Kolumne: Leuchtstofflampen ohne Quecksilber! Aber mit Schnitzeleffekt?Mercury-free fluorescent lamps! With schnitzel effect?

23. Okt 2013

Leuchtstofflampen ohne Quecksilber! Aber mit Schnitzeleffekt?

Text: Joachim Ritter
Photo: Wikipedia

Was hat(te) die Hannover-Messe mit Licht zu tun? Sie verstehen die Frage nicht? Dann dürften Sie geschätzt kaum älter als 35 sein oder aber in den vergangenen 15 Jahren nicht in der Lichtbranche gearbeitet haben. Das hat nicht mit hellseherischen Fähigkeiten zu tun, sondern ist einzig und allein in der Tatsache begründet, dass sich die Lichtindustrie im Jahr 2000 erstmalig auf der Light+Building in Frankfurt präsentierte und sich von der Hannover-Messe und der so genannten Weltlichtschau abgewendet hat. Seit Bestehen der Messe war die Weltlichtschau und das Licht bis dahin als technische Disziplin fester jährlicher Bestandteil der Messe. Die weitere Erfolgsstory der Light+Building ist bekannt. Die Hannover-Messe ist seither an dieser Stelle unterbelichtet.
Interessant ist aber, dass so hin und wieder etwas aus der Industriemesse in die Lichtwelt hinüberschwappt. So geschehen in diesem Jahr, als das deutsche Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eine Leuchtstofflampe ohne Quecksilber präsentierte. Und sie funktioniert sogar – allerdings nur mit Hilfe von Mikrowellen. Seit mehr als zwei Jahren forscht Professor Rainer Kling mit seinem Team daran, das giftige Metall aus den Lampen zu verbannen – mit Erfolg. Auf der Hannover Messe 2013 präsentierte er seinen Prototypen mit dem „galanten“ Namen „3rdPPBulb“. Im kommenden Jahr soll die Lampe sogar in Serie gehen. Der Teufel Quecksilber wäre damit passé. Und die Lampe soll wohl noch effizienter werden. „Wir wollen die Leistung einer herkömmlichen 75-Watt-Birne mit 11 bis 12 Watt erreichen“, glaubt Prof. Kling. Kompaktleuchtstofflampen brauchen dafür etwa 16 Watt. LED-Lampen, die auch quecksilberfrei sind, erreichen zwar zum Teil bessere Werte, kommen aber spätestens bei 75 Watt Lichtleistung an ihre Grenzen. Nach seiner Einschätzung wird sie rund 30 000 Stunden halten.
Was ist nun der Trick der Erfindung? In herkömmlichen Energiesparlampen sorgen Elektroden dafür, dass sich ein Gasgemisch entzündet. Da sich Quecksilber bereits bei niedrigen Temperaturen in Gas umwandelt, ist es der optimale Leuchtstoff. Ungiftige Gase brauchen mehr Wärme, um zu leuchten. Diese erzeugt Kling mit Mikrowellen, die Erfindung eines Kollegen aus Aachen, der an dem Forschungsprojekt beteiligt ist. Die Mikrowellen zünden das Gas von außen – die Lampe benötigt also keine Elektroden mehr, die mit der Zeit durchbrennen. Diese Mikrowellen sind nach Angaben der Forscher ungefährlich. „Das ist im Grunde dieselbe Technik wie in jedem Handy oder bei Bluetooth. Zurzeit führt der Patentfonds die Lizenzverhandlungen mit den großen Herstellern“, sagt Kling. „Ich gehe davon aus, dass unsere Lampe im kommenden Jahr zu kaufen sein wird.“ Nun ist diese Technik nicht nun wirklich meine Domäne. Also habe ich an dieser Stelle einen Fachmann zu Rate gezogen, der sich einige Gedanken gemacht hat. Thomas Röding von der Insta GmbH bewertet die Innovation kritisch:

