Der Physik-Nobelpreis des Jahres 2014 ist vergeben. Leider wurden wieder nicht die Entdecker der Exoplaneten ausgezeichnet und der Preis hat auch nicht direkt etwas mit Astronomie zu tun. Indirekt aber schon – denn es geht um energiesparende Beleuchtung und die Wiedergewinnung des Sternenhimmels.
Die Preisträger des Jahres 2014 sind Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura. Sie haben blaue Leuchtdioden erfunden und wenn das auch ein klein wenig unspektakulär klingt, ist es doch eine durchaus bedeutende Sache. Leuchtdioden beziehungsweise LEDs gibt es schon seit einiger Zeit. Es handelt sich dabei um Halbleiter, die Licht emittieren, wenn man Strom durch sie schickt. Je nachdem welches Material man für den Halbleiter verwendet, bekommt man Licht mit unterschiedlicher Wellenlänge; also auch Licht mit unterschiedlicher Farbe. Zuerst, in den 1960er Jahren, konnte man nur rote LEDs bauen; in den 1970er Jahren gab es dann auch grüne Leuchtdioden. Richtig schwierig war es aber, blaues Licht zu erzeugen – das haben viele Forscher und Firmen probiert ohne die technischen Probleme in den Griff zu bekommen und das richtige Material auf die richtige Art und Weise zu behandeln. Erst Ende 1988 gelang es Isamu Akasaki und Hiroshi Amano unter der Verwendung von Galliumnitrid eine blau leuchtende LED zu konstruieren und Shuji Nakamura fand 1992 eine weitere Möglichkeit dieses Ziel zu erreichen.
Blaues Licht scheint nicht so dramatisch wichtig zu sein – aber man braucht es, wenn man weißes Licht erzeugen will. Dazu muss man rot, grün und blau mischen und das war erst mit der Erfindung der drei diesjährigen Preisträger möglich. Die weißen (und farbigen) LEDs werden heute überall eingesetzt; in elektronischen Geräten beispielsweise aber auch immer öfter als klassische Leuchtmittel. Und hier zeigt sich dann auch die Verbindung zur Astronomie.
Die normalen Leuchtkörper die heute meist noch überall eingesetzt werden, verbrauchen nicht nur mehr Energie als die LEDs. Sie lassen sich auch nicht so gezielt anwenden wie das mit modernen Leuchtdioden möglich ist. Das Resultat ist das, was man „Lichtverschmutzung“ (ich habe zum Beispiel hier ausführlich darüber geschrieben und in dieser Podcastfolge mehr dazu erzählt) nennt und was mittlerweile zu einem großen Problem nicht nur für die Astronomen geworden ist.
Licht, das nicht das beleuchten soll, für das es gedacht ist sondern einfach nur in den Himmel strahlt, ist auf viele Arten schädlich. Der aufgehellte Himmel und die immer heller werdenden Nächte sind ein ökologisches Problem und viele Tiere und Pflanzen kommen mit den Störungen im Hell-Dunkel-Zyklus nicht zurecht. Es gibt auch Hinweise, dass Menschen gesundheitlich betroffen sind, denn auch für die Vorgänge in unserem Körper ist ein ungestörter Wechsel von Licht und Dunkelheit nötig. Die Lichtverschmutzung ist aber auch ein wirtschaftliches Problem, denn die unnütze Beleuchtung des Himmels kostet Geld, das anderswo dringend benötigt wird. Und wenn auch die Astronomen mit ihren Instrumenten in den Weltraum oder in abgelegene Wüsten flüchten können um dort wissenschaftlich zu arbeiten, verliert der Rest der Menschheit durch die Lichtverschmutzung einen wichtigen Teil seines kulturellen Erbes. Der Anblick des sternenübersäten Nachthimmels hat in der Vergangenheit Künstler, Philosophen und Religionen inspiriert. Heute hat aber kaum jemand von uns jemals einen echten Nachthimmel gesehen. Wir kennen nur die paar hellen Sternen die am grauen Himmel über unseren Städten sichtbar sind, aber nicht die tausenden Lichtpunkten die in verschiedenen Farben vor einem völlig schwarzen Hintergrund leuchten. Die wenigsten von uns sind nachts allein im Licht der Sterne spazieren gegangen und wir sehen die Milchstraße nicht mehr, die früher für die Menschen ein vertrauter Anblick war. Die Faszination, die dem Sternenhimmel innewohnt, ist für unsere Augen verschwunden und damit auch ein Teil unserer Verbindung zum Rest des Universums.
