WE DON'T INHERIT THE EARTHFROM OUR ANCESTORS, WE BORROW IT FROM OUR CHILDREN!
Die BiosphÄre Gesamtenergie-konzeption Analyse der Exergie Das Synergetische Modell

ENERGIESPAREN

Ausgangsposition


Während der seit 1972 im Auftrag der Bundesregierung tätige Sachverständigenrat für Umweltfragen in seinem Gutachten ‚Energie und Umwelt’ 1981 feststellt, daß jede Form der Energieentfaltung schwer kalkulierbare Schäden in der Umwelt und für die Gesundheit verursacht, erklären Wirtschaftswissenschaftler, daß bis zu einer gewissen Grenze jede Form der Energieeinsparung preiswerter ist, als der notwendige Kapitaleinsatz für eine noch so raffinierte und fortschrittliche Ausbeutung fossiler Quellen.

Aus beiden Ansichten läßt sich ableiten, daß es nicht besonders sinnvoll ist, sich über die Methoden zu streiten, mit denen der Energiebedarf gedeckt wird, sondern daß es viel wichtiger ist, diesen möglicht schnell und nachhaltig zu senken!

Ich widerspreche hier allerdings dem Sachverständigenrat, da es in Wirklichkeit extreme Unterschiede bei den Technologiefolgen verschiedener Energiewandler gibt – und möglicherweise gibt es sogar einige Systeme, die überhaupt keine oder nur extrem geringe Umweltschäden hervorrufen.

Seit über dreißig Jahren tobt bereits die Schlacht um die Machbarkeit des sogenannten 3-Liter-Autos. Dabei liegt diese Zielsetzung die ganze Zeit über im Bereich des Machbaren, wäre auch der politische Wille da. Denn was wirklich möglich ist, zeigt z.B. der Eco-Marathon-Weltrekord beim Rockingham-Rundkurs von 2003: Das ethanolbetriebene Sparmobil des Siegerteams, von Studenten der technischen Fachschule Lycée St. Joseph de La Joliverie in Frankreich entwickelt, schafft umgerechnet mit einem Liter Benzin eine Strecke von 3.789,52 Kilometer (!) – was schier unglaublich ist, selbst wenn man es mit den inzwischen produzierten sparsamen Fahrzeugen vergleicht! Der Weltrekord betrug 2001 noch 3.625 km, wobei der erreichte Zuwachs von immerhin 164 km in erster Linie einer speziellen Entwicklung des Reifenherstellers Michelin zu verdanken sein soll. Dasselbe Team hatte auch schon 1997 gewonnen – damals noch mit 2.278 km.

Uns allen etwas näher liegt eine erreichbare höhere Energieeffizienz bei Körperbewegungen, da man am besten von hier aus mit der Umsetzung des Energiespargedankens beginnen sollte: So können die Frauen mancher afrikanischer Stämme bis zu 20 % ihres Körpergewichts auf dem Kopf tragen – ohne dafür zusätzliche Stoffwechselenergie zu verbrauchen. Wie Physiologen des Unternehmens Pharos Systems in Massachusetts feststellten, gehen die Frauen wie ein schwingendes Pendel, wobei sie die Höhenenergie (die potentielle Energie der Last) optimal in Energie zur Fortbewegung umsetzen.

Eine technische Form der Umsetzung von Körperenergie bildet z.B. der stromerzeugende Rucksack, den ich neben diversen anderen Beispielen im Kapitel Muskelkraft beschreibe.

Doch zurück in die real existierende technisierte Welt: Man schätzt, daß etwa 50 % aller produzierten Mengen an Sekundärenergie beim Herstellungsverfahren, beim Transport und während des Verbrauchs sinnlos verloren gehen. Es ist also kein Wunder, wenn im Energiesparen die größten und auch am schnellsten nutzbaren Kapazitäten gesehen werden – wobei das Energiesparpotential manchen Angaben zufolge sogar bei etwa 60 % liegen soll!

Die notwendigen Investitionen für die Ausnutzung dieser bereits vorhandenen Energiemengen sind nicht gering: Die EG schätzt 1979, daß nur die dringendsten Investitionen während der folgenden 10 Jahre etwa 500 Mio. $ kosten würden. Die Firma Telefunken nennt in einem Energie-Szenario sogar einen, bis zum Jahr 2030 weltweit benötigten Betrag von 40.000 Mrd. $! Dies ist nachvollziehbar wenn man bedenkt, daß solche Unternehmen stark an gut finanzierten und langjährigen Forschungs- und Entwicklungsaufgaben interessiert sind – und der wellenartigen Produktion immer ‚noch ein wenig sparsamerer’ Geräte usw. Allerdings schätzt die International Energy Agency 2003, daß schon bis 2010 rund ein Drittel des aktuellen Energiekonsums in den OECD-Ländern durch einen Umstieg auf heute schon verfügbare Geräte eingespart werden könnte.

Die Idee des Energiesparens findet jedoch nicht immer offene Ohren. In der Bundesrepublik Deutschland werden besonders jene Vorschläge hart umkämpft, die sich mit Einsparungen auf dem Kfz-Sektor beschäftigen. Als Beispiel hierfür sei das allgemeine Tempo-Limit genannt, das bisher erfolgreich vom Wirtschaftsministerium abgeblockt wird. Die Verfechter der Geschwindigkeitsbeschränkung behaupten, daß im Vergleich zum Tempo 130 bei Tempo 100 eine 15%ige Verbrauchsminderung erzielt werden könne, außerdem würden weniger bzw. weniger schlimme Unfälle passieren.

Da gerade das Kfz ein Energieschlucker ersten Ranges ist (es verbraucht etwa ein Viertel des gesamten Mineralölbedarfs der Bundesrepublik), und weil gerade das Rohöl neben energetischen und ökologischen insbesondere politischen Gesichtspunkten unterworfen ist, wird der Energiesparhebel besonders gerne in diesem Bereich angesetzt. In Schweden beispielsweise wird im Jahre 1979 das bereits bestehende Limit von 110 km/h sogar noch weiter heruntergesetzt: auf 90 km/h. Doch neben der Geschwindigkeitsbegrenzung gibt es weitere Vorschläge, die sich mit einer Verbrauchsminderung im Kfz-Sektor beschäftigen:

  1. Fahrverbote
  2. Flexible Ampelintervalle, je nach Verkehrs­aufkommen automatisch geregelt
  3. Kenntnisnachweis über kraftstoffsparende Fahrweise bei der Fahrprüfung
  4. Produktion sparsamer Autos, Spargetriebe
  5. Nutzung synthetischer Motoröle
  6. Supraleitende Elektromotoren in Kfz-Bau
  7. Kfz-Steuer, die sich an Geräusch- und Abgasemission orientiert

In Baden-Württemberg beginnt im Mai 1985 ein zweijähriger Versuch, mittels drei verschiedener Meldesysteme die Leerlaufzeiten vor Ampeln zu reduzieren. Es zeigt sich, daß das Abschalten des Motors vor einer roten Ampel erst dann sinnvoll ist, wenn der Stillstand länger als 15 Sekunden dauert, da beim wiederholten Starten die Stickoxid-Emission um rund 100 % zunimmt. Außerdem reagieren nur 25 % bis 60 % der Verkehrsteilnehmer auf die Meldesysteme. Als bei einem ähnlichen Versuch in Baden bei Zürich ein Bußgeld zwischen 20 und 50 SF angesetzt wird, reagierten allerdings schon 90 %. Im Jahr 2006 existieren auch in Syrien solche ,Zähler' über den Ampeln - auf meine Nachfrage hin erfuhr ich allerdings, daß man anscheinend vergessen hatte die Autofahrer darüber aufzuklären, weshalb sich diese ,Uhren' dort befinden...

Bei Neuwagen sinkt der Brennstoffverbrauch in den Jahren 1977 bis 1987 immerhin um rund 25 %.

1986 testet das Umweltbundesamt ein System, mit dem durch ein Funksignal die Geschwindigkeit von Fahrzeugen von außen vermindert werden kann.

Daß auch der Luftverkehr sparsamer werden kann, will die Lufthansa zeigen. Auf ihren Kurzstrecken setzt sie inzwischen wieder verbrauchsarme Turboprop-Maschinen ein, und auf Langstreckenflügen wird künftig bis zu einer Tonne weniger Trink- und Waschwasser mitgenommen – denn allein mit dieser Maßnahme kann die Firma im Jahr etwa 2 Mio. DM an Treibstoffkosten sparen.

Während in der Industrie die Nutzung von Abwärme und Recycling-Prozessen zum Energiesparen besonders attraktiv sind (s.d.), ist dies im privaten Rahmen eher das individuelle Sparen, d.h. der verantwortungsvolle Umgang mit der Energie, wie dem nur nächtlichen Anschalten energiefressender Geräte, der Installation von Energiesparlampen (darüber unten noch mehr) oder eben dem Einsatz der Beine zum morgendlichen Brötchenholen zu Fuß oder auf dem Rad.

Zunehmend kommen auch die Produzenten den Verbrauchern entgegen, z.B. mit der Einführung bestimmter Verbrauchsnormen für Haushaltsgeräte.

Mit großangelegten Werbekampagnen für das Energiesparen wird nicht gegeizt, und sogar das Telefonbuch der Bundespost wird vor einigen Jahren mit einer mehrseitigen entsprechenden Werbung verziert. Im Fernsehen gibt es im 3. Programm über eine lange Zeit hinweg jeden Dienstag um 19:00 die Sendung ‚Abschied vom Ofen’, in der in erster Linie über verschiedene Methoden zum Energiesparen und über den Gebrauch erneuerbarer Energieträger berichtet wird.

In der früheren DDR halft dagegen Werbung anscheinend weniger – dort ging man statt dessen mit Kontrollen, Tadeln und Strafen gegen die ‚Volkseigenen Betriebe’ vor, die sich nicht an die genauen Vorschriften des Energieverbrauchs hielten. Im Jahr 1980 z.B. werden rund 200 Sanktionen in einem Gesamtumfang von 4 Mio. Ostmark gegen sündige Betriebe verhängt.

Auch andere Länder setzen Konzepte und Planungen zum Energiesparen um. In Japan müssen die Tankstellen sonntags schließen, Dänemark verfügt über einen autofreien Tag in der Woche, und Tempo-Limits gibt es bereits in den meisten europäischen Staaten.

Ein cleveres Konzept um teuren Tagesstrom für Klimaanlagen zu sparen wird in verschiedenen Bürohochhäusern in New York umgesetzt: Mit billigem Nachtstrom werden hier große Mengen Wasser tiefgefroren, deren Kälte mittels eines Röhrensystems dann tagsüber im gesamten Gebäude verteilt wird.

Eine Methode des Stromsparens bei den Pumpwerken der Wasserversorger ist ebenfalls interessant. Zur Druckminderung werden in Trinkwasserleitungen oftmals spezielle Armaturen eingebaut. Ersetzt man diese durch Kreiselpumpen, die rückwärts laufen und einen Generator antreiben, dann läßt sich überschüssige Druckenergie in elektrischen Strom umwandeln. Die Idee geht auf den Ingenieur Klaus Mikus bei den Wasserwerken der Stadt Stuttgart zurück, wo auch die topographischen Voraussetzungen für eine Umsetzung gegeben waren. Bereits 1981 wird eine erste Wiedergewinnungs-Pumpe installiert, und auch bei der Bodensee-Wasserversorgung (BWV) bewähren sich alsbald 14 solcher Anlagen.

Seit der Einführung der Ökosteuer am 01.04.1999 ist der Spritkonsum zwischen 2000 und 2003 in vier aufeinanderfolgenden Jahren gesunken. Gleichzeitig stieg die Zahl der Fahrgäste in öffentlichen Verkehrsmittel in fünf aufeinanderfolgenden Jahren von 1999 – 2003.

Auch im Haushalt gibt es eine sehr einfache Möglichkeit, den Energieverbrauch zu senken, denn allein der Standby-Betrieb frißt inzwischen 16% (!) des Gesamtstromverbrauchs (Stand 2005; 1998 waren es laut dem UBA erst 11 %), dabei ist es sehr leicht diesen Verbrauch einzudämmen – z.B. mit einer Schalter-Stromleiste, mit deren einem Schalter die gesamte Medienwand oder (wie in meinem Fall) der komplette Computerarbeitsplatz abgeschaltet werden kann. Inzwischen gibt es aber auch intelligente Steuerungen, die bei unnötigem Verbrauch entweder warnen oder sogar selbsttätig eingreifen und beispielsweise in einem Raum die Heizung sofort herunterdrehen, wenn dort ein Fenster geöffnet wird.

