O «πράσινος» φωτισμός που άλλαξε τον κόσμο μέσω των λαμπτήρων LED

Με μια σπουδαία ανακάλυψη στη δεκαετία του '90, τρεις επιστήμονες πυροδοτούν την επανάσταση στην εξέλιξη των λαμπτήρων, θέτοντας οριστικά τα θεμέλια ανάπτυξης της «πράσινης» τεχνολογίας του μέλλοντος.

Μολονότι υπήρχαν κόκκινες και κίτρινες φωτοδίοδοι για πολλά χρόνια, δίχως την ύπαρξη μπλε φωτοδιόδων η παραγωγή λευκού φωτός, το οποίο αποτελεί μία μείξη χρωμάτων, ήταν αδύνατη και ως συνέπεια ήταν αδύνατη και η παραγωγή χρήσιμων λαμπτήρων με βάση τα LED, η οποία για πολλούς το μέλλον του φωτισμού! Για την κατασκευή μίας διόδου που θα εξέπεμπε μπλε φως, χρειάστηκαν τρεις δεκαετίες προσπαθειών και η ευφυΐα των τριών ερευνητών που πέτυχαν εκεί που οι υπόλοιποι αποτύγχαναν, δίδοντας οριστική λύση στο πρόβλημα του σωστού, οικονομικού και φιλικού προς το περιβάλλον φωτισμού. Η προσθήκη ενός τρίτου χρώματος επέτρεψε την ανάπτυξη φωτοδιόδων χαμηλής κατανάλωσης που προσφέρουν λευκό, λαμπρό φωτισμό.

Όπως ανακοίνωσε στις αρχές της εβδομάδας η Βασιλική Ακαδημία Επιστημών της Σουηδίας, το βραβείο απονέμεται από κοινού στον Ισάμο Ακασάκι του Πανεπιστημίου της Ναγκόγια, τον Χιρόσι Αμάνο, επίσης στη Ναγκόγια, και τον Σούζι Νακαμούρα του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα. Οι τρεις ερευνητές από την Ιαπωνία βραβεύονται με το Νόμπελ Φυσικής 2014 για την ανακάλυψη του γαλάζιου LED, μιας εφεύρεσης που επέτρεψε την ανάπτυξη λαμπρών, οικονομικών λαμπτήρων.

«Οι λάμπες πυράκτωσης φώτισαν τον 20ό αιώνα. Ο 21ος αιώνας θα φωτιστεί από λαμπτήρες LED» σημειώνει η επιτροπή των βραβείων στην ανακοίνωση της.

Τα σύγχρονα λευκά LED, ουσιαστικά τσιπ από πυρίτιο που συνδυάζουν LED τριών διαφορετικών χρωμάτων, προσφέρουν ασύγκριτα καλύτερη απόδοση σε σχέση με τους συμβατικούς λαμπτήρες. Προσφέρουν φωτισμό έντασης 300 lumen ανά watt ηλεκτρικής ενέργειας, συγκριτικά με 16 lm/watt για τους λαμπτήρες πυράκτωσης και 70 lu/watt για τους λαμπτήρες φθορισμού.

Εξοικονόμηση

Δεδομένου ότι ο φωτισμός αντιστοιχεί γύρω στο ένα τέταρτο της ενεργειακής κατανάλωσης σε παγκόσμιο επίπεδο, η νέα τεχνολογία προσφέρει σημαντικά οφέλη για το περιβάλλον. Ταυτόχρονα, περιορίζει την κατανάλωση υλικών, δεδομένου ότι οι λαμπτήρες LED διαρκούν έως 100.000 ώρες, εκατό φορές περισσότερο από τις λάμπες πυράκτωσης και δέκα φορές περισσότερο σε σχέση με τους λαμπτήρες φθορισμού.