Die Berichte über den Physik-Nobelpreis 2014 werden sich vermutlich hauptsächlich mit den technischen Anwendungen der blauen (und weißen) LEDs beschäftigen und den materialphysikalischen Details der Forschung. Von diesen Themen habe ich wenig Ahnung und deswegen versuche ich erst gar nicht, etwas darüber zu schreiben. Ich beschränke mich darauf, mich bei Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura für ihre wichtige Arbeit zu bedanken und hoffe, dass ihre grundlegende Forschung in Zukunft zu immer besseren und effizienteren Leuchtdioden führen wird, mit denen wir unsere Nacht auf vernünftige Weise beleuchten können, ohne dabei Energie zu verschwenden, die Umwelt zu schädigen und vor allem ohne dabei den wunderbaren Sternenhimmel über unseren Köpfen verschwinden zu lassen!
Oh, hellgrauer Himmel über Berlin, wie schön … der hat für mich damit gewonnen und ich teile sicherlich keine Freude darüber.
Wären sie nicht so hell, ginge es vielleicht noch, seufz … und das Spektrum kann ich auch nicht rausfiltern …
Es ist wirklich schlimm, man sieht das Gegenteil nur bei Stromausfall. Einmal passiert, Dorf ohne Strom im Winter mit Schnee und Mond. Genial.
@FF
Ein bisschen kontraproduktiv ist die blaue LED auch, denn große Bildschirme die man immer häufiger in den Städten sieht gäbs auch nicht und was die zusammenflackern ist IMO noch schlimmer als eine Beleuchtung.
Die Hälfte meiner Wohnungsbeleuchtung ist durch natürliches Ausfallableben bereits in warmweiße LEDs getauscht. Da darf ich mir als Early Adopter doch mal selbst auf die Schultern klopfen.
Natürlich wird immer wieder (zurecht) erwähnt wie Energiesparend die LED-Lampen sind. Allerdings wurde mein Bild dieses Leuchtmittels stark getrübt als mein Elektronik Professor mal solch eine Lampe auseinander genommen hat und zeigt was da alles verbaut ist. Vergleicht man das mit der Herstellung einer einfachen Glühbirne fragt man sich doch nach dem Sinn. Viel Elektronik die ja in der Herstellung schon Energieintensiv ist, dazu ein großer Aluminium Kühlkörper bei dem das Material erst aus Bauxit gewonnenen werden muss was ein enorm Energie aufwändiger Prozess ist usw usf. Dazu kommt das die Lampe zerlegt wurde weil sie schon ihren Dienst nach vergleichsweise kurzer Zeit versagt hat. Bedenkt man das es eine Glühbirne gibt die seit 100 Jahren brennt ist das alles für mich mittlerweile nur noch Argumentation um die deutlich teureren LED’s zu verkaufen.
Hallo,
mein Glückwunsch an die Preisträger!
@Kevin
Ach immer dieses rumreiten auf der einen einzelnen Glühbirne, die meisten dürften zu früh kaputt gegangen sein und genug wurden vor ihrem Ableben ausgetauscht weil sie ihre Sollhelligkeit lange vor dem Ableben nicht mehr erreichten…
Und wie viele kaputt gegangen sind weil aus Geldgründen kein Softstart mit Stromregelung genutzt wurde… 😉
Die besseren LED mit brauchbarer elektronik leuchten länger und dauerhafter mit gleicher Helligkeit weiter im Vergleich zu den allermeisten Glühbirnen oder Leuchtstoffröhren.