Eine Studie des Fraunhofer ISI Instituts ermittelt einen Stromverbrauch in den Haushalten durch so genannten Leerlauf – und Standby-Verluste in Höhe von etwa 240 kWh pro Jahr und Person, und das sind  tatsächlich rund 16 % des Gesamtstromverbrauchs im Haushalt. Nach Berechnungen des Umweltbundesamtes summieren sich die Leerlaufverluste in Deutschland auf jährlich mindestens 3,5 Mrd. €!

Das Bundesumweltamt und die Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) starten zwei Kampagnen, um auf die Verluste durch Standby-Betrieb (‚Aktion No-Energy’) und auf das große Einsparpotential durch  eine intelligentere Nutzung von Haushaltsgeräten aufmerksam zu machen.

2002 ruft die Deutsche Energie-Agentur die bundesweite Kampagne ‚Effiziente Stromnutzung in privaten Haushalten’ unter dem Markennamen ‚Initiative EnergieEffizienz’ ins Leben. Beteiligt sind die großen Unternehmen der Energiewirtschaft: EnBW Energie Baden-Württemberg AG, E.ON AG, RWE AG und Vattenfall Europe AG. Gefördert wird die Initiative durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie.

Bei bereits angeschafften Geräten senkt bewußtes Nutzerverhalten den Verbrauch erheblich. Beispielsweise muß es im Kühlschrank nicht kälter als 7°C sein, ein 60° Waschprogramm bringt gegenüber dem 95° Programm 30 % Energieeinsparung, und das Kochen mit Deckel spart rund 20 % Energie. Beim Heizen bringt Energiesparen am meisten, denn etwa 70 % der im Haushalt verbrauchten Energie fließt ins Heizen, während jedes Grad Raumtemperatur weniger ca. 6% Heizkosten einspart.

Für manchen klingt dies vielleicht nach lustfeindlicher Gängelei zur Sparsamkeit, doch was für den Einzelnen nur zu Einsparungen von einigen hundert Kilowattstunden führt, bringt in der Summe eine ganze Menge: Angenommen die Privathaushalte in Deutschland senken durch ein bewußtes Nutzerverhalten ihren Energiehunger nur um bescheidene 10 %, dann würde dies zu Einsparungen von 113.000 kWh pro Jahr führen – und dies wiederum würde umgerechnet 16 Kernkraftwerke überflüssig machen (!) – ohne Komfortverlust und weitestgehend sogar ohne Investitionen.

Im Juli 2006 legt der in Hamburg beheimatete Bundesdeutsche Arbeitskreis für Umweltbewußtes Management (BAUM e.V.) ein Konzept vor, dem zufolge sich für ganz Deutschland ein Einsparpotential von bis zu 200 Mrd. € ergibt, falls die Regeln des umweltbewußten Management befolgt werden. BAUM plant, in den folgenden fünf Jahren rund 100.000 Betriebe zu beraten, da dort bei den Energiekosten Einsparungen von bis zu 50 % möglich sind. Begleitet wird die Mittelstandsoffensive durch eine PR-Kampagne, durch welche die Mitarbeiter dieser Betriebe auch für Sparmöglichkeiten in der eigenen Wohnung sensibilisiert werden sollen, damit sich der Einspareffekt potenziert.

Wir dürfen allerdings nicht vergessen, daß dies alles nur passive Maßnahmen sind, die lediglich den Verbrauch drosseln – was ja in keiner Weise schlecht ist –, aber die den Energieproduktionssystemen ihre niedrigen Nutzungsgrade belassen. Das Grundproblem einer sauberen Energieerzeugung – die eigentliche Lösung – wird dabei überhaupt nicht berührt. Außerdem ist es purer Hohn, wenn die Bürger von allen Seiten mit Sparappellen bombardiert und ggf. sogar für Vergeudung zur Verantwortung gezogen werden – während sie andererseits nicht vor energievergeudenden Produkten geschützt werden, wobei deren Produzenten nicht dafür belangt werden. Wie Recht hat da ein Zeitschriftenartikel der 'Zeit' vom 09.01.1981 mit der Überschrift ‚Zur Energieverschwendung gezwungen’:

„Wo bekommt man z.B. noch einzeln abgezählte Gardinenrollen – und nicht gleich 100 Stück in aufwendig und energievergeudend hergestellten bunt bedruckten Karton- und Plastikverpackungen?

Die Kunststoffhülle bedeutet Erdöl, einmal als Ausgangsmaterial für die PVC-Herstellung, zum anderen als Energie für den Verarbeitungsprozeß. Die Pappe bedeutet Holz aus schrumpfenden Wäldern und Maschinenkraft zum Drucken, Stanzen, Schneiden und Kleben. Zur Verpackung geworden schafft beides ein vielfach größeres Volumen und verlangt infolgedessen mehr Transportkapazität, also auch Treibstoff für Förderbänder und Fahrzeuge. In Hausmüll verwandelt brauchen die Reste dann noch einmal Energie für Abfuhr und Lagerung.

Die ungenutzten sowie die weggeworfenen Gegenstände haben im Laufe ihres Lebens Energie kumuliert, die nun bis auf ein paar Prozent unwiederbringlich dahin ist.“


Fatih Birol, Chef-Volkswirt der Internationalen Energieagentur in Paris, meint Ende 2007, daß China, würde es für seine im Lande hergestellten Kühlschränke und Klimageräte die in Westeuropa üblichen Effizienzstandards durchsetzen, ab 2015 etwa die Stromproduktion des Drei-Schluchten-Staudamms einsparen könnte.

Sommerzeit


Die Idee für eine spezielle, energiesparende Sommerzeit hatte Benjamin Franklin schon 1783, doch es dauerte fast 150 Jahre, bis die Engländer 1925 als erste die Sommerzeit tatsächlich einführten, um das Tageslicht besser ausnutzen zu können. 2007 wird sie in 76 Staaten angewandt und beeinflußt damit rund 1,6 Mrd. Menschen.

Das Experiment mit der Sommerzeit in der Bundesrepublik (EG-Anpassung), das vom 06.04.1980 bis zum 28.09.1980 stattfindet, zeigt wie wenig exakt Sparprognosen sind: Obwohl nur eine minimale Einsparung anvisiert ist (etwa 0,15 bis 0,60 %), lassen sich später noch nicht einmal diese ge­ringen Zahlen aus den Verbrauchsbilanzen der Elektrizitätswerke herauslesen. Trotzdem wird 1980 auch in Deutschland die Mitteleuropäische Sommerzeit (MESZ) eingeführt, wodurch am letzten Sonntag im März den Deutschen eine Stunde abgezwackt – und am letzten Sonntag im Oktober wieder zurückgegeben wird.

Als die Vereinigung Deutscher Elektrizitätswerke (VDEW) ihre Mitglieder im Jahr 1994 befragt, können diese keine konkreten Einspargrößen beim Strom ermitteln.

Im Jahr 2004 ergibt eine Forsa-Umfrage, daß nur noch 53 % der Deutschen die Zeitumstellung für sinnvoll halten – während bei einer Umfrage des Meinungsforschungsinstituts TNS Forschung 2006 bereits 54 % der Bürger eine ganzjährige Sommerzeit bevorzugen. Auf Anfrage der FDP-Fraktion bestätigt die Bundesregierung im Mai 2005, daß die erwünschte Energieeinsparung in Deutschland nicht erreicht werden konnte.

Auch Umweltbundesamt-Präsident Andreas Troge läßt im Oktober 2007 verlauten, „durch das Vor- und Zurückstellen der Uhren wird keine Energie eingespart.“ Möglicherweise wird statt dessen die innere Uhr des Menschen durcheinander gebracht, wie es eine ebenfalls 2007 veröffentlichte Studie von Chronobiologen der Münchener Ludwig-Maximilians-Universität nahe legt. Gemeinsam mit niederländischen Wissenschaftlern werden dabei die Schlafmuster von 55.000 Menschen in ganz Mitteleuropa untersucht.

Ende 2007 will die EU einen Bericht über die Auswirkungen der Sommerzeit vorlegen. Die nicht vorhandenen ökonomischen Vorteile und der bürokratische Aufwand könnten die Sommerzeit tatsächlich bald kippen.

In den USA wird 2005 beschlossen, daß die Daylight Saving Time (DST) ab 2007 um vier Wochen verlängert wird, obwohl bekannt ist, daß die abendlichen Einsparungen durch dunklere und kältere Morgen restlos wieder aufgezehrt werden. Die aufgrund von Simulationen erwartete Stromeinsparung (0,6 bis 3,5 %) wird laut einer Studie der University of California, Berkeley, nicht erreicht. Es wird sogar ein Verbrauchsanstieg festgestellt (im Jahresdurchschnitt 1 %, mit Peak im Herbst von 3 – 4 %), was alleine im untersuchten Bundesstaat Indiana, wo der Verbrauch von 7 Mio. Haushalten drei Jahre lang beobachtet wird, für zusätzliche Energiekosten von jährlich knapp 9 Mio. $ sorgt. Der Studie zufolge kann dieser Mehrverbrauch in anderen Staaten und Ländern noch größer ausfallen.

Daß sich die Einsparungen durch den Mehrverbrauch letztlich zumindest ausgleichen bestätigt auch eine Anfang 2008 veröffentlichte Untersuchung von Wissenschaftlern der University of Washington in Seattle, welche die Energieverbrauchsdaten im Umfeld der Olympischen Spiele 2000 in Sydney analysiert haben, als in Victoria die Sommerzeit verlängert wurde, in South Australia jedoch nicht.

Im Oktober 2008 finden schwedische Mediziner am Karolinska Institute und dem National Board of Health and Welfare heraus, daß die Anzahl von tödlichen Herzattacken ebenso wie die von allgemeinen Krankenhauseinweisungen am Tag nach einer Zeitumstellung um 5 – 10 % zunimmt.

Wirtschaftlich sinnvoll ist auch die Reduzierung der nächtlichen Lichtemission insgesamt. Nicht nur Astronomen beklagen sich über den zunehmenden Licht-Smog durch unsinnige Straßenbeleuchtungen und Lichtreklamen. Die ersten Maßnahmen werden bereits vor rund 50 Jahren in Flagstaff, Arizona, veranlaßt, um die Arbeit des Lowell-Observatoriums nicht weiter zu beeinträchtigen. 2001 wird Flagstaff von der International Dark-Sky Association zur weltweit ersten ‚Stadt des dunklen Himmels’ erklärt.

Inzwischen ist man auch in anderen Ländern darum bemüht, die Lichtverschmutzung unter Kontrolle zu bekommen. Immer mehr Städte verpflichten sich dazu, sogar ganze Staaten wie die Tschechische Republik. In Deutschland kann man sich inhaltlich über das Portal lichtverschmutzung.de weiter informieren.

Ein Umsetzungsmodell hierfür bildet das Konzept des US-Designkollektives Civil Twilight, das 2007 den Preis des Metropolis-Magazins gewinnt: Bei der Straßenbeleuchtung namens ,Lunar-resonant streetlights’ werden die Lampen mit Lichtsensoren ausgestattet, die sie mit zunehmendem Mondlicht immer weiter dimmen und sie in den Vollmondtagen sogar vollständig ausschalten.

Light Way

Light Way

Im Kleinen bringt das System ,Light Way’ genau da Licht ins Dunkel, wo es grade gebraucht wird. Auch bei dieser Designidee aus dem Jahr 2008 wird die Helligkeit der Bodenbeleuchtung mittels Nahfeldsensoren gesteuert. Das Licht, das über optische Leitungen aus Fiberglas von einer zentralen Lichtquelle aus verteilt wird, ist normalerweise auf eine dunkle Stufe gedimmt und leuchtet erst auf, wenn in unmittelbarer Nähe Bewegungen erfaßt werden.

Ende 2008 starten US-Wissenschaftler eine neue Kampagne unter dem Namen Dark Skies Awarness, bei der im Rahmen des Internationalen Jahres der Astronomie 2009 für eine Reduzierung der Lichtverschmutzung geworben werden soll.

In Deutschland wird mit dem Inkrafttreten des Verbots alter Quecksilberdampflampen im Jahr 2011 fast jede dritte Leuchte von Deutschlands Straßen verschwinden. Über neue, energiesparende Beleuchtungsmethoden berichte ich anschließend, weiter unten wird aber auch das Thema der ‚Glühlampenverbote’ allgemein behandelt.