Τα σύγχρονα λευκά LED, ουσιαστικά τσιπ από πυρίτιο που συνδυάζουν LED τριών διαφορετικών χρωμάτων, προσφέρουν ασύγκριτα καλύτερη απόδοση σε σχέση με τους συμβατικούς λαμπτήρες. Προσφέρουν φωτισμό έντασης 300 lumen ανά watt ηλεκτρικής ενέργειας, συγκριτικά με 16 lm/watt για τους λαμπτήρες πυράκτωσης και 70 lu/watt για τους λαμπτήρες φθορισμού.

Οι νέοι λαμπτήρες LED, που χρησιμοποιούνται βασίζονται σε μια νέα τεχνολογία παραγωγής φωτός, προέρχονται από το αρκτικόλεξο του αγγλικού όρου Light Εmitting Diode (LΕD), ο οποίος στα ελληνικά μεταφράζεται ως Κρυσταλλοδίοδος Εκπομπής Φωτός (ΚΕΦ). Η νέα αυτή τεχνολογία υπόσχεται την οριστική λύση στο πρόβλημα του σωστού, οικονομικού και φιλικού προς το περιβάλλον φωτισμού.

Πώς λειτουργεί

Οταν περνάει ηλεκτρικό ρεύμα κατάλληλης έντασης από μια κρυσταλλοδίοδο, δηλαδή ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα που επιτρέπει τη δίοδο του ηλεκτρικού ρεύματος μόνο προς μία κατεύθυνση, εκπέμπεται ταυτόχρονα και φως, το χρώμα του οποίου εξαρτάται από το υλικό κατασκευής της διόδου. Το φαινόμενο αυτό ήταν γνωστό από το 1962, οπότε ο αμερικανός φυσικός Τζιμ Χόλονιακ, που τότε εργαζόταν στην Τζένεραλ Ελέκτρικ, εφηύρε την πρώτη ΚΕΦ, η οποία έδινε κόκκινο φως. Οι φυσικοί της εποχής εντυπωσιάστηκαν από την απόδοση των ΚΕΦ, δηλαδή το υψηλό ποσοστό μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε φως, αλλά το χρώμα και η μικρή ένταση του φωτός τους περιόρισαν τη χρήση τους στις φωτεινές ενδείξεις συσκευών. Θα έπρεπε να περάσουν 40 χρόνια για να κατασκευαστούν ΚΕΦ που εκπέμπουν λευκό φως με ικανοποιητική για φωτισμό ένταση.

Το λευκό φως, όπως απέδειξε πρώτος ο Νεύτωνας αναλύοντας το με ένα πρίσμα, είναι ένα μείγμα επτά χρωμάτων, από το κόκκινο ως το κυανό, που το μάτι μας αναγνωρίζει ως «λευκό». Επομένως για να κατασκευάσουμε έναν λαμπτήρα λευκού φωτός από ΚΕΦ, που εκπέμπουν μόνο φως ορισμένου χρώματος, θα πρέπει πρώτα να έχουμε στη διάθεσή μας ΚΕΦ με διάφορα χρώματα, από το κόκκινο ως το κυανό.

Η κατασκευή όμως ΚΕΦ που εκπέμπουν άλλα χρώματα, πέρα από το κόκκινο, αποδείχθηκε δύσκολη υπόθεση. Η πρώτη ΚΕΦ κυανού χρώματος ικανοποιητικής λαμπρότητας κατασκευάστηκε μόλις το 1993, αλλά από τότε η εξέλιξη της τεχνολογίας κατασκευής λευκών ΚΕΦ προχώρησε με άλματα.

Who Who

Ο Ισάμου Ακασάκι (Isamu Akasaki) γεννήθηκε στην Ιαπωνία το 1929 και είναι σήμερα καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Ναγκόγια.

Ο Χιρόσι Αμάνο (Hiroshi Amano) γεννήθηκε στην Ιαπωνία το 1960 και είναι επίσης καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Ναγκόγια.

Ο Σούχι Νακαμούρα (Shuji Nakamura) γεννήθηκε το 1954 στην Ιαπωνία αλλά είναι αμερικανός πολίτης. Είναι σήμερα καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα.

(Κ. Ζακυνθινός, Ημερησία, 11/10/2014)