„In dem Bericht werden zwar Wattagen genannt, aber keine Lichtströme. Zu der Effizienz der Lampe ist in der Öffentlichkeit noch nichts bekannt. Aus den angepeilten 12 Watt für eine 75 Watt Glühlampe kann man eine Effizienz größer 70 Lumen/W herleiten, was deutlich besser wäre als bisherige TCL, die LED Technik kann man damit aber nicht ausbremsen. Hier sehe ich schon die erste große Hürde dieser Technologie. Die Effizienz des gesamten angebotenen Systems wird aber darüber entscheiden, ob es überhaupt zur Marktreife kommt.
Es ist positiv zu bewerten, dass die Elektroden entfallen sind, das ist ein Schwachpunkt der Leuchtstofflampe und ein echter Fortschritt. Die Angabe von zirka 30.000 Stunden Lebensdauer muss aber als Laborwert betrachtet werden. Die Praxis zwingt oft zu Kompromissen. Was eine spätere Serientype leisten kann, hängt noch von wesentlich mehr Faktoren ab. Interessant ist, dass der Entwickler die Lebensdauer als Nachteil bezeichnet. Entweder er traut dem Projekt nicht vollends oder er weiß um die Probleme bei der Vermarktung langlebiger Erzeugnisse. Da sind zum Beispiel erst einmal die Normen und Richtlinien durch ein Serienprodukt zu erfüllen. Allein das kann schon zu Änderungen führen, die das Produkt unverkäuflich machen. Entweder im Preis oder durch die erbrachte Leistung. Schließlich muss die Lampe ja in die Hüllkurven der zu ersetzenden anderen Lampen und deren Fassungen hineinpassen. Dadurch wird das Thermomanagement eingeschränkt.
Dann kommt die Verfügbarkeit der benötigten Materialien. Sind dort teure spezielle Elemente oder Bauteile notwendig, ist die Serie begrenzt und der Preis hoch. Hier muss man die weitere Entwicklung abwarten, wobei die Zeit im Prinzip gegen diese Lampe läuft. Die Entwicklung kommt meines Erachtens zehn Jahre zu spät.
Welche Vorschaltgerätetechnik muss dazu verwendet werden? Vorhandene Geräte können es wohl nicht sein. Die Entwicklung von Netzteilen ist unter den gegebenen Normen komplex. Es sind sicherlich auch Betriebsgenehmigungen für diese Technologie zu beantragen, deren Prüfung dauern kann. Je nachdem, welches Bauprinzip entsteht, muss gegebenenfalls die ganze Leuchte getauscht werden, was sich auf die Verwendbarkeit ungünstig auswirkt. Weitere Fragen wie etwa zur Akzeptanz von Leuchtstofflampenlicht in der Bevölkerung und dem Verhalten des Lichtstromes bei unterschiedlichen Temperaturen zeigen, dass hier noch viel Klärungsbedarf ist.“

Ich will ja nicht unken, aber ich glaube das wird eng mit der Marktreife in 2014. Will sich die Lichtindustrie das wirklich antun, hier ein neues thematisches Fass aufzumachen und die LED zu hinterfragen? Technik kann zwar spannend sein und Forscher erfolgreich neue Lösungen finden, aber irgendwann sollte man auch erkennen können, dass nicht jede technische Lösung auch eine Alternative ist, die uns weiter bringt. Einen Nobelpreis wird das Projekt deshalb wohl nie erhalten, es sei den die Mikrowellen-Lampen können gleichzeitig genutzt werden, um gleichzeitig das Schnitzel zu garen. Dann wären die energiebewussten Politiker gefragt, uns auch diese Technik aufzuzwingen.

Die komplette Version dieses Artikels erhalten Sie in der Ausgabe PLD Nr. 90
Einen medial angereicherten Artikel erhalten Sie in unserer PLD magazine App (iPad App Store).

Mercury-free fluorescent lamps! With schnitzel effect?

Text: Joachim Ritter
Photo: Wikipedia

What has the Hanover Fair got to do with lighting? You don’t understand the question? Then I would guess you are no older than 35 or have not been working in the lighting industry for the last 15 years. That is not connected to my inexplicable skills as a clairvoyant, but is quite simple rooted in the fact that the lighting industry only started presenting their wares at Light+Building in Frankfurt in the year 2000, having turned their backs on the Hanover Fair and the so-called World Light Show. Ever since the fair in Hanover existed, the World Light Show, and Lighting as a technical discipline, formed an integral part of the fair. The success recorded by Light+Building is no secret. Since 2000, the Hanover Fair has been somewhat underexposed when it comes to Light and Lighting.

