveer 75% van de ingevoerde energie in LED's uiteindelijk verloren als warmte.
Studieleider, KAUST Professor Qiaoqiang Gan, zei: "LED's zijn geprefereerde lichtbronnen vanwege hun superieure efficiëntie en levensduur. Maar kleine verbeteringen kunnen ze nog verder verbeteren, en dat kan een groot verschil maken op het gebied van duurzaamheid, omdat zelfs kleine verbeteringen een groot effect hebben als ze overal worden gebruikt", zei Gan. Hij voegde eraan toe dat verlichting ongeveer 20% van het jaarlijkse elektriciteitsverbruik in de wereld vertegenwoordigt en bijdraagt aan bijna 6% van de mondiale uitstoot van broeikasgassen.
Dr. Hussam Qasem, algemeen directeur van het Future Energy Technologies Institute bij KACST en medewerker aan het onderzoek, zei: "Ons ontwerp verbetert de LED-koeling aanzienlijk terwijl de hoge verlichtingsefficiëntie behouden blijft, waardoor het een veelbelovende oplossing is voor duurzame verlichting in Saoedi-Arabië."
Typische LED-straatlantaarns richten hun licht op het te verlichten object en wijzen daarom naar de grond. Ze zijn ook zo ontworpen dat de thermische straling in de LED opgesloten blijft. Aan de andere kant worden straatlantaarns bedekt met nanoPE letterlijk ondersteboven gedraaid, zodat ze naar de lucht zijn gericht en weg van het te verlichten object.
De reden voor deze omkering is dat NanoPE zo is ontworpen dat infrarood licht, het licht dat het meest verantwoordelijk is voor thermische straling, er doorheen gaat terwijl zichtbaar licht wordt gereflecteerd. Uit het onderzoek bleek dat meer dan 80% van het infraroodlicht dat wordt uitgezonden door LED-straatverlichting gecoat met nanoPE door nanoPE gaat en zich richting de hemel voortbeweegt. Daarentegen wordt meer dan 95% van het uitgezonden zichtbare licht gereflecteerd door nanoPE en terug naar de grond, waardoor het gebied eronder wordt verlicht.
NanoPE is gebaseerd op polyethyleen, het meest geproduceerde plastic ter wereld. Om een nanoplastic te maken dat licht met een lage golflengte (zichtbaar licht) reflecteert maar licht met een hoge golflengte (infrarood) doorlaat, hebben de wetenschappers zorgvuldig poriën zo klein als 30 nm – ongeveer 1000 keer kleiner dan de dikte van een mensenhaar – in het plastic gemaakt, uitgerekt en getransformeerd in een dunner vel.