Man kann Leds natürlich auch nur mit einem Vorwiderstand und Trafo zur spannungsanpassung betreiben. Das flackert halt, ist ineffizient und die Lebensdauer der LED ist dramatisch runtergesetzt.
Mit dem Kühlkörper hast du allerdings recht und bei größerer Leistung wird der nur noch größer, bis dann aktiv gekühlt werden muss.
@Chris
Nun, dabei sollte aber nicht vergessen werden das die Lebensdauer von Glühbirnen durch die Hersteller begrenzt wird. Diese ganze Glühbirne abschaffen Nummer hat für mich bis heute einen faden Beigeschmack. Bei Energiesparlampen gibt es wohl recht viele Fälle in denen Personen Probleme mit dem blauen Farbanteil haben und die LED Technologie ist auch noch nicht wirklich ausgereift. Scheint mir so als wäre das ganze etwas zu schnell durchgedrückt wurden.
LEDs mag ich sehr, allerdings nicht als Raumbeleuchtung. Mir ist das leuchten einer normalen Glühlampe sehr viel angenehmer als Licht von LED und Energiesparlampen. Aber diese sind ja mitlerweile böse – abschaffen.
Als Signalleuchten, Mäusekino etc. sind LEDs allerdings sehr gut zu gebrauchen, jedoch werden sie für mich niemals die gewöhnliche Glühlampe ersetzen.
Moin,
@Kevin
Fader Beigeschmack ist gut. Das war ein Glanzstück des Lobbyismus der Lampenhersteller, warum sämtliche Politiker da mitgemacht haben ist mir ein Rätsel, es war klar das sowas nicht gut ankommt.
@Patrick
Das gibt sich schnell, es muss sauber geplant werden und es müssen die richtigen LEDs rein, teurer wird es noch dazu und zwar nicht gerade wenig.
Einfach austauschen geht eigentlich nicht so richtig gut, wird aber so verkauft.
Ich kann mich noch an die ersten blauen LEDs erinnern. Die haben damals 27 DM (oder so) pro Stück gekostet. Normale Farben kosteten damals 20 Pfennige das Stück. Und die blauen LEDs waren auch noch viel dunkler als die normalen, die auch noch deutlich dunkler waren als was man heute hat.
Ich muss noch anmerken, dass das damals noch Siliziumkarbid LEDs waren-
Hallo Florian,
ich kann den Optimismus nicht ganz folgen:
„ energiesparende Beleuchtung und die Wiedergewinnung des Sternenhimmels.“
Sind die Wirkungsgrade der LED wirklich so viel besser als die der Natriumdampflampen?
Die Natriumlampe kann man in der Astronomie ausfiltern. Was aber wenn der Himmel dann im GESAMMTEN Spektrum bestrahlt wird?
Reflektoren hätte man auch an die „alten“ Lampen bauen können wenn man gewollt hätte.
Wird man die neue „sparsame „ LED Technik nicht die ganze Nacht brennen lassen?
@Michael Winter: „Wird man die neue „sparsame „ LED Technik nicht die ganze Nacht brennen lassen?“
Vielleicht. Aber ich habe die Hoffnung, dass ein Wechsel auf LEDs auch gleich einen Wechsel des Beleuchtungskonzept bedeutet; das man sich also überlegt, WAS man beleuchtet.
Mit den LEDs habe ich schon lange sehr gute Erfahrungen gemacht.
Im Treppenhaus 8 * 10 W und 1 * 20 W Halogen gegen 9 * 1W ausgetauscht, angenehmeres Licht und viel heller (Liegt auch an der Beschaffenheit der Lampe). War vor 4 Jahren mein erstes Projekt da die Halogenbirnen wegen der starken Hitzeabgabe regelmäßig die Anschlukabel abschmoren ließen. Außerdem wird das Treppenhauslicht am meisten genutzt.