Wärmeeinsparung


Das Einsparen von Wärmeenergie behandle ich im Kapitel ‚Wärmeenergie’ – und dort unter dem Oberbegriff ‚Bessere Wärmeausnutzung’.

Energiesparende Produkte im Bauwesen wie die Trombe-Wand oder Isolationsgläser werden im Kapitel Solarenergie – und dort unter dem Oberbegriff ‚Solarhäuser und solare Bauelemente’ vorgestellt.

Energiesparlampen

 

„Licht ist niemals einfach nur Helligkeit.“

Max Keller *


* Chefbeleuchter und Lichtgestalter an den Münchner Kammerspielen


Hinweis:
In diesem Kapitel geht es nicht darum, wie die alternativen Lichtquellen im Einzelnen genau funktionieren - denn darüber gibt es genügend verfügbare, fachkundige Literatur. Hier soll vielmehr die Entwicklung der letzen Jahre beschrieben, die dahiner stehenden Ideengeber und Firmen genannt, sowie die tatsächliche Umsetzung dokumeniert werden.


Energiesparlampen
(auch Kompaktleuchtstofflampen genannt), die für die gleiche Lichtausbeute merklich weniger elektrischen Strom ‚verbraten’ als konventionelle Glühlampen, sind inzwischen schon seit Jahren auf dem Markt. Bevor ich mich mit der aktuellen Situation beschäftige lohnt es sich jedoch einen kurzen Blick auf die Entwicklung des elektrischen Lichts zu werfen.

Der heute meist aus Wolfram bestehende ‚glühende Kohlefaden im Glase’, den Thomas Alva Edison nach vierzig Jahren voller Experimente 1879 der Öffentlichkeit vorstellte, gilt bis heute als Emitter des ‚gemütlichsten’ Lichtes – während die modernen Leuchtstoffröhren (o. Gasentladungslampen) eher mit Büros und Industriebetrieben assoziiert werden, obwohl sie immerhin bis zu 45 % der Energie in Licht umwandeln. Wolfram setzt sich übrigens durch, weil es mit 3.340°C den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle hat.

Edisons Patent

Edisons Patent

Über die psychischen Auswirkungen unterschiedlicher Lichtarten und -farben gibt es inzwischen so viel Material, daß ich hier auf einen Exkurs dazu verzichten möchte.

Beginnen tut das Ganze jedenfalls mit einem Vortrag von Sir Humphry Davy vor der Royal Society in London 1808, der in dessen Verlauf erstmals öffentlich eine elektrische Bogenlampe zündet. Ab diesem Moment beginnen sich weltweit Forscher damit zu beschäftigen, Elektrizität in Licht zu verwandeln.

Es scheint auch, daß gar nicht Edison der eigentliche Erfinder der Glühlampe war, sondern der Schotte James B. Lindsay, der bereits 1835 ein elektrisches Leuchtmittel nach dem Glühbirnen-Prinzip öffentlich vorführte – oder der nach Amerika ausgewanderte deutsche Uhrmacher Heinrich Goebel, der verkohlte Bambusfasern in einer leeren Kölnisch-Wasser-Flasche verwendete, es aber nicht schaffte seine Glühbirne zu einem ‚Produkt’ weiterzuentwickeln (und von dem nicht klar ist, ob er die Birne wirklich 1854 erfand oder schlichtweg imitierte) – oder der britische Chemiker Joseph Wilson Swann, der 1860 einen Kohlefaden entwickelte und 1878 sogar eine hermetisch geschlossene Glaskugel präsentierte. Er schaffte es sogar seine Lampe patentieren zu lassen – und dies ein Jahr bevor Edison seine Behauptung aufstellte. Oder waren es der Medizinstudent und Elektriker Henry Woodward sowie sein Freund Mathew Evans aus Toronto, die ihren mit Stickstoff befüllten Glaskolben 1873 zum Aufleuchten bringen und 1876 patentieren lassen? Edison soll dieses Patent dann für 5.000 $ gekauft haben.

Letzterer sorgte jedenfalls mit zwei Erfindungen für die Massenproduktion der Glühlampe: dem bis heute als Edisonfassung bekannten standardisierten Schraubgewinde und dem 1880 patentierten Kohlefaser-Glühfaden, der erstmals längere Leuchtzeiten möglich machte. Um seinen Zeitgenossen die Angst vor der Elektrizität zu nehmen veranstaltet Edison 1879 im Laborgarten von Menlo Park eine Gala-Show mit 425 Glühlampen, illuminiert 1881 das Dampfschiff Columbia auf seiner Jungfernfahrt von New York nach San Francisco, beleuchtet im gleichen Jahr die Pariser Industrieausstellung und ordnet am 31.10.1884 ‚Edisons Lichtparade’ an, bei der 250 Arbeiter der New Yorker Elektrizitätswerke Helme mit aufgeschraubten Glühlampen tragen – und gleichzeitig auch die stromführenden Kabel, die zu einem von Pferden gezogenen Großakkumulator führen.

Werner von Siemens gründet seine erste Glühlampenfabrik 1881, im selben Jahr beleuchtet das neue Licht erstmals den alten Bahnhof von Straßburg, 1888 wird in Berlin die Prachtstraße ‚Unter den Linden’ elektrisch beleuchtet, und um die Jahrhundertwende gibt es bereits drei Werke, die diese Lampen herstellen, darunter auch die Deutsche Edison-Gesellschaft von Emil Rathenau, aus der später die Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft (AEG) hervorgeht. 1911 formieren sich die drei Gesellschaften zu einem Konzern, der Osram GmbH Kommanditgesellschaft Berlin (wobei sich der Name Osram aus den Elementen Osmium und Wolfram zusammensetzt, aus denen die schwer schmelzbaren Glühfäden hergestellt werden). Und während 1945 erst 25 verschiedene Lampentypen hergestellt werden, sind es 1978 bereits 2.500 Modelle.


Livermore Glühlampe

2008 sehe ich in den Blogs einen Clip über die am längsten ununterbrochen leuchtende Glühbirne der Welt – sie ist seit 106 Jahren in Betrieb, seit 1973 im Guinness Buch der Weltrekorde registriert und hängt in einer Feuerwache in Livermore, Kalifornien.

Die sogenannten Neon-Röhren, bei denen die Leuchtstoffe durch ultraviolette Strahlen zum Aufleuchten gebracht werden, stellt Osram erstmals 1936 vor, obwohl bereits 1911 ein Autohändler in Los Angeles die Silhouette eines Autos als Werbung einsetzt hat. Ursprünglich erfunden wurde die Leuchtstoffröhren von dem deutschen Physiker Heinrich Geißler in den 1850er Jahren. Die hier abgebildete spezielle Geißler-Röhre wurde 1887 im Schnellseher (Tachyscope von Ottmar Anschütz) als Beleuchtungsquelle eingebaut. Der Schnellseher war einer der ersten Cinematografen mit dem bewegte Bilder gezeigt werden konnten.

Die Farben werden durch den Zusatz von Argon (Violett), Xenon (Blau-weiß) und einer Mischung aus Argon und Krypton (Purpur) erzeugt. Die Quecksilber-Dampflampe, welche blaugrünes Licht ausstrahlt, wird 1901 von Peter Cooper-Hewitt erfunden. 1926 erhöht Edmund Germer den Druck innerhalb der Röhre, die er zuvor mit einem Leuchtstoff beschichtet hat, um ultraviolette Strahlung in sichtbares Licht umzuwandeln.

In den 1970er und 1980er Jahren wird dann intensiv an neuen Beleuchtungsarten geforscht, obwohl nur knapp 4 % des weltweiten Energieverbrauchs für Beleuchtungszwecke verwendet wird. Doch allein am Beispiel einer einzigen Stadt wie Hamburg, die 1976 fast 10 Mio. DM ausschließlich für die Straßenbeleuchtung und das Licht der Verkehrsampeln ausgibt, läßt sich leicht abschätzen, daß hier wirtschaftlich interessante Einsparpotentiale vorliegen. Die Beleuchtung von Straßen, Plätzen und Brücken macht immerhin 10 % des gesamten Stromverbrauchs in Deutschland aus, was den Staat 760 Mio. € pro Jahr kostet (Stand 2007).

Offiziell gilt Ed Hammer bei General Electric als der Erfinder der Kompaktleuchtstofflampe (1976).

Im gleichen Jahr 1976 gibt die US-Energieforschungsbehörde ERDA die Entwicklung einer fluoreszierenden Lampe bekannt, die bis zu 70 % Strom spart, einer normalen 100 W Glühbirne ähnelt und eine geschätzte Lebensdauer von 10 Jahren hat. Die Idee, Quecksilberdampf durch magnetische Induktion zum Leuchten zu bringen, geht auf den Physiker Donald Hollister zurück, der damit bei den Elektrokonzernen stets abgeblitzt war. Mit einem 344.000 $ Zuschuß unterstützt die ERDA diese Entwicklung, mit der Herstellung wird die Lightning Technology Corp. in Fullerton, Kalifornien, beauftragt. Bis diese Technik auch in Europa produziert wird, dauert es allerdings noch bis 1991 (s.u.).

1976 gelingt es dem Philips-Forschungslabor experimentelle Leuchtstofflampe mit einem hohen Wirkungsgrad und um zwei Drittel reduziertem Stromverbrauch herzustellen, indem Glaswolle sehr dünn in der Lampe verteilt wird. Und ab 1980 arbeitet das Unternehmen an der Markteinführung von Leuchtstofflampen, die sich aber wie konventionelle Glühbirnen in normale Lampenfassungen einschrauben lasen. Diese ‚Sparbirne’ hat bei gleicher Lichtausbeute wie eine 100 W Glühlampe nur einen Verbrauch von 40 W – ihre Lebensdauer liegt drei mal so hoch wie die üblicher Produkte.

Halarc-Lampe

Halarc-Lampe

1980 bringt Philips mit der ‚SL* Lampe’ die erste kompakte schmalröhrige Leuchtstofflampe auf den Markt, auf der Hannover-Messe 1981 werden erstmals seltsame, ringförmige Sparlampen vorgestellt, und ein Jahr später beginnt Philips seine Anzeigenkampagne für „Die unglaubliche Glühbirne. Nur ¼ Stromverbrauch. 5 fache Lebensdauer.“ Das Gewicht erschien auf der Anzeige nicht – aufgrund der Dicke des Glases ist es mehr als beachtlich.

Die erste Energiesparlampe mit in den Sockel integriertem elektronischem Vorschaltgerät (EVG) und Startelektronik bringt 1985 Osram auf den Markt.

In den Folgejahren verbreiten sich die Sparlampen nur langsam, sie sind häufig noch zu teuer, ihr Licht wird selten als angenehm empfunden und ihre Formen sind ungewohnt. Osram z.B. bietet ‚Dulux’ Lampen an, deren Quarzglasrohre um 180° abgeknickt sind.

Auch auf den Markt kommt eine achteckige ‚Halarc’-Lampe von General Electric, ein Hochdruck-Gasentladungs-Leuchtkörper der auf dem alten Prinzip des Lichtbogens beruht, der wiederum in einem mit Edelgas gefüllten Quarzbehälter chemische Reaktionen auslöst, die Temperaturen bis 6.000°C erreichen. Die neue 50 W Lampe sendet so viel Licht aus wie drei herkömmliche 60 W Glühbirnen und wirkt daher zu grell, als daß sie im Wohnbereich einzusetzen wäre. Als Preis werden rund 10 $ genannt.

Bereits 1981 kündigt die amerikanische Firma Duro-Test eine Sparlampe mit 60 % geringerem Verbrauch an, den ‚Mi-T-Watt-Saver’, der nach einem vier Jahre zuvor am MIT entwickelten Prinzip funktioniert: Die Innenseite der Birne ist mit Titaniumdioxid beschichtet, in welches sandwichartig ein hauchdünner Silberfilm eingelassen ist, der die Wärme reflektiert und so für eine maximale Energieausbeute sorgt.

1986 meldet das US-Unternehmen Diolight in Pontiac, Michigan, die Entwicklung einer ‚ewigen Glühlampe’ mit immerhin 80.000 Stunden Brenndauer. Die nur über den Versandhandel angebotene Lampe kostet 7 $, sieht aus wie eine etwas aufgeblasene konventionelle Glühlampe – leistet aber bei gleichem Wattverbrauch um 30 % weniger.

