STW en Philips onderzoeken duurzame verlichting

Het lichtverbruik in de wereld wordt steeds hoger; de verwachting is dat mede door de verschuiving naar een 24 uurs-economie rond 2050 het wereldwijde lichtverbruik bijna drie keer hoger zal zijn dan nu. Meer energie-efficiënte manieren om met verlichting om te gaan zijn daarom gewenst. Het Partnership "Advanced Sustainable Lighting Solutions" gaat op zoek naar hoog-efficiënte, aantrekkelijke en betaalbare verlichting die ook nog eens op een verantwoorde manier ontwikkeld wordt. Zulke lichtsystemen kunnen vervolgens bijdragen aan oplossingen voor maatschappelijke uitdagingen op uiteenlopende gebieden als voedselproductie, gezondheid en welzijn.

Acht projecten

Een ‘call for proposals’ onder universiteiten leverde maar liefst 44 vooraanmeldingen op. Na beoordeling door een comité van experts zijn acht projecten gehonoreerd, die zijn onder te verdelen in twee categorieën . Vijf projecten richten zich op exploratie van nieuwe materialen, verbetering van efficiëntie en optimalisering van duurzame productie van led’s. In de drie overige projecten wordt gekeken hoe ledverlichting kan worden gebruikt voor gezondheid en energiebesparing, efficiëntere algengroei voor biomassaproductie en betere fruitkwaliteit.

‘Advanced Sustainable Lighting Solutions (ASLS)’ is één van de nu zeven Partnershipprogramma’s van Technologiestichting STW om de Nederlandse wetenschap toegankelijk te maken voor specifieke vragen vanuit de industrie. De onderzoeksprojecten in ASLS worden in Nederland uitgevoerd, deels op de universiteit, deels bij Philips Research.

De gehonoreerde onderzoeksprojecten

"Multi-megahertz switched-capacitator integrated LED drivers (Mega-LED)", dr. Eugenio Cantatore, vakgroep Mixed-Signal Microelectronics, Faculteit Elektrotechniek, Technische Universiteit Eindhoven. Led-drivers regelen de stroomtoevoer naar het samenstel van led’s dat de verlichtingsbron vormt. Doel van het project is het ontwikkelen van leddrivers waarop alle noodzakelijke onderdelen geïntegreerd zijn, externe onderdelen zo klein mogelijk gemaakt en de stroomtoevoer zo stabiel dat ook krachtige lampen van 100 W mogelijk kunnen worden.

"Exploring direct-bandgap AlGaP nanowires for direct white emission sources (Green NanoLED)", dr. Jos Haverkort, vakgroep Fotonica en Halfgeleider Nanofysica, Faculteit Technische Natuurkunde, Technische Universiteit Eindhoven. Doel is nanodraden van aluminiumgalliumfosfide (AlGaP) met een directe bandkloof en daardoor een hoge optische kwaliteit te ontwikkelen, en te demonstreren in een groene led. Deze ontwikkeling moet uiteindelijk helpen leiden tot wit ledlicht zonder gebruik van fosfor en tot led’s die in RGB-kleuren ingesteld kunnen worden.

"Cadmium-free all-inorganic quantum dots as down-conversion LED phosphors (CadFrinDot)", dr. Arjan Houtepen, sectie Opto-Elektronische Materialen, afdeling Chemische Technologie, Technische Universiteit Delft. Colloïdale kwantum dots worden gezien als ideale kandidaten om de huidige (rode) fosforen in led’s te vervangen omdat ze de efficiëntie van led’s aanzienlijk kunnen verhogen. Bestaande kwantum dot fosforen hebben echter nadelen: gebaseerd op cadmium, op de lange termijn geen stabiele fotoluminescentie en moeilijk in te bouwen in het vereiste matrixmateriaal. Dit project gaat werken aan de ontwikkeling van een alternatief: anorganische op indiumfosfide gebaseerde kwantum dots voor het omzetten naar langgolviger licht in led’s.

"Local efficiency and directivity mapping and manipulation (LEDMAP)", prof.dr. Femius Koenderink, FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF), Amsterdam. De actieve materialen van led’s zijn zo efficiënt en stabiel geworden dat het onderzoek momenteel verschuift naar het ontwikkelen van nanostructureringen die controle bieden over de richtingsverdeling, het spectrum en de helderheid van ledlicht, en het witte licht dat ontstaat na omzetting van blauw ledlicht door fosforen. Dit project gaat het gelijktijdig optimalizeren van al deze factoren met nanostructuren aanpakken.

"A new ray-trace method for optical design", dr.ir. Jan ten Thije Boonkkamp, Vakgroep Wiskunde, Faculteit Wiskunde en Informatica, Technische Universiteit Eindhoven. Ray-tracing is een veelgebruikte simulatietechniek voor optisch ontwerpen. De techniek is echter duur en onnauwkeurig bij het simuleren van fijne details. Dit project beoogt deze techniek te combineren met het weergeven van de faseruimte van het optische systeem. Dat maakt het mogelijk de faseruimte in een klein aantal ray-sets op te delen. De nieuwe methode zal het ontwerpen van optische systemen beter, sneller en goedkoper maken.  Dit zal leiden naar kortere ontwikkeltijden voor nieuwe prototypen van lampen en lichtbronen die gebruik maken van led’s.

"Healthy fruits by localised LED lights on fruits", prof.dr.ir. Leo Marcelis, Vakgroep Tuinbouwproductieketens (HPC), Departement Plantenwetenschappen, Wageningen Universiteit en Researchcentrum. Recent onderzoek heeft uitgewezen dat ledlicht op groeiende tomatenvruchten hun gehalte aan vitamine C verdubbelt. Dit project beoogt te begrijpen hoe dat precies gebeurt en een praktische belichtingsstrategie te ontwikkelen om het gehalte aan vitamine C in vruchten te vergroten.

"Dynamic LED lighting, thermal comfort, health, and energy savings in buildings", dr. Wouter van Marken Lichtenbelt, Vakgroep Humane Biologie, Faculty of Health, Medicine and Life Sciences, Universiteit Maastricht. Beleving van een behaaglijke temperatuur staat niet op zich. Licht speelt er een belangrijke rol bij. Ledverlichting biedt de mogelijkheid om kleur, intensiteit en dynamica van het licht te manipuleren. Dit project gaat de wisselwerking tussen lichtaanbod, thermisch behagen en het energiegebruik van het menselijk lichaam onderzoeken.

"Modulated LED lamps for improved light integration in algal culture (LEDitGrow)", dr. Hans Matthijs, Vakgroep Aquatische Microbiologie, Instituut voor Biodiversiteit en Ecosysteem Dynamica (IBDE), Universiteit van Amsterdam. Algen worden belangrijker als toekomstige bron van biomassa en veevoer. De omzetting van energie uit zonlicht in het geval van algen en planten is niet bijzonder efficiënt: circa 93-99% van de ingevangen energie gaat verloren. De door licht aangeslagen elektronen worden slechts langzaam verwerkt in de reactiecentra voor fotosynthese. Dit project onderzoekt of gepulste ledverlichting kan leiden tot verhoging van de verwerking van aangeslagen elektronen en daarmee tot verhoogde efficiëntie van fotosynthese.