Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Βασιλιά Αμπντουλάχ (ΚΑΟΥΣΤ) και στην Πόλη Επιστήμης και Τεχνολογίας Βασιλιά Αμπντουλαζίζ (KACST) στη Σαουδική Αραβία ανέπτυξαν μια καινοτόμο τεχνολογία νανο-επίστρωσης που μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ενεργειακή απόδοση των φωτιστικών δρόμων LED και να μειώσει τις εκπομπές άνθρακα, κάτι που έχει μεγάλη σημασία για τη βιομηχανία φωτισμού.
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Φως: Επιστήμη & Εφαρμογές, δείχνει ότι εάν εφαρμοστεί μόνο στις Ηνωμένες Πολιτείες, μπορεί να μειώσει περισσότερους από 1,3 εκατομμύρια τόνους εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα κάθε χρόνο, γεγονός που έχει θετική επίδραση στη βελτίωση της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας φωτισμού.
Ο φωτισμός αποτελεί μια τεράστια πηγή κατανάλωσης ενέργειας, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 20% της συνολικής κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας στον κόσμο και σχεδόν το 6% των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Ο φωτισμός των δρόμων αντιπροσωπεύει επίσης το 1-3% της παγκόσμιας ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας, γεγονός που επιβαρύνει τις δημοτικές μονάδες. Παρόλο που οι λαμπτήρες LED είναι αποτελεσματικές πηγές φωτός, περίπου το 75% της ενέργειας μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια κατά τη λειτουργία, γεγονός που έχει αρνητικό αντίκτυπο στο αποτέλεσμα (του φωτισμού) και στη διάρκεια ζωής της λάμπας. Οι υψηλές θερμοκρασίες όχι μόνο μειώνουν την φωτεινή απόδοση (του φωτισμού), αλλά και μειώνουν τη διάρκεια ζωής της λάμπας. Επομένως, η αποτελεσματική θερμική διαχείριση είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση της απόδοσης των LED (φωτισμού).
Το κλειδί για την ανάπτυξη της ερευνητικής ομάδας είναι ένα νανοϋλικό που ονομάζεται νανοPE (νανοπορώδες πολυαιθυλένιο). Αυτό το υλικό είναι κατασκευασμένο από συνηθισμένο πολυαιθυλένιο και μια ειδική διαδικασία χρησιμοποιείται για τη δημιουργία οπών μόλις 30 νανομέτρων (περίπου το ένα χιλιοστό της τρίχας). Η μοναδικότητά του έγκειται στο ότι επιτρέπει στο υπέρυθρο φως (την κύρια πηγή θερμικής ακτινοβολίας) να διεισδύει αποτελεσματικά (πάνω από 80%), ενώ παράλληλα αντανακλά το ορατό φως αποτελεσματικά (πάνω από 95%), καθιστώντας δυνατή τη βελτιστοποίηση του φαινομένου (φωτισμού).
Προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η αποτελεσματικότητα του νανοPE, οι ερευνητές πρότειναν την εγκατάσταση φωτιστικών δρόμου LED επικαλυμμένων με αυτό το υλικό ανάποδα. Με αυτόν τον τρόπο, η θερμική ενέργεια (υπέρυθρο φως) που παράγεται από τη λάμπα μπορεί να διαπεράσει ομαλά το νανοPE και να ακτινοβολήσει προς τα πάνω στον ουρανό για να διαλυθεί, ενώ το ορατό φως που απαιτείται για τον φωτισμό προς τα κάτω (φωτισμό) ανακλάται αποτελεσματικά στο έδαφος. Αυτό είναι εντελώς διαφορετικό από τον σχεδιασμό των παραδοσιακών LED που παγιδεύουν θερμική ενέργεια στο εσωτερικό τους και η κεφαλή της λάμπας είναι στραμμένη προς τα κάτω, και αποτελεί μια καινοτόμο ανακάλυψη στην τεχνολογία (φωτισμού).
Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν ότι μετά την εφαρμογή της επίστρωσης νανο-πολυαιθυλενίου, η θερμοκρασία του LED μειώθηκε κατά 7,8°C σε εργαστηριακές συνθήκες και 4,4°C σε εξωτερικές μετρήσεις, και η απόδοση (του φωτισμού) αυξήθηκε κατά περίπου 5% και 4% αντίστοιχα. Ο καθηγητής Κιάο Τσιάνγκ, επικεφαλής της μελέτης, τόνισε ότι ακόμη και μια μικρή βελτίωση στην απόδοση (του φωτισμού) μπορεί να έχει τεράστιο αντίκτυπο στη βιώσιμη ανάπτυξη όταν εφαρμόζεται σε μεγάλη κλίμακα. Ο συν-συγγραφέας Δρ. Χουσάμ Κασέμ πιστεύει επίσης ότι αυτός ο σχεδιασμός βελτιώνει σημαντικά την απαγωγή θερμότητας διατηρώντας παράλληλα υψηλή απόδοση (του φωτισμού) και αποτελεί μια πιθανή λύση για βιώσιμο (φωτισμό), η οποία αναμένεται να χρησιμοποιηθεί ευρέως στον τομέα (του φωτισμού) στο μέλλον.