Die o.g. Technologie der Innenbeschichtung wird 1989 in Deutschland bei Osram in München weiter verfolgt (und in der Presse als ‚neue Perspektive’ verkündet). Hier erzielt man im Labor bereits eine Leistungssteigerung um 40 % – allerdings auf einer äußerst komplizierte Art und Weise: Insgesamt 27 Schichten aus Siliziumoxid und Tantalpentoxid müssen im Wechsel auf den Glaskolben aufgetragen werden. Natürlich sind die Produktionskosten für eine Serienreife noch viel zu hoch – und die Gehälter der Mitarbeiter in den Forschungslabors für ein paar weitere Jahre gesichert... ;-)

Eine Lampenvariante, die sich dagegen relativ schnell durchsetzen kann, ist die Halogenlampe, wie sie bei Kraftfahrzeugen schon seit langem eingesetzt wird. Heutzutage sind die 12- oder 24-Volt Systeme genauso verbreitet, wie mit Dimmern versehene Strahler und Deckenfluter bis 500 W oder mehr. Allerdings sind diese Lampen nicht besonders energiesparend. Während die konventionelle Glühbirne eine Lichtausbeute von 15 Lumen pro Watt erreicht, bringen Halogenlampen rund 20 lm/W und Leuchtstoffröhren 75 – 100 lm/W. Als effizienteste Lichtquellen gelten Natriumdampf-Niederdrucklampen mit 200 lm/W.

Ende der 1980er und Anfang der 1990er Jahre kommen die ersten jener Lampen auf den Markt, wie sie auch heute noch verkauft werden. Wegbereiter für diese Fluoreszenz-Lampen ist das niederländische Unternehmen Philips. Allerdings kostet eine 11 W Lampe, die eine konventionelle 60 W Glühbirne ersetzen kann, noch 40 DM. Als Lebensdauer werden 8.000 Stunden angegeben, die Lichtausbeute beträgt etwa 65 lm/W. Ökologen melden trotzdem Bedenken an, da die nach dem Prinzip der Leuchtstoffröhren funktionierenden Lampen Spuren von Quecksilber enthalten und damit zum Sondermüll zählen.

Zwischen 1988 und 1993 steigt der Absatz zwar jährlich um etwa 33 %, dennoch werden z.B. 1992 gegenüber 160 Mio. Energiesparlampen noch immer 9 Mrd. konventionelle Glühlampen verkauft. 1994 wird im Rahmen von Energiespar-Tips folgende Rechnung in DM aufgestellt:

Energiekosten Glühbirne 100 W

299,-

Energiekosten Sparlampe 20 W

60,-

= Ersparnis

239,-

8 x Anschaffungskosten Glühbirne

12,-

Anschaffungskosten Sparlampe

35,-

= Gesamtersparnis

216,-

Im gleichen Jahr bringt Panasonic die ‚kleinste und leichteste’ Energiesparlampe auf den Markt, die nur 96 g wiegt, 80 % Strom spart und eine zwölfmal längere Lebensdauer hat.

1991 stellt Philips eine Induktions-Lampe vor, die in ihrer Form der konventionellen Glühlampe nachempfunden ist, jedoch auf einer völlig anderen Technik basiert (In Japan war eine ähnliche Lampe bereits 1980 unter dem Namen Everlight eingeführt worden). Anstelle des Glühwendels tritt hier eine Antenne: ein Ferritstab mit zwei Drahtspulen. Zwischen Steckdose und Lampe befindet sich ein elektronisches Speisegerät, das einen hochfrequenten Wechselstrom von 2,56 Mhz erzeugt. Sobald das starke elektromagnetische Signal von dem Ferritstab gesendet wird, beginnt das quecksilberdampfhaltige Gas, mit dem der Lampenkolben gefüllt ist, ultraviolettes Licht zu emittieren. Dieses wird dann – wie bei Leuchtstoffröhren – durch einen innenwandig aufgetragenen Leuchtstoff in flimmerfreies sichtbares Licht verwandelt. Als Lebensdauer der sogenannten QL-Lampe werden 60.000 Stunden prognostiziert, was gut sechzigmal länger ist als die Lebensdauer von Glühlampen. Bei der Lichtausbeute übertrifft die Induktions-Lampe mit 65 Lumen pro Watt sowohl die konventionelle Glühbirne als auch Halogenlampen, liegt allerdings etwas unterhalb der Ausbeute von Leuchtstoffröhren. Der Preis einer QL-Lampe, die nur von einem Fachmann installiert werden kann, wird anfänglich auf 300 – 400 DM festgesetzt! Auf den deutschen Markt kommt das QL-System allerdings erst 1999 – in einer mehr verbrauchergerechten Form.

1992 wird in den USA eine Lampe präsentiert, die eine Lebensdauer bis zu 20.000 Stunden hat, was bei normaler Benutzung etwa 20 Jahren entspricht. Zur Markteinführung der von Intersource Technologies und American Electric Power Co. für 6,5 Mio. $ entwickelten ‚Super-Sparlampe’ soll der Stückpreis zwischen 10 und 20 $ betragen.

Bereits 1994 gehen in Philadelphia an 27 Kreuzungen neue Rotlichtampeln in Betrieb, bei denen strahlkräftige Leuchtdioden die bisherigen Glühlampen ersetzen. Pro Ampel wird mit einer jährlichen Stromersparnis von 25 bis 50 $ gerechnet. Bei zufriedenstellendem Betrieb will man alle 28.000 Verkehrsampeln umrüsten – und damit pro Jahr 1 Mio. $ sparen. Über die Entwicklung der LEDs berichte ich unten noch ausführlich.

1995 haben in Deutschland noch immer 85 % aller Haushalte keine einzige Energiesparlampe.

1997 werden bei einem Modellvergleich schon 11 Hersteller und fast 50 verschiedene Modelle angeführt. Einige werben bereits mit einer Lebensdauer von 12.000 Stunden; die Preise liegen zwischen 9,- und 48,- DM. Als die Stiftung Warentest 1998 das Zwischenergebnis eines Haltbarkeitstests publiziert, hatten allerdings die ersten (Billig-)Lampen schon nach weniger als 1.300 Stunden ihren Geist aufgegeben.


Kompakte
Floureszenzlampe

Die Stiftung Warentest untersucht ein weiteres mal im Mai 2003 verschiedene Energiesparlampen, um die langlebigsten und damit preiswertesten herauszufinden: Die 11 W Lampen von Radium, Osram (seit 1978 im Besitz von Siemens) und GE brannten bis Testende 14.000 Stunden und erhielten das Prädikat ‚Sehr gut’.

An dieser Stelle sei auch darauf hingewiesen, daß das Thema Lebensdauer eigentlich einen eigenen Exkurs verdient. Nach der Wende wurde z.B. bekannt, daß die industriell vereinbarte Lebensdauer (!) von im Osten hergestellten Glühlampen wesentlich länger war als die der im Westen produzierten. Helmut Höge, ein Freund und TAZ-Autor, recherchiert monatelang um herauszufinden, seit wann es diese internationalen Absprachen schon gibt (Blog-Bericht). Bekannt war zu diesem Zeitpunkt allerdings schon, daß es ein sogenanntes Glühlampenkartell gibt, dem Firmen wie Osram/Siemens und General Electrics angehören, das festgelegt hatte, daß Standardlampen nicht länger als 1.000 Stunden brennen sollten. Als 1979 der deutsche Erfinder Dieter Binninger seine ‚Ewigkeitsglühlampe’ präsentierte, die es immerhin auf 150.000 Stunden Brenndauer brachte, torpedierten ihn die Konzerne mit Hilfe von Anwälten und verhinderten eine Umsetzung der Innovation.

Eine Verlängerung der Lebensdauer um ein vielfaches verspricht der ‚Bulbsaver’ von microcel, der die elektrische Spannung der Stromzufuhr reduziert und Leistungsspitzen kappt, und der erstmals 1993 auf den Markt kommt. Später gibt es noch weitere Adapter mit ähnlicher Funktion, die der Idee des Energiesparens an sich jedoch kaum Vorschub leisten, da die länger lebenden ineffizienten Glühlampen dann ja auch länger ineffizient Strom verbrauchen.

Mit sinkendem Preis verbreitet sich der Gebrauch von Energiesparlampen, gleichzeitig wird die Massenproduktion von zunehmend mehr Firmen gestartet, immer mehr unterschiedliche Modelle und Größen kommen auf den Markt. Und auch neue Ideen werden mit den neuen Lampen assoziiert – was allerdings noch sehr fraglich ist...

In Deutschland schreibt das ‚Elektro- und Elektronikgerätegesetz (ElektroG)’ seit dem 24.03.2006 ausdrücklich vor, daß Gasentladungs- bzw. Leuchtstofflampen nicht mehr über den normalen Haushaltsmüll entsorgt werden dürfen, da sie 4 – 8 mg Quecksilber enthalten.

Ende 2006 veröffentlicht die Stiftung Warentest die von ihr im Laufe der letzten Jahre durchgeführten Untersuchung von 27 verschiedenen Energiesparlampen mit den Schraubsockeln E27 und E14 für normale Lampenfassungen und zu Preisen zwischen 1,50 und 18,20 € (!). Keine einzige erreicht die Einstufung sehr gut.

Im Herbst 2007 gibt die Stadt Rotterdam bekannt, daß sie kostenlos über 600.000 Energiesparlampen an die mehr als 300.000 Haushalte der Stadt verteilen wird, um die CO2-Bilanz zu verbessern. Die Haushalte sollen dadurch außerdem im Laufe von sechs Jahren rund 24 Mio. € einsparen – ein mehrfaches der Projektkosten von 4 Mio. €.

Ebenfalls Ende 2007 veröffentlicht die House of Commons Commission, ein Gremium von britischen Parlamentariern, eine zehnstufige Anleitung, wie vorzugehen ist wenn die Energiesparlampe zu Bruch geht. Sogar die Tagesschau berichtet darüber, da die Gefährdung durch fein zerstäubtes Quecksilber oftmals stark unterschätzt wird: „Dabei werden sowohl die Fragen der notwendigen Ausrüstung (Schutzhandschuhe, Atemschutzmaske, Schachtel aus stabiler Pappe, Klebeband, feuchter Lappen, festes Papier) als auch die unterschiedliche Behandlungsweise von großen und kleinen Scherben exakt festgelegt. Damit von den Glühbirnenfragmenten auch nach deren Entfernung und Einschluß in der Pappschachtel keine Gefahr mehr ausgeht, soll diese exakt beschriftet und persönlich dem zuständigen Entsorgungsspezialisten übergeben werden.“

Entsorgungs-Anleitung

Entsorgungs-Anleitung

Inzwischen steht die Anweisung jedoch wieder zur Revision, da sie trotz allem noch nicht sämtliche möglichen Gefahrenaspekte abdeckt, die von Energiesparlampen ausgehen. Weit detaillierter ist da schon die entsprechende Seite der US-Umweltbehörde.

Die derweil der Siemens AG gehörende Firma Osram entwickelt Halogenlampen, die sich wie Glühlampen in normale Fassungen einschrauben lassen. Die Lebensdauer der Halogen Energy Saver ist mindestens doppelt so lang wie herkömmliche Glühbirnen, außerdem verbrauchen bis zu 30 % weniger Strom. Auch bei Xenonlampen für Autoscheinwerfer ist Osram innovativ. Statt dem Quecksilber, das dem Edelgas Xenon beigemischt wird, wird für die ‚Xenarc Hg-free’ Lampen das ökologisch unbedenkliche Zinkjodid genutzt.

Die neuen, mit 15.000 Stunden besonders langlebigen Energiesparlampen ‚Dulux EL LongLife’, kommen mit weniger als 3 mg Quecksilber je Lampe aus.

Anfang 2008 kommt in den USA unter dem Namen ‚Motionbulb’ die bereits oben erwähnte Kombination von Energiesparlampe und Bewegungsmelder auf den Markt (TV-Werbung, ca. 20 $).

Mitte 2008 veröffentlicht die Health Protection Agency in den USA eine Warnung vor Energiesparlampen, da diese zum Teil einen hohen UV-Anteil abstrahlen, der hautschädigend wirken kann.

Im Oktober 2008 gibt Osram bekannt, daß es alle Haushalte, der durch ihre gleichnamigen Schildkröten weltbekannten Galápagos-Inseln, kostenlos mit Energiesparlampen ausstatten wird. Bei dem Projekt sollen mehr als 25.000 Glühlampen gegen ,Duluxstar’ Lampen ausgetauscht werden. Das Mutter-Unternehmen Siemens geht davon aus, daß die Beleuchtung rund ein Fünftel des weltweiten Stromverbrauchs ausmacht und möchte mit dem Inselprojekt demonstrieren, wie viel Energie mit effizienter Beleuchtung eingespart werden kann.

