أظهرت دراسة حديثة أجرتها جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) بالتعاون مع مدينة الملك عبد العزيز للعلوم والتقنية (كاكست) أن استخدام المواد النانوية يمكن أن يقلل بشكل كبير من انبعاثات الكربون الناتجة عن مصابيح إنارة الشوارع التي تعتمد على تقنية LED. وبحسب الفريق البحثي، يمكن لهذه التقنية أن تسهم في خفض الانبعاثات بأكثر من مليون طن متري في الولايات المتحدة وحدها.
تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون
تشير الدراسة إلى أن مصابيح LED تنتج حرارة تؤثر سلبًا على مكوناتها الإلكترونية وتقلل من عمرها الافتراضي، حيث يتم فقدان حوالي 75% من الطاقة المُدخلة على شكل حرارة. ولحل هذه المشكلة، تم استخدام مادة نانوية تسمى النانو بولي إيثيلين (nanoPE) لتعزيز انبعاث الإشعاع الحراري من سطح المصابيح، مما يسهم في خفض درجة حرارتها بشكل ملحوظ.
كفاءة مصابيح LED
أوضح البروفيسور تشياو تشيانغ غان، قائد الدراسة، أن مصابيح LED تُعتبر من أفضل مصادر الإضاءة بسبب كفاءتها العالية وعمرها الطويل. ومع ذلك، يمكن تحسين أدائها بشكل أكبر من خلال تعديلات بسيطة قد تحدث فرقًا كبيرًا في الاستدامة. وأضاف أن الإضاءة تُشكل حوالي 20% من الاستهلاك العالمي للكهرباء، وتساهم بنحو 6% من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية.
الإضاءة بتقنية النانو بولي إيثيلين
تُعَد مصابيح إنارة الشوارع التقليدية مصممة لتوجيه الضوء نحو الأرض مع احتباس الإشعاع الحراري داخل المصباح. على عكس ذلك، فإن الأعمدة المطلية بتقنية النانو بولي إيثيلين تكون مقلوبة لتوجيه الحرارة نحو السماء بعيدًا عن الجسم المراد إضاءته. تم تصميم هذه التقنية للسماح بمرور الأشعة تحت الحمراء (تمثل الإشعاع الحراري) مع عكس الضوء المرئي. وأظهرت الدراسة أن أكثر من 80% من الأشعة تحت الحمراء تمر عبر المادة، بينما يعكس أكثر من 95% من الضوء المرئي ليعود إلى الأرض.
طريقة عمل الإضاءة
تتكون تقنية “nanoPE” من مادة البولي إيثيلين، وهي الأكثر إنتاجًا على مستوى العالم. تم تحويل هذه المادة إلى طبقة رقيقة تحتوي على مسام صغيرة تصل إلى 30 نانومتر (أصغر بحوالي 1000 مرة من سمك شعرة الإنسان) لتعكس الضوء المرئي وتسمح بمرور الأشعة تحت الحمراء. تم نشر هذه الدراسة في المجلة العلمية Light: Science & Applications بمشاركة عدد من الباحثين من كاوست وكاكست.