It is, however, interesting to note that every now and then something from the industrial fair spills over into the lighting world. As it is, this year the Karlsruhe Institute of Technology (KIT) presented a mercury-free fluorescent lamp. Which works – with the aid of microwave technology. Professor Rainer Kling and his team have working in earnest for over two years to remove the toxic metal from the lamps – and they have done it. At the 2013 Hanover Fair he presented a series of prototypes by the intriguing name of „3rdPPBulb“. Next year, the lamps are due to go into series production. The “devil’s metal” will be a thing of the past. And the new lamps are supposed to be even more efficient than conventional ones. Prof. Kling maintains: „We want to achieve the performance of a conventional 75 watt bulb with just 11 or 12 watts“. Compact fluorescent lamps need 16 watts to achieve that. Some LED light sources, which are also mercury-free, do achieve better values, but would be pushing it a bit far to reach the 75 watt benchmark. Prof. Kling estimates a lamp life of around 30,000 hours for his prodigies.
What is the trick behind this invention? In conventional energy-saving lamps the gas mixture is ignited by electrodes. Since mercury already turns into gas at low temperatures, it makes for an optimum luminescent substance. Non-toxic gases require more heat to make them glow. Kling achieves this using microwaves, a discovery made by a colleague of his from Aachen, who is also involved in the research project. The microwaves ignite the gas externally – the lamp no longer needs any electrodes, which burn out with time. According to the researchers, these microwaves are harmless. „We are talking about the basically same technology that is used for mobile phones or Bluetooth equipment. Right now patent licence negotiations are being conducted with the big manufacturers,“ Kling explains. „I presume that our lamp will be available on the market as of next year“. This technology is not really my domain, which is why I consulted an expert, who in turn gave some thought to the whole topic. Thomas Röding from Insta GmbH took a critical view of the innovation:

“In the report they talk about wattages but not about luminous flux. Nothing is publicly known about the efficiency of the lamp. Taking the planned 12 watts for a 75 watt incandescent lamp as a basis would mean a luminous efficacy greater than 70 lumens per watt. That would be substantially better than what the TCL has been able to offer to date, but not enough to derail LED technology. This is where I see the first big hurdle for this technology. It depends on the efficiency of the overall system – that will decide whether the product can even be considered ready for the market. It is certainly positive that the Karlsruhe team have managed to do away with the electrodes. That is real progress, since electrodes are one of the weak points in fluorescent technology. The quoted lamp life of 30,000 hours can only be regarded as a laboratory value. In practice, we are often forced to make compromises. In practise, we are often forced to make compromises. How a series products performance it is on the market essentially depends on a lot more factors. It is interesting to note that the developer regards the lamp life as a disadvantage. Either he does not believe in the product as much as he claims to or he is aware of the problems involved when marketing long-life products.
For a start, you have the codes and standards that a series product is required to meet. That alone can lead to modifications having to be made which can render the product unmarketable – either because of the price or for performance reasons. After all, the lamp needs to fit into the envelopes of the lamps it is supposed to be replacing as well as into the respective lamp holders. That can have a negative effect on heat management.
Then there is the issue of availability of materials. If special expensive elements or components are required, the series will be limited and the price high. Of course, we will have to wait and see what develops, although time is basically running short for this lamp. In my opinion, this development is ten years too late.
What control gear technology is required? Existing gear will not provide the answer. Given current standards, the development of power supply units is complex. It will probably be necessary to apply for an operating permit for this technology, and it can take some time to get that through. Depending on what construction principles evolve, it may be necessary to replace the whole luminaire, which will have a negative impact on the usability of the light source. Further issues, such as the public acceptance of fluorescent lighting, and fluctuations in luminous flux at different temperatures, indicate that there is still a substantial need for clarification”.

I do not wish to be alarmist, or unduly negative, but it looks like it could be a bit tight for this product to be market-ready by 2014. Is the lighting industry really prepared to open yet another can of worms and challenge the LED? Technology may be exciting, and researchers successful in finding new solutions, but there comes a time when you have to admit that not every technical solution is a real alternative. The project is therefore not likely to win a Nobel Prize, unless the microwave lamps can simultaneously be used to cook a schnitzel. If that were the case, I am sure energy-conscious politicians would be delighted to enforce this technology upon us.

The full version of the article can be found in PLD No. 90
And our PLD magazine app (iPad App Store) contains a media-enhanced version.

My opinion:

Leave a comment / Kommentieren

Leave the first comment / Erster Kommentar

avatar
wpDiscuz

©2017 published by VIA-Verlag | Marienfelder Strasse 18 | 33330 Guetersloh | Germany

Page generated in 0,205 seconds. Stats plugin by www.blog.ca