Zu den rund 20.000 Bewohnern auf den fünf bewohnten der rund 100 Inseln des Galápagos-Archipels kommen jährlich mehr als 80.000 Touristen hinzu, die den Energieverbrauch deutlich in die Höhe treiben. Dabei wird der Strom auf den Inseln zumeist mit wenig effizienten Diesel-Generatoren erzeugt, deren Ausstoß an Kohlendioxid rund 80 % höher als der weltweite Durchschnitt ist. Ich frage mich, ob es nicht sinnvoller gewesen wäre gleich auf erneuerbare Energien umzusteigen, um dieses einzigartige Weltkulturerbe tatsächlich zu schützen?!

Afer-Lite Energiesparlampenaufsatz

After-Lite

Eine Nummer größer ist der Plan Panamas, wo die Regierung ab November des Jahres 6 Mio. Energiesparlampen aus China an die Bürger des Landes verschenkt, um den Energieverbrauch des ganzen Landes zu senken. Bis zu 10 Stück pro Haushalt dürfen es sein. Vorraussetzung ist allerdings, daß die bisherigen Glühbirnen persönlich durch Fachkräfte ausgetauscht werden, die von der Regierung hierzu beauftragt worden sind. Die Kosten der Schenkung werden auf rund 13 Mio. $ beziffert.

Die Zeitschrift Öko-Test läßt 16 Energiesparlampen mit zehn bis zwölf Watt untersuchen. Die Veröffentlichung Ende 2008 sorgt bei den Herstellern für einige Unruhe. Den Ergebnissen zu folge werden die meisten Modelle nur langsam hell und brauchen bis zu fünf Minuten, bevor sie zu 95 % ihrer vollen Helligkeit erreichen. Außerdem sind die Lampen nur bedingt schaltfest, das heißt, oftmaliges Ein- und Ausschalten verkürzt ihre Lebenserwartungso weit, daß sie sogar unter der von Glühlampen liegt!

In den USA kommt eine Energiesparlampe auf den Markt, die auch nach ihrem ausschalten grünlich weiterleuchtet. Das Modell ‚After-Lite’ von American Environmental Products besitzt eine Kappe, in welcher sich ein auf Phosphor beruhendes photolumineszentes Material befindet (20 $).

General Electric meldet im Dezember 2008, daß man aus der Weiterentwicklung von Glühlampen aussteigt und sich in Zukunft nur noch auf LEDs und OLEDs konzentrieren wird (dazu weiter unten mehr). Ursprünglich hatte man im Februar 2007 eine Hochleistungslampe (high efficiency incandescent, HEI) mit besserer Lichtqualität als die bisherigen Energiesparlampen (compact fluorescents, CFL) angekündigt, die außerdem völlig frei von Quecksilber sein und um 2010 auf den Markt kommen sollte. Die aktuellen Überlegungen der Regierungen von Australien, Kanada und einigen US-Bundesstaaten, die Nutzung von herkömmlichen Lampen zu verbieten, verschieben jedoch die Marktinteressen des Unternehmens. Darüber weiter unten mehr.

Gleichzeitig hält man bei GE an der Form der herkömmlichen Glühbirne fest und bringt mit dem neuen ‚Smart compact fluorescent light’ (CFL) quasi eine ‚Vorspiegelung falscher Tatsachen’ auf den Markt. Statt einem Glühfaden befinden sich innerhalb der Birne miniaturisierte Schaltungen und eine spiralförmige CFL. Mit 15 W Verbrauch erreicht die Lampe die Leuchtkraft einer konventionellen 60 W Birne, die Lebensdauer soll 8.000 Stunden betragen. Weitere Modelle mit 9 W (~ 40 W) und 20 W (~ 75 W) sollen bis Mitte 2009, ein 100 W-Äquivalent dann 2010 angeboten werden. Die Preise werden zwischen 6 und 8 $ liegen.

Im Oktober 2008 testet die Zeitschrift Öko-Test Energiesparlampen und kommt zu einem interessanten Urteil: Energiesparlampen sind demnach weniger sparsam als versprochen und schonen sowohl den Geldbeutel als auch die Umwelt nicht in dem Ausmaß, wie von Seiten der Hersteller behauptet wird. Zudem erzeugen die ‚Öko-Leuchten’ Elektrosmog und haben eine schlechte Lichtqualität.

Öko-Test untersucht 16 verschiedene warmweiße Energiesparlampen nach den Kriterien Helligkeit, Lichtqualität, Haltbarkeit, Energieeffizienz, Elektrosmog und Material. Das enttäuschende Ergebnis spart bei keinem der Punkte an Kritik: Nur vier Modelle könnten es in punkto Helligkeit mit einer 60-Watt-Glühbirne aufnehmen, wegen der schlechten Lichtqualität seien Energiesparlampen ein biologischer Risikofaktor und die Haltbarkeit sei trotz höherer Angaben nicht zufriedenstellend.

Die Stiftung Warentest veröffentlicht im Januarheft 2009 ebenfalls einen Test zum Thema Energiesparlampen, der die Hersteller allerdings etwas weniger beunruhigt... während die Preise derweil immer weiter runter gehen: No-name Produkte gibt es bereits ab 2 € (2-Rohr-Modell E-14/7 W bis E-27/15 W) bzw. um 3,50 € (Kerzenform E-14/7 o. 11 W über Birnenform E-27/11 o. 15 W bis Reflektor E-14 R50/7 W).

Weitere Anmerkungen zur Problematik von Energiesparlampen sind weiter unten im Absatz über die Glühlampenverbote aufgeführt.

LED


Eine sehr wichtige Entwicklung bedeutet die in den 1960ern erfundene LED (Light Emitting Diode), deren Lichtausbeute sich im Laufe weniger Jahrzehnte und innerhalb mehrerer Sprünge um vier Größenordnungen steigert, und die durch den Einsatz von Galliumnitrid (statt Siliziumcarbid) auch an Qualität und Effektivität sehr gewinnt.

Diese Lichtquellen sind klein wie ein Staubkorn, verbrauchen bei gleicher Lichtleistung rund ein Fünftel des Stroms herkömmlicher Glühlampen und halten bis zu 50 Mal länger, wenn sie nicht überhitzt werden. Zudem sind sie, anders als die sonst üblichen Energiesparlampen, quecksilberfrei. Inzwischen blinken sie uns – zumeist in grün oder rot – überall an.

Pink Floyd beispielsweise statten eine CD-Hülle mit einer LED aus, die den Käufer mit einem Lichtblitz alle paar Sekunden an die Existenz dieser CD erinnern soll... (Leser Denis Polyakov beantwortet freundlicherweise meine hier zuerst gestellte Frage, um welches Album es sich dabei handelt: P.U.L.S.E. - und die LED würde, wie der Name schon sagt, mit der Pulsfrequenz eines Menschen blinken. Danke!)

Weiße LEDs

Weiße LEDs

Auch bei dieser Technologie gilt es einen genaueren Blick auf die Geschichte zu werfen, denn vermutlich stimmt es nicht, daß - wie häufig berichtet - die LED um 1962 und maßgeblich von vier Gruppen in den USA entwickelt worden ist.

Der russische Radiotechniker Oleg Vladimirovich Losev hatte nämlich schon 40 Jahre zuvor ein entsprechendes Patent beantragt – und sogar Einstein um Hilfe angeschrieben... ohne jedoch eine Antwort zu bekommen. Mitte der 1920er Jahre war es Losev aufgefallen, daß mit Strom durchflossene Dioden manchmal Licht emittieren und 1927, dem Jahr des Patentantrags, berichtet er bereits darüber in einem russischen Magazin, später auch in deutschen und britischen Publikationen. Doch bevor es zu jeglicher Form von Umsetzung kommt, stirbt Losev mit nur 39 Jahren während der Blockade von Leningrad 1942 an Hunger.

Der Millennium-Technologiepreis 2006 wird jedenfalls dem Japanischen Physiker Shuji Nakamura verliehen, der Mitte der 1990er Jahre blaue, grüne und weiße LEDs und blaues Laserlicht entwickelt hat. Der mit einer Million Euro weltweit höchstdotierte Technologiepreis für eine die Lebensqualität und das Wohl der Menschen verbessernde Innovation wird von der finnischen Millennium-Preis-Stiftung bereits zum zweiten Mal vergeben. Nakamura hatte jahrzehntelang zielstrebig daran gearbeitet etwas zu erreichen, das andere Wissenschaftler für unmöglich hielten: aus Galliumnitrid blaues, grünes und weißes Licht sowie blaues Laserlicht zu erzeugen. Zudem entwickelte er eine neue Methode zur Herstellung von Halbleiterdioden, die eine viel bessere Materialqualität ermöglichte. Die Produkte werden ab 1993 von Nichia vertrieben. Nakamura wirkt seit dem Jahr 2000 an der Santa Barbara Universität in Kalifornien, USA, wo er seine Forschungen an neuen Lichtquellen fortsetzt.

Eine der bedeutsamsten zukünftigen Anwendungen der Erfindungen von Nakamura besteht im Sterilisieren von Trinkwasser, denn die Wasseraufbereitung mit UV-LEDs gestaltet sich effizienter und vorteilhafter als mit den gegenwärtigen Methoden. Einen Teil seines Preisgeldes will er deshalb der der University of Calgary in Kanada beheimateten Stiftung ‚Light up the world’ sowie der Gruppe ‚Engineering without borders’ der University of Missouri stiften. Diese arbeiten daran, die weißen LEDs, die sich mit Hilfe von Solarstrom betreiben lassen und als Lichtquellen dienen, zu armen Menschen in Indien und Pakistan sowie in afrikanische und andere Länder zu bringen.

Eine Marktanalyse des amerikanischen Unternehmens Ecos Consulting geht 2006 davon aus, daß 2025 fast jede dritte Lichtquelle auf LED-Technik beruhen wird. Die Lichtleistung der LEDs verdoppelt sich gegenwärtig etwa alle zwei Jahre, ihre Lebensdauer beträgt rund 50.000 Stunden und die Effizienz soll bereits bei 90 % liegen. 2007 wird der Lexus mit den ersten LED-Scheinwerfern ausgestattet, ein Jahr später zieht Audi nach.

Nach der Erstveröffentlichung dieser Arbeit erhalte ich von Herrn Ralf Wagner folgenden Hinweis:

Die Entwicklung der LED beobachte ich interessiert, aber auch kritisch. Besonders bei der Lebensdauer wird viel gelogen. Ich spreche gerne von einer Brauchbarkeitsdauer bei der LED. Die guten LEDs haben einen Lichtstrom von 70 % nach 50.000 h. Einen Totaldefekt gibt es selten bei der LED, wenn die Temperatur stimmt. Sehr interessant sind 2007 die Produkte der Firma Cree in Durham, New Carolina, mit über 80 Lumen/W.


Solare LED-Landebahnbefeuerung

Solare LED-
Landebahnbefeuerung

Inzwischen werden die US-Luftwaffenbasen im Nahen und Mittleren Osten mit LED-Flutlichtern der Firma Carmanah Technologies Corp. beleuchtet und gesichert, die sich in den dortigen Wetterkonditionen als hochtauglich erwiesen haben. Die Stromversorgung der LED-Landebahnbefeuerung erfolgt sogar mittels Solarzellen. Das Unternehmen stellt auch solarversorgte Hindernisbefeuerungen für Meßmasten und Windkraftanlagen her, die in Deutschland von der Ammonit Messtechnik GmbH in Berlin vertrieben werden.

Diese Lampen haben eine Reichweite von bis zu 5 km. Die in wenigen Minuten installierbaren Systeme beinhalten als wetterfeste Einheiten alles für den wartungsfreien, mehrjährigen Dauerbetrieb.

Eher für den Rummel geeignet sind die recht spacy wirkenden 3D-LED-Lampen von Ledtronics aus Torrance, Kalifornien, die im Sommer 2006 auf den Markt kommen. Die wettergeschützten, kräftig bunten Rundum-Strahler kosten allerdings ja nach Größe und Farbe zwischen 158 und 200 $.

Günstiger und auch in mehr Bereichen anwendbar sind die ebenfalls bunten, aber beträchtlich dezenteren ,LED Puck Lights’ – vollständig versiegelte und trittstabile Lichtmarker, die im Boden vergraben oder sogar unter Wasser einsetzbar sind, und die sich während ihrer 10-jährigen Lebenszeit über Solarzellen selbst mit Strom versorgen.

