Технологія підвищує енергоефективність вуличного освітлення та водночас зменшує викиди вуглецю. Нове дослідження, проведене у співпраці між Університетом науки і технологій імені короля Абдалли (KAUST) та Міським науково-технологічним центром імені короля Абдулазіза (KACST), демонструє, як наноматеріали можуть відігравати ключову роль у зниженні викидів вуглекислого газу від світлодіодних (LED) ліхтарів. За оцінками дослідницької групи, впровадження цієї технології у США могло б скоротити викиди CO₂ більш ніж на один мільйон метричних тонн.
Інновація у сфері освітлення
Ключовим елементом є наноматеріал під назвою nanoPE, який покращує теплове випромінювання з поверхні світлодіода, допомагаючи знизити його робочу температуру. Світлодіоди природним чином генерують тепло, а підвищені температури можуть пошкодити їх внутрішню електроніку та скоротити термін служби. Насправді близько 75% енергії, споживаної світлодіодами, зрештою втрачається у вигляді тепла. Завдяки зменшенню теплового накопичення nanoPE покращує продуктивність і довговічність LED-ламп, водночас значно знижуючи викиди, пов’язані з енергоспоживанням.
Керівник дослідження, професор KAUST Цяоцянь Гань, зазначив:
“Світлодіоди є пріоритетними джерелами світла завдяки їхній високій ефективності та довговічності. Але навіть незначні вдосконалення можуть зробити їх ще кращими, що матиме великий вплив на сталий розвиток, оскільки невеликі зміни дають значний ефект при широкому застосуванні.”
Він додав, що освітлення становить приблизно 20% від річного споживання електроенергії у світі та спричиняє майже 6% глобальних викидів парникових газів.
Крок до сталого освітлення
Доктор Хуссам Касем, генеральний директор Інституту технологій майбутньої енергетики при KACST і співавтор дослідження, зазначив:
“Наша розробка значно покращує охолодження світлодіодів, зберігаючи високу ефективність освітлення, що робить її перспективним рішенням для сталого освітлення в Саудівській Аравії.”
Зазвичай світлодіодні ліхтарі спрямовують світло на об’єкти, що підлягають освітленню, тому вони нахилені донизу. Однак вуличні ліхтарі, вкриті nanoPE, встановлюють буквально догори дриґом, спрямовуючи їх у небо, а не на землю.
Причина цього інверсного підходу полягає в тому, що nanoPE розроблений таким чином, щоб пропускати інфрачервоне випромінювання (яке відповідає за теплове випромінювання) і водночас відбивати видиме світло. Дослідження показало, що понад 80% інфрачервоного світла, випромінюваного LED-ліхтарями, вкритими nanoPE, проходить через матеріал і спрямовується у небо. Водночас понад 95% видимого світла відбивається від nanoPE назад до землі, ефективно освітлюючи територію.
Технологія на основі поширеного матеріалу
NanoPE створений на основі поліетилену — найпоширенішого у світі пластику. Щоб створити нанопластик, який відбиває короткохвильове (видиме) світло, але пропускає довгохвильове (інфрачервоне), науковці виготовили мікроскопічні пори розміром всього 30 нанометрів—приблизно в 1000 разів менші за товщину людської волосини. Потім матеріал розтягнули та перетворили у тонкий шар, що дозволило досягти потрібних оптичних властивостей.