Dočkáme se návratu žárovek?
Zajímáte se o světelné zdroje a jejich technologie? V tom případě byste si měli k tomu nejnovějšímu, co se v oboru nabízí, a možná i mezi budoucí trendy zařadit pojem nanofotonika. Jak naznačují informace z bulletinu MIT a výsledky práce tamních vědců publikované v Nature Nanotechnology, dostanou moderní LED, halogenová a další svítidla možná už brzy další pozoruhodnou konkurenci.
To, o čem je zde řeč je kupodivu téměř paradoxně stará dobrá, unijními euroúředníky prokletá a zavržená žárovka. Výzkumníkům se totiž podařilo vylepšit vlastnosti tohoto mnohaletého světlonoše našich domácností pomocí nových materiálů a technologií do té míry, že dokáže svými parametry konkurovat jednodušším LED zařízením.
Edison by se potěšil
Staronový vynález, jehož kořeny najdeme v laboratořích “kouzelníka z Menlo Parku” T. A. Edisona se hodlá opět zapojit do souboje o své místo na Slunci. Jak uvádí zpráva MIT, vědci v rámci projektu podporovaného armádním výzkumným úřadem prostřednictvím MIT Institutu pro vojenské nanotechnologie a energetickým výzkumným střediskem S3TEC financovaným americkým ministerstvem energetiky, zkombinovali teplé světlo tradiční žárovky s energetickou efektivitou nového století a voliá - budiž (opět) světlo. Tedy to, na které jsme byli léta zvyklí, než je nuceně nahradily tzv. úsporné zdroje - světelně účinnější kompaktní zářivky (CFL) a diodové žárovky (LED).
Tradiční technologie žárovek (kromě našeho kontinentu svázaného nejrůznějšími unijními regulačními předpisy vyžadujícími nekompromisní efektivitu a úspornost) sice přežila, ale současný vědecký průlom ji možná opět vrátí do hry v modifikované, modernizované podobě. Je úspornější a efektivnější, ale zachovává si přitom i jednu z hlavních výhod tradiční žárovky: velmi široké světelné spektrum a věrné ztvárnění všech barev. Tím i teplou barvu světa, které nám až na pár výjimek tak chybějí u moderních úsporných zdrojů.
Na rozdíl od svých předchůdců, konvenčních žárovkových svítidel, jejichž světelná efektivita se pohybovala kolem 2 až 3 %, tak nová žárovka dosáhla už při předběžných testech úrovně až 6,6 % (tedy trojnásobek klasických žárovek), což ji činí konkurenceschopnou i moderním komerčním zdrojům LED, jejichž účinnost je udávána obvykle v rámci 5 - 20 %, či zářivek, kde se pohybuje mezi 7 a 15 %. Odpovídá tak prakticky účinnosti některých dnešních méně výkonných kompaktních zářivek a LED. Přinejmenším tedy na spodní hranici jejich současné nabídky - což ale nemusí být navždy, protože vědci jsou v renesanci žárovkové technologie poměrně optimističtí a prognózují ji možné dosažení až 40% světelné efektivity!
Zatímco základním principem klasické žárovky bylo nažhavení tenkého wolframového vlákna na teploty kolem 2700 °C, což ovšem kromě světelné energie produkovalo ještě výrazně větší podíl (až 95 %) té tepelné, experimentální žárovka využívá průlomovou technologii, díky níž se vědeckým týmům z MIT a Purdue University podařilo eliminovat hlavní důvod, proč žárovky upadly v nemilost a byly zakázány či vyřazovány z provozu jako neefektivní technologie.
Jak obelstít neefektivitu
Klíčem k úspěchu je dvoufázový proces, kdy v první etapě se konvenčně zahřívá kovové nepřetržité vlákno, i se všemi souvisejícími ztrátami. Ale místo toho, aby žárovka odpadnímu teplu umožnila rozptýlit se v podobě infračerveného záření, sekundární nanostruktury, které obklopují žárovkové vlákno, složené do formy jakéhosi miniaturního plochého radiátoru, zachytí toto záření a směrují ho zpět k vláknu, které tak zase vyzáří určitou část této energie jako světlo. Tepelná energie je opět odražena zpět na vlákno a proces se opět opakuje. Vědci jej charakterizují jako „převod zbytečných vlnových délek energie na viditelné, tedy žádoucí vlnové délky” pomocí soustavy vrstev různých materiálů laděných na správné tloušťky a sekvence.
Tajemství tkví ve speciálním na míru vytvořeném materiálu (resp. kombinaci mnoha vrstev z dvou různých materiálů - SiO2 a Ta2O5), pro který se vědci rozhodli mj. kvůli relativně snadné možnosti výroby, i když jeho vlastnosti pro účel, k němuž byl vytvořen, nejsou úplně ideální. A tím je právě schopnost propouštět pouze viditelné světlo a záření v infračerveném (tzn. tepelném) spektru, kterého žárovka produkuje nejvíce, odrážet zpět jako od zrcadla.
Tato technologie má potenciál pro mnoho dalších aplikací kromě žárovek využívající procesy energetické přeměny: např. u termo-fotovoltaiky. I když, jak vědci zdůrazňují, je zatím brzy na to říkat v jakých všech aplikacích jejich práce může najít využití. Jejím zásadním přínosem je už sama schopnost kontrolovat tepelné vyzařování a lepší pochopení procesů vzájemné interakce tepla, hmoty a světla, takže energie světla může být využita efektivněji.
436