Die Firma Osram Opto Semiconductors in Regensburg, ebenfalls eine Siemens-Tochter, stellt 2006 mit der ‚Ostar Lighting’ eine bemerkenswert starke LED-Lampe vor, deren Leuchtkraft 1.000 lm beträgt und damit heller als eine 50-W-Halogenlampe ist.

LED Lichtmarker

LED Lichtmarker

Die integrierten sechs in Serie geschalteten LED-Hochleistungschips mit Flächen von jeweils 1 mm² erreichen eine Lichtausbeute von etwa 70 lm/W (Glühlampen: 15 lm/W). Eine halbkugelförmige Linse erhöht die Effizienz der Lichtauskopplung.

Die Markteinführung ist für Sommer 2007 geplant. Sinnigerweise will das Unternehmen nun Steh-, Tisch- und Hängeleuchten entwickeln, die keine Fassungen mehr besitzen und die LEDs als fest montiertes Inventar enthalten.

Im Dezember 2006 gibt die Firma Seoul semiconductor bekannt, eine kommerzielle LED mit einer Lichtausbeute von 100 lm/W entwickelt zu haben. Bislang waren derartige Lichtstärken ausschließlich auf Labormodelle beschränkt. Die Firma beabsichtigt, schon 2008 ein Nachfolgemodell mit 145 lm/W anbieten zu können.

Anfang 2007 stellt das holländische Unternehmen Lemnis Lighting B.V. aus 's-Hertogenbosch eine innovative LED-Birne namens ‚Pharox’ vor, die für ein Lichtäquivalent von 40 W nur 3,4 W verbraucht. Sie leistet 60 lumens (lm) per Watt, hat eine Lichttemperatur von 3.000 K, ist frei von Phosphor und kostet knapp 25 €.

Auch diese Lampe ist äußerlich einer Standard-Glühbirne nachempfunden. In den USA kommt sie über den niederländischen Energiekonzern Oxxio im Herbst 2008 auf den Markt, mit einer angekündigten Lebensdauer von 30 Jahren bzw. 50.000 Stunden.

Pharox LED-Birne

Pharox LED-Birne

Im Februar 2007 stellt das Team von Assistenzprofessor Hilmi Volkan Demir an Ankaras Bilkent Universität im Fachmagazin Nanotechnology erstmals eine weiß leuchtende nanokristallline LED vor, deren Farbwerte variabel einstellbar sind. Als Lebensdauer werden über 20 Jahre veranschlagt, und als erreichbare Lichtausbeute bis zu 300 lm/W. Der Artikel erscheint unter dem Titel ‚White Light Generation Using CdSe/ZnS Core-Shell Nanocrystals Hybridized with InGaN/GaN Light Emitting Diodes’.

An der Vanderbilt University in Nashville, Tennessee, setzt Juniorprofessor James McBride anstatt Kadmium-Sulfid Kadmium-Selenid ein. Die Effizienz liegt bei 8 %. Allerdings bildet das hochgiftige Kadmium ein Problem, das die Lichtindustrie gerne vermeiden würde.

Auch an dem Indian Institute of Science in Bangalore wird an besonders energieeffizienten ‚Solid State’-Leuchtmitteln wie den weißen LEDs gearbeitet. Im Oktober 2007 präsentiert der Materialwissenschaftler D. D. Sarma kleine Kristalle aus dem Halbleitermaterial Kadmium-Sulfid, die sich als Überzug für die Leuchtdioden eignen. Das Ergebnis ist ein weißer Lichtton, der sich besonders gut bei der Raumbeleuchtung einsetzen läßt. Diese Methode sei auch einfacher als die Herstellung von weißes Licht abgebenden LEDs aus Nanokristallen. Allerdings erreicht Sarma bislang nur eine Weißlicht-Ausbeute von 2 %, während noch 98 % der Energie verpufft. Den derzeit noch verwendeten Phosphor gegen Nanokristalle auszutauschen wird jedoch erst bei Raten von 40 – 50 % sinnvoll.

Eine Studie des Sandia National Laboratory aus dem Jahr 2007 schätzt, daß die Welt 120 GW weniger an elektrischer Leistung benötigen würde, wenn die Hälfte der Beleuchtung bis 2025 aus LEDs bestünde. 100 Mrd. $ im Jahr ließen sich so sparen – sowie 350 Megatonnen CO2

Ebenfalls im Oktober 2007 gibt die US-Stadt Ann Arbor, Michigan, ihren Plan bekannt, als erste Stadt Amerikas die öffentliche Beleuchtung im Laufe von zwei Jahren komplett auf LEDs umstellen zu wollen. Kooperationspartner ist das LED-Unternehmen Cree Inc., von dem die eingesetzten Lampen stammen. Ab November werden als erster Schritt über 1.000 Straßenlampen ausgewechselt. Insgesamt will die Stadt damit gut 100.000 $ Energiekosten pro Jahr einsparen. Weitere Städte mit ähnlichen Ambitionen, die sich  zur LED City™ Initiative zusammengeschlossen haben, sind Raleigh, North Carolina, und das kanadische Toronto.

Philips präsentiert im September 2007 eine ,Lumalive’ genannte Textilie, die mit farbigen LEDs ausgestattet die Herstellung selbstleuchtender Kleidung ermöglicht. Das modulare System läßt sich leicht herauslösen, wenn die Kleidung oder die Stoffe gewaschen werden sollen, es lassen sich bis zu 16 Mio. Farben einstellen, und das Display kann sogar Signale oder per Handy übermittelte Botschaften aussenden.

Die Batterien sind unsichtbar eingearbeitet, der Strombedarf der Lumalive-Textilien sei sehr gering. Ein kleiner Speicherchip kann mit einer playlist geladen werden und auf den LED-Flächen eine Anzahl vorgegebener Bitmaps, beweglicher Logos oder Fließtext zeigen.

Lumalive LED-Textilie

Lumalive

Belgische Forscher der Universität Gent arbeiten derweil an zieh-, bieg- und waschbaren elektronischen Schaltungen. Grundlage sind hufeisenförmig gebogene Leiterbahnen auf einer auseinanderziehbaren Silikonmatte als Trägermaterial. Das Projekt firmiert unter dem Namen SWEET (Stretchable and Washable Electronics for Embedding in Textiles). Während der CeBIT 2007 zeigt das deutsche Unternehmen WarmX Kleidungsstücke mit eingewebten Silberfäden, die mittels Lithium-Ionen-Akkumulatoren und dreistufig elektrisch erwärmt werden können.

Eine Jacke, die sogar (nicht-tödliche) elektrische Schläge bis 80.000 V austeilen kann, ist bereits 2003 von dem MIT-Industriedesigner Adam Whiton und der Designchefin der Firma Advanced Research Apparel Yolita Nugent entwickelt worde – ich habe bislang allerdings noch nicht gehört, daß diese Jacke – in erster Linie als Schutz für Frauen gedacht – in Produktion gegangen sei. Zur Stromversorgung reicht übrigens eine 9 V Batterie, und kleine Lichter an der rechten Schultern zeigen an, ob die Jacke (mit einem extra Schlüssel) aktiviert worden ist oder nicht.

Auf der Seite no-contact.com wird die Jacke 2006 für einen Preis von 1.000 $ vorgestellt, der bei einer Massenproduktion allerdings noch stark fallen soll. Doch zurück zu dem LED-Licht.

Die erste Diskothek, die ausschließlich mit LEDs beleuchtet wird, scheint der ‚Barcode nightclub’ in Vauxhall, im Süden von London, zu sein.

Im November 2007 werden auf verschiedenen europäischen Messen erstmals die neue LED-Tapeten des holländischen Designers Jonas Samson präsentiert. Die ästhetisch gestalteten Tapeten lassen sich an- und abschalten und gelten als Vorreiter von 2-dimensionalen, flachen Lichtquellen, die in Zukunft zunehmend Verbreitung finden werden.

Bundespräsident Horst Köhler zeichnet im Dezember 2007 ein Forscherteam aus Jena, das ein Verfahren entwickelt hat, mit dem Leuchtdioden heller gemacht werden können, mit dem 250.000 € schweren Deutschen Zukunftspreis aus. Die Wissenschaftler des Regensburger Unternehmens Osram Opto Semiconductors bauen in die LED-Chips eine dünne, reflektierende Metallschicht ein, die mehr Licht an die Oberseite der Diode bringt. Das Fraunhofer-Institut in Jena entwickelt dazu eine Spezialoptik, die für eine weitere Effizienzsteigerung sorgt. Die prämierten Hochleistungs-LEDs werden bereits in den Brems- und Rückscheinwerfern einiger Autos verwendet.

LED-Tapete

LED-Tapete

Anfang 2008 meldet das Rensselaer Institut, daß einer der Studenten einen neuen LED-Typ entwickelt habe, der sich besonders gut für die Beleuchtung von LCD-Displays eignet. Die polarisierte LED, bei der neben einer Energieeinsparung auch eine verbesserte Kontrolle der Richtung und Polarisation des emittierten Lichts möglich ist, verschafft Martin Schubert immerhin auf Anhieb den mit 30.000 $ dotierten Lemelson-Rensselaer Studentenpreis. Schubert ist Lichtexperte der zweiten Generation – sein Vater ist der bekannte E. Fred Schubert, renommierter Lichtforscher und Vorsitzender der Rensselaer Future Chips Constellation.

Im Oktober 2008 wird dann die Gründung des Smart Lighting Research Center bekanntgegeben, das Rensselaer gemeinsam mit der Boston University und der University of New Mexico betreibt (s.u.). Die fünfjährige Startfinanzierung von 18,5 Mio. $ übernimmt das Generation Three Engineering Research Center Program der National Science Foundation (NSF).

Da auch die noch immer sehr weit verbreiteten Leuchtstoff- bzw. Neon-Röhren kleine Mengen an Quecksilber enthalten, entwickeln wenigstens zwei US-Unternehmen auf LEDs basierende Alternativen, die ilumisys Inc. in Troy, Michigan, und die LEDdynamics Inc. in Randolph, Vermont. Jährlich landen alleine in den USA 500 – 600 Mio. ausgebrannte Röhren auf dem Müll (Stand 2007). Da die LED-Röhren mit 10 Jahren Lebensdauer wesentlich langlebiger als Neon-Röhren sind und damit auch weniger oft ausgewechselt werden müssen, eignen sie sich besonders für schwer erreichbare Standorte.

Austauschröhren aus Aluminium mit eingelassenenen Hochleistungs-LEDs werden seit Ende 2007 von ReLED Systems in Huntington Beach, Kalifornien, angeboten, einer Tochter der Firma Bartco Lighting.

Im März 2008 meldet die Presse einen Durchbruch am Tyndall National Institute (Irland), wo im Rahmen des FLAME-Projekts nach neuen, energieeffizienteren Leuchtmitteln geforscht wird. Die nun vorgestellten Mikro-LEDs sind mit einem Durchmesser von 15 Mikron nur ein Zwanzigstel so groß wie herkömmliche LEDs, funktionieren dafür aber schon mit wenigen Milliardstel Ampere. Und sie sollen sehr lange leuchten – wie lange, darauf kann sich die Forschergruppe nicht genau einigen. Einer im Team rechnet vor, daß ein einmal aufgeladenes, münzengroßes System etwa 80 Jahre lang leuchten könnte!

Micro LEDs

Micro LEDs
unter dem Mikroskop

In den USA gibt Luminus Devices Inc. bekannt, in einer weiteren Finanzierungsrunde 72 Mio. $ eingeworben zu haben, so daß die bereits 2002 am MIT ausgegründete Firma mit nun fast 140 Mio. $ daran gehen kann, ihre patentierte ,Phlatlight-LED’ Technologie weiterzuentwickeln, die bislang auf die Nutzung bei Bildschirmen beschränkt war. Die großflächigen Chips (PT120: 4,6 x 2,6 mm) produzieren mit ihrem photonischen Gitter, das die in alle Richtungen ausstrahlenden Photonen zusammen in Richtung auf die Chipoberfläche lenkt, Tausende von Lumen und werden bereits bei Produkten der Firmen Samsung Electronics und LG Electronics eingesetzt.

Ebenfalls im März 2008 informieren Forscher der University of California in Santa Barbara über die Entwicklung einer ‚hybrid light’ genannten Lichtquelle, die preisgünstiger, langlebiger, effizienter und genauso lichtstark wie herkömmliche LEDs ist. Die Technologie verbindet diese LEDs mit neuen Licht emittierenden elektrochemischen Zellen (light emitting electrochemical cells, LEC). Ein wesentlicher Herstellungsvorteil gegenüber LEDs ist, daß LECs auch auf breite, rollbare Filme gedruckt werden können. Und während LEDs mit der Zeit immer lichtschwächer werden, nimmt die Strahlkraft von LECs nicht ab, bei einer etwa 1.000-fachen Lebensdauer. Außerdem würden sich LECs auch für hochauflösende Bildschirme eignen.

