Gut zwei Jahre forschten Trilux, das Fraunhofer-Institut, Interzero und Inventronics im Rahmen des Sumatra-Projekts an Möglichkeiten, die LED-Beleuchtung nachhaltiger zu gestalten. Ihr Abschlussbericht zeigt, worauf es ankommt.
Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projektkonsortiums Sumatra (Sustainable Materials in future luminaire designs – from Recycling back to Application) forschten Trilux (LED-Leuchten), das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM (Ökobilanzierung), Interzero (Recycling) und Inventronics (LED-Systeme) gemeinsam an Möglichkeiten, die LED-Beleuchtung nachhaltiger zu gestalten. Jedes Unternehmen brachte seine individuellen Kernkompetenzen ein.
Ökobilanzen – Einfluss der Beleuchtung
Klimawandel, Ressourcenverbrauch und ein Verlust der Biodiversität sind drei globale Herausforderungen, denen die Menschheit derzeit begegnet. Um die Auswirkungen der Beleuchtung auf die Umwelt zu untersuchen, erstellte das Projekt Sumatra Ökobilanzen für verschiedene Produkte bzw. Nutzungskonzepte. Untersucht wurde die Beleuchtung anhand mehrerer Umweltwirkungskategorien. Der Einfluss der Beleuchtung auf den Ressourcenverbrauch wurde anhand des Abiotic Depletion Potential of the Elements (ADP) quantifiziert, der Beitrag zur globalen Erwärmung über das Global Warming Potential (GWP) erfasst. Die Auswirkung der Beleuchtung auf die Biodiversität hingegen kann in Ökobilanzen aktuell noch nicht fundiert erfasst werden, heißt es in dem Abschlussbericht.
Forschungsergebnisse
Durch die Untersuchungen konnten die wichtigsten Ansatzpunkte zur Entwicklung einer nachhaltigen Beleuchtung identifiziert werden. Berechnungen zum GWP haben ergeben, dass eine Leuchte über den gesamten Lebenszyklus ca. 1.000 kg CO2-Äquivalente erzeugt. Dabei ist die Produktion der Leuchten lediglich für ein bis fünf Prozent der Emissionen verantwortlich. Der größte Anteil entsteht während der Nutzungsphase durch den Betrieb. Damit bieten die Effizienz der Leuchten und Lichtmanagement die stärksten Hebel, um die durch den Energieverbrauch bedingten CO2-Emissionen zu reduzieren.
Beim ADP haben die in den Leuchten verbauten Elektronikkomponenten den stärksten Einfluss, insbesondere das LED-Modul und das elektronische Vorschaltgerät. Hier gibt es große Varianzen: So besitzen LEDs mit Bonddraht einen rund 500 mal höheren abiotischen Ressourcenverbrauch als Flip-Chip-LEDs. Ein weiterer Ansatzpunkt, um das ADP zu minimieren, ist die Einsparung von Vorschaltgeräten – etwa indem sich mehrere Leuchten ein Vorschaltgerät teilen, oder im Fall von Lichtbändern, wenn möglichst lange Leuchten pro Vorschaltgerät eingesetzt werden.
Auch der Recyclingprozess wurde intensiv untersucht. Hier hat sich gezeigt, dass die aktuellen Rahmenbedingungen in der Recycling-Industrie derzeit lediglich auf eine Wiederverwendung der Metalle ausgelegt sind – sodass ein hohes Optimierungspotential besteht.
Nachhaltiger Prototyp
Auf Basis der Sumatra-Ergebnisse wurde ein besonders nachhaltiger Leuchtenprototyp als Demonstrator entwickelt. Er reduziert das GWP um 15 Prozent und das ADP um bis zu 30 Prozent, gemessen an den Umweltwirkungen einer Referenzleuchte über den gesamten Lebenszyklus. Ein wichtiger Ansatzpunkt, um die Nachhaltigkeit zu erhöhen, war die Effizienz des Prototypen. Sie konnte ohne Beeinträchtigungen bei Qualität und Funktionalität verbessert werden. Und es wären sogar noch höhere Effizienzsteigerungen möglich gewesen, allerdings auf Kosten der Lichtqualität. Das aber kommt für Trilux als Qualitätsanbieter nicht in Frage. „Wir wollen die Lichtqualität nicht aufgrund der Effizienz kompromittieren“, erklärt Dr. Sebastian Knoche, Teamleiter Forschung Lichttechnik bei Trilux, der Sumatra als Projektleiter koordiniert hat.
Zukunftsaufgabe
Die umfassende Ökobilanzierung hat gezeigt, dass Effizienzsteigerungen einen deutlich größeren Einfluss auf das GWP einer Leuchte besitzen als das Recycling von Kunststoffkomponenten wie Gehäuse oder Optik. Dennoch ist das Kunststoffrecycling ein wichtiger Baustein für mehr Nachhaltigkeit. „Unser Planet besitzt ein Plastikproblem, wir erzeugen viel zu viel und recyceln viel zu wenig“, so Dr. Knoche. „Deshalb müssen wir bis 2050 nicht nur in der Energieerzeugung unabhängig von fossilen Energieträgern werden, sondern auch bei der Materialerzeugung auf rohölbasierte Produkte wie Plastik verzichten.“