En genial idé har genskabt fremtiden for glødepæren som lyskilde.
Forsøg med et glødende legeme mellem to lag krystal der fungerer som gennemsigtigt varmespejl (MIT).
Forskere ved det førende teknologiske universitet MIT i Boston, USA, har taget en meget enkelt greb på en glødende lyskilde: pakket den ind i et gennemsigtigt varmespejl, som tillader lyset at slippe ud, men holder på den infrarøde stråling, som ellers ville bære varmen væk. Varmestrålingen bliver genbrugt til at opvarme glødelegemet, der dermed lyser med mindre energiforbrug.
På den måde får man både glødepærens overbevisende evne til at lyse med et lys der er både intenst og skaber fornem farvegengivelse – og et energiforbrug som på sigt kan vise sig meget mindre end energiforbruget for sparepærer og LED.
Det er med andre ord en meget betydningsfuld opdagelse, MIT-forskerne netop har offentliggjort i det ansete tidsskrift Nature Nanotechnology.
Den giver mulighed for at opfylde de krav til lyskvalitet, som Olafur Eliasson og jeg diskuterer i bogen Lys! der udkom for en måned siden.
Glødepæren blev for alvor markedsført i slutningen af 1800-tallet og siden har været den vigtigste lyskilde i hjem og på kontorer. Den laver en smukt lys med en fin farvetemperatur (omkring 2700 grader) og en meget fin farvegengivelse (det såkaldte Ra-tal er omkring 100, ligesom dagslys).
Problemet er energiforbruget: Langt det meste af den energi man sender ind i en glødepære ender med at blive til varme, fordi den udsendes som infrarød stråling, som mennesker ikke kan se. Kun nogle få procent af energien bliver til synligt lys. En glødepære er reelt en hvidglødende brødrister. Derfor er den på vej ud.
Sandwich forfra (øverst) og fra siden. Tegning fra Nature Nanotechnology.
MIT-forskernes idé er at svøbe den glødende lyskilde, der består af wolfram som vi kender fra glødetråden i en glødepære, ind i et krystal, der består af mange, mange lag af en tynd film af kvarts-lignende stoffer som siliciumdioxid og titandioxid. De mange lag skaber et filter, der tillader synligt lys at komme igennem (så lampen kan lyse), men virker som et spejl på varmestråling.
Forskerne har lavet en sandwich med den glødende kilde i mellem to lag krystal. Varmestrålingen bliver spærret inde mellem de to krystallag. Den farer frem og tilbage og kan ikke slippe ud. Det eneste sted den kan gå hen er derfor glødetråden, som den så opvarmer. Det betyder at glødetråden kan holdes glødende med et mindre energiforbrug. Man genbruger den energi, der blev til varmestråling i stedet for synligt lys – og bruger denne genbrugte energi til at varme glødelegemet op så det lyser. Al strålingen er spærret inde, ind til den bliver til synligt lys.
Effektiviteten er meget høj. I det konkrete forsøg på MIT når man op på at omdanne 6,6% af energien til lys. Det er på højde med sparepærer (5-10%) og LED (4-13%). De bedst rapporterede LED-pærer har effektivitet fra 15-30%
Glødepæren med krystalfilter kan blive meget mere effektiv. I princippet kan den nå op på en effektivitet på 40% så næsten halvdelen af energien bliver til lys. Den bliver svær at slå, også for LED.
Farvegengivelsen er meget fin, Ra-tallet er målt til omkring 95, men de fleste LED ligger på 90 eller langt derunder. Sparepærer kan slet ikke kan være med her.
Netop den gode farvegengivelse er den store kvalitet ved glødepærer, som risikerer at gå tabt med erstatningslyskilderne (se mere i Lys!).
Ideen om at pakke glødetråden ind i et gennemsigtigt varmefilter er ikke ny. Der blev taget patent på en variant i 1977 og ideen er ifølge MIT forskerne studeret to gange siden (1987 og 1991). Det nye er at den tynd-film teknik der skal til for at lave filterstakken, er blevet udviklet radikalt de seneste år.
Derfor er det også troligt at man vil kunne anvende denne enkle idé i praksis og opnå høj stabilitet og en fornuftig pris. Men det ved man ikke endnu. Man ved kun at princippet et udviklet, afprøvet og testet i laboratoriet. Nu venter produktudviklingen så.
Skal man så droppe LED og vente på de nye pærer? Nej, for det er ikke til at sige hvor længe der går. En af forskerne bag det nye princip, Marin Soljacic, siger til MIT News: “LED er gode, og folk skal blive ved med at købe dem.”
Det vigtigste er måske at LED nu bliver udfordret på farvegengivelsen: Hvis markedet kun rummer dårlig LED vil det blive overhalet af den genopstandne glødepære på lyskvalitet. Så det er med at få gang i at skabe bedre LED.
I det lange løb kan det være at glødepæren vinder på energieffektivitet. Hvis den kan slå kvantepunkter og andre teknologier der er på vej (se herom i bogen Lys!).
I hvert fald skal vi forbrugere ikke lade os spise af med dårligt lys. Kapløbet om fremtidens lyskilde er i fuld gang og vi skal insistere på lyskvalitet som en del af vores livskvalitet.
Ognjen Ilic, Peter Bermel, Gang Chen, John D. Joannopoulos, Ivan Celanovic and Marin Soljacic: “Tailoring high-temperature radiation and the resurection of the incandescent source”, Nature Nanotechnology, Published online 11 January 2016. doi:10.1038/nnano.2015.309