Auf der weltgrößten Licht- und Baumesse Light+Building 2008 in Frankfurt gibt die US-Firma Delta Electronics Inc. die Entwicklung einer lichtstarken 5W/9W/12W ,Delta High Brightness LED Lamp’ bekannt, die einen Norm kompatiblen E27-Schraubsockel besitzt. In ihrer Form ähnelt sie den frühen Energiesparlampen der 1980er Jahre, als Lebensdauer werden über 25.000 Stunden angegeben.

Im April 2008 meldet die Presse aus Brasilien, daß der Austausch der Glühlampen aller Ampeln in Guarulhos, einem Vorort von Sao Paulo mit rund 1,3 Mio. Einwohnern, durch LED-Birnen der brasilianischen Firma Meng Engenharia Ltda (mit LEDs von Luxeon) die erwartete jährliche Einsparung von 1.340 MWh im Werte von 240.000 $ tatsächlich erbracht hat. Durch die Reduzierung der Wartungskosten aufgrund der Langlebigkeit der neuen LED-Birnen amortisieren sich die Projektkosten von 750.000 $ aber schon im ersten Jahr.

Die erste LED-Lampe, die als Ersatz für herkömmliche 100 W Birnen dienen soll, kommt im April 2008 unter dem Namen ,Evolux’ auf den US-Markt. Der Hersteller Advanced Lumonics LLC vertreibt das Produkt über seine EarthLED Abteilung. Die Lebensdauer soll über 50.000 Stunden betragen. EarthLED bietet neben weiteren LED-Lampen auch einen ‚Super Spotlight’ als 150 W Äquivalent, und ein ‚Starlight’ als 100 W Außen-Flutlicht Äquivalent an.

Das Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen meldet im Mai 2008 die Entwicklung leistungsfähiger neuer Optikkomponenten für LEDs. Diese bündeln beispielsweise bei einer Schreibtischlampe das Licht so, daß nur eine DIN-A4-große Fläche in der Mitte des Tisches angestrahlt wird. Der benötigte Bereich wird durch die LED gleichmäßig beleuchtet, alles außerhalb bleibt im Dunkeln.

Basis für diese Lichtführung ist eine Freiformflächenoptik - eine Kunststofflinse, deren Geometrie frei gestaltet werden kann. Die Forscher am IPT optimieren auch die gesamte Prozeßkette von der Planung der Optiken über die Herstellung bis hin zur Überprüfung.

Um die gleiche Zeit herum gibt die Stadt Düsseldorf bekannt, daß man 10.000 der derzeit 17.000 Stück zählenden Straßenlampen durch LED-Modelle auszutauschen gedenkt. In einem bereits Ende 2007 gestarteten und deutschlandweit ersten Pilotversuch, eine Kooperation zwischen der Südwestfälischen Fachhochschule Hagen und den Stadtwerken Düsseldorf, sind bereits 25 Stück LED-Straßenleuchten im Einsatz, elf davon auf dem Fleher Deich, während zehn weitere Leuchten mit jeweils 25 LEDs und einer Leistung von insgesamt 360 W zur Beleuchtung eines 200 m langen Teilstückes der dortigen Lippestraße aufgestellt werden. Bei diesen Beleuchtungen handelte es sich allerdings noch um Prototypen, deren Stückpreis derzeit etwa 1.600 € beträgt.

LED Straßenleuchte

LED Straßenleuchte
(Prototyp)

Im Mai 2008 startet das Department of Energy einen mit 10 Mio. $ dotierten ,L Prize’ für die Person oder das Unternehmen der/dem es gelingt, eine solid-state LED-Lampe zu entwickeln, die als Ersatz für die Standard 60 W Glühbirne dienen kann. Weitere Bedingungen sind: Verbrauch unter 10 W, Lebensdauer mindestens 25.000 Stunden, Preis unter 8 $ (im 3. Jahr nach der Markteinführung). Außerdem muß schon im ersten Jahr die Mindestzahl von 250.000 produziert werden, wobei die LEDS aus US-Produktion stammen müssen. Zur Zeit kosten derartige LED-Lampen noch 80 – 100 $. Ein zweiter Preis wird für die Entwicklung eines Ersatzes für die PAR 38 Halogen-Reflektorbirne ausgelobt.

Im Juni 2008 präsentiert Nexxus Lighting die zur Zeit effizienteste LED-Birne mit 95 lm/W. Die ‚Array Lighting LED’ Lampenlinie beruht auf der patentierten ‚Selective Heat Sink’ Technologie, welche den thermischen Widerstand reduziert. Die Lebensdauer der dimmbaren Lampen, die es in kalten oder warmen Weißtönen gibt, soll über 50.000 Stunden betragen.

Mit der 8 W ,Geobulb’, die eine konventionelle 60 W Birne ersetzt, wird im Sommer 2008 eine sehr ästhetische Alternative angeboten, die mit ihren 800 lm 120 $ kosten soll. Späteren Meldungen zufolge scheint sie bislang aber noch nicht ausgeliefert worden zu sein, in einigen Blogs wird sogar davon gesprochen, daß sie noch nicht einmal in Produktion gegangen ist.

Ebenfalls im Juni 2008 veröffentlicht Wolf-Dieter Roth auf neuerdings.com einen ausführlichen, bebilderten Test mehrerer LED-Lichtquellen, die normale Glüh- sowie Kaltlicht-Halogenlampen ersetzen sollen. Auf dem Foto sieht man von links nach rechts: LED für 12 V-Halogenfassungen mit 12, 24 und 48 LEDs, mit Power-LED, sowie die Original-Kaltlichthalogenlampe zum Vergleich.

Roth verweist auch auf die ab Mai 2011 in ganz Europa anstehende Einführung der sogenannten Tagfahrlichtpflicht, durch welche das Auswechseln von Scheinwerfer-Glühbirnen mittelfristig vermutlich weit häufiger geschehen wird als bisher (Es gibt einige Länder, in denen heute schon das Fahren mit Licht am Tage vorgeschrieben ist. Für Gesamt-Europa beinhaltet die zukünftige Regelung, daß alle neuen Automodelle mit Tagfahrleuchten ausgerüstet sein müssen - aber nicht generell alle Neuwagen).

Derzeit kommen bei teuren Autos Xenon-Metalldampflampen mit einer Lichtausbeute von rund 70 lm/W und einer Lebensdauer von 2.000 Stunden zum Einsatz, während in der Mittelklasse zumeist H7-Halogenlampen genutzt werden.

Die neuen LED-Abblendlichtscheinwerfer benötigen zwar nur 6 - 7 LEDs - müssen jedoch komplett ausgewechselt werden, falls eine davon kaputt geht, was dann mehr als 1.000 € kosten kann.

Lichtquellenvergleich von W.-D. Roth

Lichtquellenvergleich von W.-D. Roth

Stockholm, Vorreiter bei der inzwischen schon weit verbreiteten Installation der LEDs in Ampeln, beginnt Mitte 2008 mit dem Austausch von Glühlampen und Energiesparlampen in allen öffentlichen Gebäuden der Stadt, die nun auf 100 % LED-Beleuchtung umgestellt werden. Neben Stockholm und Ann Arbor in Michigan (s.o.) steht auch das italienische Städtchen Torraca auf der Liste der Kommunen, die sich für einen generellen Umstieg auf LEDs entschlossen haben.

Anchorage in Alaska will mit einer Investition von 2,2 Mio. $ insgesamt 16.000 Straßenlampen auf LED-Betrieb umstellen, ein Viertel des Gesamtbestandes. Dort werden 85 Tage im Jahr gezählt, an denen das Tageslicht weniger als 8 Stunden scheint. Die Energieeinsparung soll 50 % betragen, was einem Betrag von 360.000 $ pro Jahr entspricht.

Weitere Städte, die sich dem 2007 von Cree initierten ,LED City program’ anschließen sind Raleigh in North Carolina, das kanadischen Toronto sowie die chinesische Stadt Tianjin, China.

LED Straßenleuchte in Anchorage

LED Straßenleuchte
in Anchorage

Über 40.000 Stunden Lebensdauer soll die ‚I-Tower LED floor lamp’ der Firma Koncept Technologies Inc. aus dem kalifornischen Monterey Park erreichen, die für 200 $ verkauft wird. Die Stehlampe hat einen eingebauten 4-stufigen Dimmer, verbraucht ganze 8,8 W und wird in zwei Versionen angeboten: eine Tageslicht-weiße Version (~ 5.500 K) und eine warm-weiße Version (~ 3.500 Kelvin).

Im Juli 2008 präsentieren Wissenschaftler der Purdue Universität im US-Bundesstaat Indiana eine Methode, mit der die noch relativ teuren weißen LEDs künftig deutlich günstiger hergestellt werden können. Der Grund für den derzeit hohen Preis liegt in der Saphierschicht, auf der die LEDs hergestellt werden und die auch als Reflektor der LEDs dient. Diese Saphiertechnologie kostet etwa das 20-fache der Methoden zur Herstellung konventioneller Lichtquellen.

Die Forscher des Purdue University Birck Nanotechnology Center verändern den Herstellungsprozeß der Dioden und erreichen damit eine deutliche Produktionskostenreduktion. Die neuen Saphier-freien Dioden werden auf einem Metall-überzogenen Silizium-Wafer hergestellt, und für den Reflektor wird Zirconium-Nitrid verwendetet, das vom Silizium durch eine Isolator-Schicht aus Aluminium-Nitrid getrennt ist. Dadurch sollen innerhalb von zwei Jahren auch weiße LED-Lampen auf den Markt gebracht werden können, zu einem erhofften Preis um 5 $.

Die Sharp Corp. präsentiert ebenfalls im Juli 2008 zwei neue solarbetriebene LED-Straßenlampen (1.800 lm). Eine Besonderheit bildet der eingebaute Erdbebensensor. Sobald dieser eine Erschütterung der Stärke 5 oder größer registriert, schaltet er die Lampen während der Dunkelheit auf ununterbrochene volle Beleuchtungsstärke, um den Hilfetrupps die Arbeit zu erleichtern. Außerdem führt das Unternehmen im September auf dem japanischen Markt 11 neue LED-Leuchten und -Spots ein, die eine Lebensdauer von 40.000 Stunden aufweisen.

Viel ästhetischer und schöner als die üblichen Lampen in Parks und Grünanlagen ist das Konzept der Designerin Jongoh Lee aus Südkorea. Ihr ,Invisible Streetlight’ besteht aus künstlichen, Blatt-tragenden Ästen – nur daß die Blätter auf der einen Seite mit Solarzellen und auf der anderen mit LEDs bestückt sind. Um die Äste natürlicher Bäume gewunden schalten sie sich bei Dunkelheit automatisch an. Verdientermaßen gewinnt Lee den renommierten IDEA-Preis 2008 (International Design Excellence Awards).

LED-Veteran Cree aus Durham beeindruckt zur Olympiade in Peking 2008 mit ausdrucksstarken Installationen wie der aus 440.000 XLamp-LEDs bestehenden Außenbeleuchtung des auch ‚Water Cube’ genannten National Aquatics Centre, sowie der ‚Bird's Nest’ genannten Zentralarena. Insgesamt kommen 750.000 LED-Lichter zum Einsatz.

Watercube Sporthalle in China

Watercube

Solar betriebene, runde LED-Bodenmarker kommen nun auch von dem US-Produzenten SimBio aus Miami, Florida, auf den Markt. Angeboten werden sie in fünf Farben. Alternativ dazu gibt es quadratische Modelle unter dem namen ‚Solar Powered LED Brick Lighting’

Auch bei den LED-Straßenlampen geht die Entwicklung weiter. Ziel ist es, die energiesparenden Lampen zu einem deutlich kostengünstigeren Stückpreis anbieten zu können. Zu den aktuell führenden Anbietern gehört das brandenburgische Unternehmen Autev AG, das mit der sachsen-anhaltischen Forschungseinrichtung HarzOptics in Wernigeröde zusammenarbeitet.