Im Flur 3*20W gegen 3*3W , 120° Abstrahlwinkel ausgetauscht, heller und angenehmer.
Im Bad 100W Hallogenstrahler mit Eigenbau 8*1,2W LED ersetzt, ist fast zu hell.
Im Keller 75W Glühbirne gegen 2*3W (45° Abstrahlwinkel) ersetz, viel heller aber nicht oprtimal dal der Abstrahlwinkel zu eng ist.
In der Küche bin ich nicht ganz zufrieden, hier habe ich aber bei der Bestellung nicht auf die Lichtfarbe geachtet. Das ist halt der Unterschied zur Glüh/Halogenbirne. Man nuss auf die Lichtfarbe und den sogenannten CRI Faktor achten.
@Michael Winter
Gerade weil in den LEDs sowieso schon Elektronik enthalten ist, ist z.B.: bei Straßenlampen der Aufwand für Dimmen oder Schalten wenn jemand in den Lampenbereich kommt gering. Einfach mal googeln und Beispiele suchen, da gibt es tolle Lösungsansätze (z.B.: einsamer Fuß/Fahrradweg an dem das Licht dem Fahrradfahrer oder Fußgänger folgt.
Und wer LED-Beleuchtung nicht ausschaltet, läßt auch die Glühbirne immer an. Das hat mehr mit Bequemlichkeit (das ist in diesem Fall mit Egoismus gleichzusetzen) als mit Sparen zu tun!
Wie Funsailor schon anmerkte muss man bei den LEDs sehr genau auf die Lichtfarbe achten (unbedingt warmweiß nehmen, kaltweiß z.B. dröhnt einem die Birne in kurzer Zeit weg 🙂
Bei mir zu Hause sind fast nur mehr LEDs im Einsatz und ich finde ihr Licht sogar besser als die Glühlampen. Den ganzen Rest der Energiesparlampen kann man IMO kübeln.
@Franz
Ja, die elenden Energiesparlampen habe ich mir gespart. Bis die angehen und erst die Lichtfarben. 🙁
Ganz zu schweigen vom Entsorgungsproblem.
Zu den Lichtfarben der LEDs eine kleine Bemerkung:
Man sollte weniger auf die Angaben „Kaltweiß“ und „Warmweiß“ schauen, sondern auf die Farbtemperaturen.
Siehe z.B.:
https://www.philips.de/e/led-beleuchtung/warmweisses-led-licht.html
hier kann man die Farbtemperaturen mittels Schiebeschalter testen.
Ich persönlich habe im Kellervorraum die Kaltweiße mit 4700K eingesetzt und die machen dort ein sehr gutes Licht. Hier benötige ich kein gemütliches sondern ein funktionelles Licht.
Insofern bieten hier die LEDs auch viel mehr Möglichkeiten einen Raum nach Funktion zu beleuchten
Ich habe auch meine Wohnung nahezu vollständig mit LEDs ausgestattet, habe aber vermutlich genau beim großen Licht des Wohnzimmers auf ein bestimmtes Merkmal nicht geachtet, denn die flimmern und flackern seltsam, mit einem ganz kurzen extra Flackern im 1,5-Sekunden-Rhythmus. Fiel eigentlich kaum auf, bis man es schließlich mal bemerkte und seitdem nicht mehr nicht bemerken kann. 🙂
Auf welches Merkmal hätte ich beim Kauf achten sollen, um das zu vermeiden? Oder klingt meine Beschreibung eher so, als hätte die Elektronik schlicht einen Fehler?
Entschuldigung für den Off-Topic-Betrag.
[…] Woche wurden die Nobelpreise des Jahres 2014 verliehen und über den Physikpreis habe ich ja schon ein bisschen etwas geschrieben. Sehr faszinierend war aber dieses Jahr auch der Preis für Chemie. Der wurde an Eric Betzig, […]