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Weiße LEDs Leuchtmittel der Zukunft?

Energiesparleuchten haben einen großen Nachteil: Sie enthalten Quecksilber. Sie sind also nicht die beste Option, wenn es darum geht, die Kosten für die Beleuchtung zu senken – und die macht bei Privathaushalten immerhin rund 10 Prozent des Stromverbrauchs aus. Langfristig, da sind sich Fachleute sicher, werden LEDs in unseren Wohnungen für Licht sorgen. Dass es inzwischen auch sparsame Leuchtdioden für weißes Licht gibt, dazu haben Forscher von der Universität München und von der Firma Philips in Aachen beigetragen.

LEDs - Leuchtmittel der Zukunft?

Glühbirne der Zukunft: LED-, Halogen- oder Energiesparlampe?

Glastiegel, Destillen, Rührgeräte: Auf den ersten Blick sieht das Chemielabor an der Universität München aus wie viele andere. Erst auf den zweiten Blick entdeckt der Besucher das Herzstück der Forschung von Wolfgang Schnick: einen Metalltiegel aus Wolfram, kaum größer als ein Fingerhut. Innen drin eine rot glühende Masse.

Pulver wie Gold

LEDs - Leuchtmittel der Zukunft?

Wolfgang Schnick - neue Materialien beleuchten die Welt

Der Tiegel hat eine Temperatur von rund 1.200 Grad. Er befindet sich in einem Reaktor, in dem ein sehr sauberes Gas ist, das in einer Gasreinigungsapparatur getrocknet und gesäubert wird. Dieses Gas ist nichts anderes als Stickstoff. Der Hauptbestandteil der Luft reagiert im Wolframtiegel mit Silizium und anderen Elementen zu winzigen farbigen Kristallen.

Als Reaktionsprodukt entsteht dabei ein bisschen orangefarbenes Pulver. Das sind kleine Mengen, ist noch kein industrieller Maßstab, aber die Forscher um Wolfgang Schnick sind hier wirklich die Entdecker.

Glühbirnen als Heizung

Tatsächlich sind die farbigen Pulver ziemlich genau so teuer wie Gold. Zum Glück werden nur Milligramm-Mengen gebraucht für die wichtigste Anwendung: Die niederländische Firma Philips stellt daraus LED-Lampen her, also Leuchtdioden, die nach und nach die quecksilberhaltigen Energiesparleuchten und vor allem die Glühlampen ersetzen sollen. Denn so eine gute alte Glühbirne ist in erster Linie eine Heizung, sagt Wolfgang Schnick:

Glühbirne verbrennt neben Energiesparlampe

Die Glühbirne verbrennt Energie anstatt zu leuchten

Fünf bis zehn Prozent der eingespeisten elektrischen Energie wandelt sie in Licht um. 90 bis 95 Prozent in Wärme, die nutzlos verloren geht. Das ist also sehr uneffektiv. Diese weiß leuchtenden LED-basierten Lampen hier von Philips mit unseren Leuchtstoffen haben im Vergleich zu Glühlampen eine 80-prozentige Energieeinsparung. Also sie sind fünf Mal so effektiv. Philips hat das mal ausgerechnet: Wenn wir alle Glühlampen in Deutschland ersetzen durch LED-basierte Lampen, dann würden wir so viel Energie einsparen, wie durch alle deutschen Atomkraftwerke produziert wird.

Lichtgitter

Eine LED verwandelt elektrischen Strom direkt in Licht einer bestimmten Farbe, zum Beispiel in kurzwellige blaue Strahlung. Meistens möchte man aber weißes Licht, eine Mischung aus mehreren Farben. Und dazu sind Wolfgang Schnicks farbig leuchtende Pulver nötig. Am besten muss das ein Leuchtstoff sein, der ein breites Spektrum verschiedener Farben erzeugt.

Abschied von der Glühbirne

Weiße Leuchtdiode neben drei farbigen LED-Exemplaren

Nur wenige chemische Elemente sind in der Lage, blaues Licht in Strahlung längerer Wellenlänge umzuwandeln. Dazu gehört Europium, ein Metall aus der Gruppe der Seltenen Erden. Es ist der entscheidende Bestandteil der farbigen Leuchtstoffe, welche die Chemiker in München entdeckt haben.

Aber das Europium ist nicht alleine, sondern ist umgeben von diesem Wirtsgitter, das sehr starken Einfluss darauf nimmt, was mit dem Europium passiert. Zum Beispiel kommt es auf die Abstände zwischen den Europium-Ionen an. Es kommt aber vor allem auch auf die Abstände und die Art der Atome an, die um das Europium herum sind. Die bestimmen, in welche Farbe das Europium den blauen Lichtanteil umwandelt.

Teuer und doch billig

Deshalb die vielen Experimente in den kleinen Wolframtiegeln. Dabei haben die Münchner Forscher schon mehrere vielversprechende Materialkombinationen für Leuchtstoffe entdeckt, "Phosphore", wie sie im Fachjargon heißen.

LED-Leuchte

LED-Lampen leuchten länger

In der Praxis werden sie bereits angewandt, etwa für die Scheinwerfer von Autos und Bahnen. Die Firma Philips beschichtet damit auch die Innenseite eines Glaskolbens, der aussieht wie eine Glühbirne. Innen drin steckt kein Glühdraht, sondern eine blaue Leuchtdiode.

Verglichen mit einer 60-Watt-Glühbirne mit deutlich kürzerer Lebensdauer verbraucht diese warmweiße Leuchte 80 Prozent weniger Energie. Sie kostet rund 30 Euro, doch das macht sich in nicht einmal einem Jahr bezahlt. Erstaunlich, dass in Wolfgang Schnicks Labor trotzdem Leuchtstoffröhren brennen. Aber der Forscher ist zuversichtlich: Das wird in einigen Jahren sicher anders sein.

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