Gemeinsames Produkt ist die mit 72 LEDs ausgestattete Straßenleuchte ‚AuLED’ (100 - 110 lm/W), die damit beworben wird, daß sie im Vergleich zu einer Natriumdampf-Niederdrucklampe 42 % weniger Energie verbraucht - sogar ohne Dimmung. Mit Dimmung liessen sich sogar mehr als 57 % einsparen. Die Lebensdauer soll 50.000 Stunden betragen.

Die LEDs des ‚AuLED’-Modells sind auf drei Flächen aufgebracht, von denen die mittlere fixiert ist, während die beiden äußeren Flächen beweglich sind. Dadurch lassen sich die Abstrahlcharakteristiken für jede Lampe individuell einstellen – die Abstrahlung in die Horizontale und nach oben kann auf Wunsch sogar vollständig unterbunden werden. Darüber hinaus sind auf den LEDs spezielle Optiken aufgebracht, die das Licht zusätzlich fokussieren können. Die Investitionskosten für die im Laufe von zwei Jahren entwickelte ‚AuLED’-Straßenleuchte werden sich voraussichtlich zwischen 600 und 700 € bewegen, also rund 200 € mehr als der derzeitige Preis einer regulären Natriumdampf-Lampe.

Nachdem die Lampen der Nullserie erfolgreich monatelangen Testreihen unterzogen worden sind, bereiten die Kooperationspartner nun die Aufnahme der Serienproduktion und den Vertrieb der Systeme vor. Die Produktion soll noch vor Ende des Jahres starten.

Im Oktober 2008 gibt Toshiba bekannt, eine weiße LED mit einem um 50 % höheren UV-Anteil entwickelt zu haben. Anstatt – wie bislang – blaue LEDs mit Phosphor zu umhüllen, wird bei den neuen LEDs der Spalt zwischen dem Saphirsubstrat und dem Licht-emittierenden Galliumnitrid mit einer Schicht Aluminiumnitrid gefüllt, ähnlich wie es die Forscher der Purdue University gemacht haben (s.o.). Das Unternehmen hofft, bis 2010 die Marktreife zu erreichen.

Zur gleichen Zeit wird in Dubai mit der Herstellung des weltgrößten LED-Screen begonnen. Das Monstrum ist leicht gebogen, rund 100 m hoch und bildet die Fassade des ‚Podium’-Hochhauses mit seinen 35 Stockwerken, einem Projekt der Tameer Holding, das 2011 fertiggestellt sein soll. Der Riesenbildschirm wird aus einer Entfernung von 1,5 km am besten zu sehen sein.

Podium LED Fassade

Podium LED Fassade

Daß moduliertes LED-Licht auch zur Übermittlung von Daten genutzt warden kann, ist nicht neu, doch erst im Oktober 2008 beginnt man sich an der Boston University ernsthaft mit dem Smart Lighting zu beschäftigen. Prinzipiell läßt sich jede elektrisch verdrahtete LED-Leuchte als WiFi Hotspot mit 1 – 10 Megabits pro Sekunde nutzen. Das nun gegründete Smart Lighting Engineering Research Center ist Teil eines fünfjährigen Programms, das von der National Science Foundation (NSF) mit 18,5 Mio. $ finanziert wird  (s.o.).

Innerhalb der kommenden 10 Jahre soll eine marktfähige, drahtlose Kommunikationstechnologie über LEDs entwickelt werden. Angedachte Einsatzbereiche sind neben dem Bürosektor auch der Verkehr: Die aufleuchtenden Bremslichter des vorausfahrenden Wagens senden dem nachfolgenden Auto ein Informationspaket, das dieses ebenfalls zum Abbremsen veranlaßt.

Im Oktober 2008 startet in Amsterdam ein Versuch mit 18 neuen LED-Straßenlampen entlang eines Radweges an der Amstel. Sollten die Verbrauchswerte und die Beleuchtungsqualität der von Philips entwickelten ‚UrbanLine’-Leuchten zusagen wird bereits überlegt, das neue Beleuchtungssystem auf das gesamte Stadtgebiet auszuweiten. Als Lebensdauer der LED-Birnen werden 50.000 Stunden angegeben, das wären etwa 13 Jahre – ohne die Notwendigkeit jeglicher Wartung.

Großes Medieninteresse ruft eine Veröffentlichung von Andrei P. Sommer und Dan Zhu im US-Magazin Crystal Growth & Design im Oktober 2008 hervor. Die Forscher des Instituts für Mikro- und Nanomaterialien der Universität Ulm, die sich im Grenzbereich von Kristallurgie und Lichttherapie bewegen, finden in einem mehrmonatigen Selbstversuch heraus, daß intensives Licht aus LEDs - auf die menschliche Haut gestrahlt - eine ähnlich verjüngende Wirkung wie das Nervengift Botox hat: Es glättet Falten und läßt die Haut insgesamt jünger erscheinen.

Vermutlich zerstört das Licht aus dem roten Bereich des Spektrums den feinen, aber stabilen Wasserfilm, der die elastischen Fasern der Haut umgibt und sie unbeweglich macht. In der Veröffentlichung wird darauf hingewiesen, daß starkes elektrisches Licht schon seit über 40 Jahren eingesetzt wird, um das Heilen von Wunden zu beschleunigen.

Eine vielleicht noch verblüffendere Meldung erscheint im November 2008 in den Blogs: Die dänische Designerin Marieke Staps entwickelt eine LED-Tischlampe namens ,Soil Lamp’, die ausschließlich mit Schlamm (!) betrieben wird – bzw. mit der Elektrizität des biologischen Lebens innerhalb des Schlammes. Der Strom wird mittels einer Kupfer- und einer Zinkelektrode abgegriffen, und als einziger ‚Betriebsstoff’ muß dem Schlamm von Zeit zu Zeit etwas Wasser hinzugefügt werden.

Soil Lamp

Soil Lamp

In den USA fließt zunehmend Geld in Unternehmen des neuen Beleuchtungs-Markts, der global gesehen auf 75 Mrd. $ geschätzt wird. Während im Laufe des gesamten Jahres 2007 nur 85,6 Mio. $ investiert werden, steigt dieser Betrag alleine im dritten Quartal 2008 auf 174,2 Mio. $. Neue Mitspieler sind Unternehmen und Firmen wie die HID Laboratories Inc. (elektronische Dimmer für Hochleistungsleuchten), Eden Park Illumination (Plasmalicht), BridgeLux (günstige LEDs ab Anfang 2009), Luminus Devices (erhält im März 2008 die im LED-Sektor bislang größte Einzelinvestitionssumme von 72 Mio. $), Illumitex und Lumenz.

Gleichzeitig ist eine Einkaufsschlacht im Gange: Cree kauft sich die Firma LED Lighting Fixtures, die Lighting Science Group (LSG) übernimmt im Juli die Entwicklungsfirma Lamina Lighting, und Philips langt gleich viermal zu: Mit Lumileds schluckt der Konzern einen der wichtigsten LED-Lieferanten, außerdem verleibt er sich die Firmen TIR Systems, Color Kinetics und Genlyte ein.

Ich nehme an, daß in Ostasien und in anderen technisch entwickelten Ländern ebenfalls ähnliche Investitionen und Übernahmen getätigt werden, kann hier jedoch nur die mir sprachlich zugänglichen Informationen wiedergeben.

In Israel wirbt die 2006 gegründete und in Ramat Gan beheimatete Firma Oree bis November 2008 insgesamt 11 Mio. $ (hauptsächlich US-amerikanisches) Investitionskapital ein, um flexible, Kreditkartengroße LEDs zu entwickeln, die u.a. in Displays eingesetzt werden sollen. Als Verbindung dienen ebenfalls flexible, flache Lichtleiter. Die Firma arbeitet an einer Art optischem Sandwich aus elastischen Polymeren, das eine 50 %ige Energieeinsparung verspricht.

Schon 2003 zeigte Audi in Detroit die Studie Pikes Peak Quattro, aus der später der Q7 wurde. Die Studie verfügte über die weltweit ersten Nebelscheinwerfer mit LED-Technik. 2008 sind die markanten LED-Scheinwerfer zu einem Markenzeichen der VW-Tochter geworden. Beispiele sind das Tagfahrlicht-LED-Band beim Audi A4 oder die Leuchtquader in den Heckleuchten des Audi A6.

Zum Jahresende 2008 entscheidet sich die Leitung des Covent Garden in London für eine LED-Illumination der Lichttechniker von United Visual Artists (UVA), die bislang die Shows von Gruppen wie Arctic Monkeys, Massive Attack und U2 beleuchtet haben. Es werden 568 Röhren von 2 m Länge aufgehängt, die mit Ketten mehrfarbiger LEDs gefüllt sind. Am Ende der insgesamt 4 km langen Kabel befindet sich ein Rechner. Das Ergebnis hunderter Stunden harter Programmierarbeit ist ein stetiger Farbwechsel am Himmel der großen Halle.

Im Dezember 2008 beginnt ein gemeinsames Forschungsprojekt der TU Darmstadt, der Wissenschaftsstadt Darmstadt, des Energieversorgers HSE und der Siteco Beleuchtungstechnik GmbH, bei dem in der Grillparzerstraße in Darmstadt neuartige LED-Straßenleuchten im Alltagsbetrieb getestet werden. Dabei werden europaweit erstmals LED-Leuchten mit Leuchten bisheriger Technik gleichzeitig meßtechnisch und mit physiologischen Tests durch Testpersonen unter realen Bedingungen verglichen.

LED-Straßenlampe in New York

LED-Straßenleuchte
in New York

Zur selben Zeit kündigt auch die Stadt New York an, daß man 2009 die ersten sechs LED-Straßenleuchten installieren werde. Das von Grund auf neue Design wurde von dem New York City’s Department of Transportation gemeinsam mit dem Office for Visual Interaction (OVI) gestaltet, das einen entsprechenden Wettbewerb gewonnen hatte. Die Leuchten sind mit bis zu 100 LEDs mit multiplen Linsen ausgestattet, um unterschiedliche Beleuchtungsbereiche einstellen zu können. Für den anstehenden Test kommen drei Konfigurationen zum Einsatz: Park, Straßenmitte und Straßenecke.

Im Vergleicht zu Lebensdauer der bislang genutzten Hochdruck Natrium-Lampen (24.000 Stunden) funktionieren die neuen LED-Lampen doppelt bis dreifach so lange (50.000 – 70.000 Stunden). Verlaufen die Tests zufriedenstellend, sollen nach und nach alle 300.000 Straßenlampen der Stadt ausgetauscht werden, was die Energiekosten um bis zu 30 % senken soll. Durch den reduzierten Wartungsaufwand soll sich der Wechsel schon in 2 – 3 Jahren amortisieren.

Ende 2008 stellt EarthLED (s.o.) mit der ‚ZetaLux LED’ eine 100 W Alternative vor, die sich durch ein warmes, weißes Licht von 3.000 K auszeichnet, unter 7 W verbraucht und 50 $ kostet. Die warm-weiße Version produziert 350 lm, eine ebenfalls angebotene kalt-weiße Version sogar 450 lm. Anfang 2009 soll es auch eine dimmbare Version geben.

Ebenfalls Ende 2008 hört man erstmals von dem Startup SuperBulbs in Redwood City, Kalifornien. Auch hier wird an einer LED-Birne gearbeitet, die genauso aussieht und die exakt gleichen Maße hat wie eine konventionelle Glühbirne. Das erste Modell entspricht einer 60 W Birne, läßt sich dimmen und hat eine Lebensdauer von über 20.000 Stunden.

Zum Abschluß dieser Übersicht noch eine (zusammengefaßte) Bemerkung aus dem 2008 erschienen eBook ‚Das Jahrhundert der Innovatoren’ von Peter Maskus et al.:

„LED-Scheinwerfer verbrauchen mit etwa 70 W rund doppelt so viel Energie wie Xenon-Gasentladungs-Scheinwerfer mit einem Verbrauch von ca. 35 W. Hinzu kommt, daß der Xenon-Scheinwerfer seine Wärme nach vorne abstrahlt und das Scheinwerferglas am Beschlagen hindert, während das LED-Licht an seiner Rückseite heiß wird und dort einen Kühler erfordert. Dadurch muß das Scheinwerferglas hier mit einem zusätzlichen Heizfilm versehen werden, der noch zusätzliche Energie aufnimmt.“


Man sollte also schon genau hinschauen, bevor man begeistert von einer angemessenen oder gar sinnvollen ‚Innovation’ redet - ganz im Gegensatz zu den neuen LED-Taschenlampen z.B., die in ihrem geringen Energieverbrauch und ebenso in ihrer Lichtstärke fast unübertroffen sind...


Weiter mit OLEDs und anderen Lichttechniken...