Wetenschappers van de King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) en de King Abdulaziz City for Science and Technology (KACST) in Saoedi-Arabië hebben een innovatieve nanocoatingtechnologie ontwikkeld die de energie-efficiëntie van led-straatverlichting aanzienlijk kan verbeteren en de CO2-uitstoot kan verminderen, wat van groot belang is voor de verlichtingsindustrie.
Uit het onderzoek, dat is gepubliceerd in het tijdschrift Light: Science & Applications, blijkt dat het alleen al in de Verenigde Staten de uitstoot van koolstofdioxide met ruim 1,3 miljoen ton per jaar kan verminderen. Dit heeft een positief effect op de verbetering van het wereldwijde energieverbruik voor verlichting.
Verlichting is een enorme bron van energieverbruik en is goed voor ongeveer 20% van het totale wereldwijde elektriciteitsverbruik en bijna 6% van de broeikasgasemissies. Straatverlichting is ook goed voor 1-3% van de wereldwijde elektriciteitsvraag, wat een belasting vormt voor gemeentelijke eenheden. Hoewel ledlampen efficiënte lichtbronnen zijn, wordt ongeveer 75% van de energie tijdens het gebruik omgezet in warmte-energie, wat een negatieve invloed heeft op het lichteffect en de levensduur van de lamp. Hoge temperaturen verminderen niet alleen de lichtopbrengst van de lamp, maar verkorten ook de levensduur van de lamp. Effectief thermisch beheer is daarom cruciaal om de prestaties van ledlampen te verbeteren.
De sleutel tot de ontwikkeling van het onderzoeksteam is een nanomateriaal genaamd nanoPE (nanoporeus polyethyleen). Dit materiaal is gemaakt van gewoon polyethyleen en er worden via een speciaal proces gaatjes van slechts 30 nanometer (ongeveer een duizendste van een haar) gemaakt. Het unieke is dat het infraroodlicht (de belangrijkste bron van thermische straling) efficiënt doorlaat (meer dan 80%) en zichtbaar licht efficiënt reflecteert (meer dan 95%), waardoor het (licht)effect geoptimaliseerd kan worden.
Om de effectiviteit van nanoPE te maximaliseren, stelden de onderzoekers voor om LED-straatverlichting, gecoat met dit materiaal, ondersteboven te installeren. Op deze manier kan de warmte-energie (infraroodlicht) die door de lamp wordt gegenereerd, nanoPE soepel doordringen en naar boven naar de hemel stralen om te worden afgevoerd, terwijl het zichtbare licht dat nodig is voor neerwaartse (verlichting) effectief naar de grond wordt gereflecteerd. Dit is compleet anders dan het ontwerp van traditionele LED's, die warmte-energie vasthouden en de lampkop naar beneden richten, en het is een innovatieve doorbraak in (verlichtings)technologie.
De experimentele resultaten bevestigden dat na het aanbrengen van de nano-polyethyleencoating de temperatuur van de led met 7,8 °C daalde in laboratoriumomstandigheden en met 4,4 °C bij buitenmetingen, en dat de (verlichtings)efficiëntie met respectievelijk ongeveer 5% en 4% toenam. Professor Qiao Qiang, de leider van het onderzoek, benadrukte dat zelfs een kleine verbetering in (verlichtings)efficiëntie een enorme impact kan hebben op duurzame ontwikkeling wanneer deze op grote schaal wordt toegepast. Medeauteur Dr. Hussam Qasem is ook van mening dat dit ontwerp de warmteafvoer aanzienlijk verbetert met behoud van een hoge (verlichtings)efficiëntie, en een potentiële oplossing is voor duurzame (verlichting), waarvan wordt verwacht dat deze in de toekomst breed zal worden toegepast in de (verlichtings)sector.
