Shuji Nakamura: Das perfekte Licht

Über Nobelpreise, leuchtende Hotspots und das volle Spektrum: ein erhellendes Gespräch mit dem (Neu)Erfinder der LED

Als Shuji Nakamura in den 1990er Jahren die Entwicklung der blauen LED gelang, hatte er das enorme Anwendungspotenzial für Architektur und Interior nicht im Blick. Um die pure Forschung ging es dem Elektroingenieur: Denn grüne und rote LEDs gab es bereits, doch um weißes Licht erzeugen zu können, fehlten blaue. Nakamuras hochkomplexe Entwicklung war der Durchbruch. 2014 erhielt er dafür den Nobelpreis für Physik. LEDs sind enorm energieeffizient, langlebig, sie bieten völlig neue Gestaltungsdimensionen. Wir haben Nakamura zu einem erhellenden Gespräch in Köln getroffen.

Ohne Licht können Menschen nicht leben. Tagsüber nutzen wir das Sonnenlicht, bei Dunkelheit die künstliche Beleuchtung. „Unser 24/7-Alltag bringt Licht und Menschenleben noch enger zusammen. Das beeinflusst unsere heutige Kultur in entscheidendem Maße“, sagt Shuji Nakamura. Als er in den 1980er Jahren bei der kleinen Firma Nichia Chemicals im japanischen Tokushima mit der Forschung an blau leuchtenden Dioden begann, bekam er nicht viel Zuspruch aus der Welt der Wissenschaft. Jahrzehntelang hatten sich Kollegen bereits daran versucht, waren jedoch gescheitert. Nakamura ließ sich nicht entmutigen. Es dauerte Jahre. Doch dann schaffte der gebürtige Japaner Bahnbrechendes – dank des Einsatzes von Galliumnitrid, einem Halbleiter mit großer Bandlücke. Diese Erfindung brachte Nichia Chemicals rund 80 Patente ein, zeitweilig war das Unternehmen der größte LED-Produzent der Welt.

Smart Professor
Wer jetzt das Bild eines typischen zerstreuten Professors vor Augen hat, liegt falsch, denn Nakamura ist ein schneller, realistischer Forschergeist: „Über mögliche Anwendungen hatte ich mir damals keine Gedanken gemacht. Ich mochte das Forschen, auf Probleme zu stoßen und diese zu lösen. Man kann sagen: Die Problemlösung ist für mich der eigentliche Spaß.“  Wie smart Nakamuras Durchhaltevermögen sein kann, zeigte sich auch später in seiner Karriere: Als er im Jahr 2000 eine Professur an der University of California in Santa Barbara antrat und weiter an LEDs forschte, verklagte ihn Nichia wegen Diebstahls von Geschäftsgeheimnissen. Nakamura reichte eine Gegenklage ein. Schlussendlich einigte man sich auf eine Prämie von umgerechnet 6 Millionen Euro, die höchste, die je an einen japanischen Wissenschaftler gezahlt wurde.

Die Ära post Edison hat begonnen
Und der Nobelpreis? Nakamura und die beiden mit ihm zusammen ausgezeichneten Kollegen hätten quasi das weiße Licht neu erfunden, begründete das Komitee die Verleihung. Und dass sie einen großen Beitrag für die Menschheit geleistet hätten, weil LEDs dazu beitragen, die globale Energiemisere zu minimieren. Auch das treibt den Hybridauto-Fahrer an: „Eine der wichtigsten Aufgaben der Wissenschaftler ist es, dass wir der Menschheit etwas geben. Wissenschaftler tragen die Verantwortung dafür, Technologien zu entwickeln, damit wir ein besseres Leben führen können.“ Während Glühbirnen nur 4 Prozent der elektrischen Energie in Licht umwandeln, sind es bei LEDs derzeit fast 40 Prozent. Sie sind etwa hundert Mal langlebiger und lichtintensiver als alle bislang erhältlichen Leuchtmittel. „Ein Viertel der weltweit genutzten Energie wird derzeit allein für Beleuchtung verbraucht“, weiß der Wissenschaftler, der mittlerweile US-Staatsbürger ist. Angesichts dieser Zahlen wird klar, welches Potenzial im weißen LED-Licht steckt. „Ich habe beispielsweise auch eine LED-Leuchte entwickelt, die einen Wirkungsgrad von 84 Prozent hat. Man kann das noch steigern auf etwa 95 Prozent. Das wäre die perfekte Energieeffizienz für die Zukunft“, sagt Nakamura.

Viele Dimensionen
Autos, Ampeln, Taschenlampen, medizinische Geräte, Displays oder Smartphones werden mit LEDs bestückt. Auch Interior und Architektur erobert das weiße Diodenlicht. Die Innenbeleuchtung im Kölner Dom wird beispielsweise derzeit aufwändig neu konzipiert. LEDs werden in multimediale Leuchtfassaden integriert. Auch die Mode bedient sich dieser Lichttechnik, wie etwa die „Video Jackets“ von Designer Moritz Waldemeyer für das Revival der Popband Take That zeigen. „Jede Art von Licht oder Beleuchtung kann im Prinzip durch LEDs ersetzt werden“, sagt Nakamura. Damit nicht genug. Ultraviolette LEDs beispielsweise sollen künftig verschmutztes Wasser reinigen. Die Technik ist noch nicht ganz ausgereift, weil ihr Wirkungsgrad erst bei 4 Prozent liegt und dieser Wert zu niedrig für eine normale Reinigung ist. „Schafft man es, den Wirkungsgrad auf 10-15 Prozent zu erhöhen, wäre die Idee marktreif.“

Multimediales Licht
Welch umfassendes Potenzial auch auf sozialer und kultureller Ebene in der Erfindung der LEDs steckt, zeigt dieses brandaktuelle Beispiel: Da das W-LAN allmählich seine Kapazitätsgrenze erreicht hat, weil zu viele Menschen zu viele Daten hin und her bewegen, erklärt Nakamura, würde man bald LED-Licht als Medium zur Datenübertragung nutzen. Li-Fi oder Light-Fidelity nennt sich die Technologie, an deren Umsetzung Forscher derzeit arbeiten. In naher Zukunft werden wir dann also LED-Lichtquellen mit unseren Computern ansteuern, um uns hundert Mal schneller zu vernetzen und das ganz ohne schädliche Strahlung. Das wäre ein großer Schritt nach vorn, zur Demokratisierung des Internets, von dem vor allem auch die Entwicklungsländer profitieren könnten. „Ich bin immer wieder sehr erstaunt, was man alles mit LEDs machen kann“, sagt Nakamura schmunzelnd.

Neue Aufgaben für Designer
Wie werden Leuchten demnächst wohl aussehen, wenn sie zum neuen Hotspot werden? Gestaltung mit Licht wird also eine völlig neue Bedeutung bekommen. Dass wir erst am Anfang des Möglichen stehen, sieht man auch daran, dass Designer LEDs bisher eher als Ersatz für Glühbirnen in neue Leuchten integrieren und das Gestaltungspotential noch längst nicht ausschöpfen. „Zum einen ist es ein Kostenfaktor“, meint Nakamura, „LEDs sind immer noch teurer als andere Leuchtmittel. Es ist einfach, Glühbirnen durch LEDs zu ersetzen. Die komplette Infrastruktur samt Stecker und Lichtschalter ist vorhanden. Wollte man LEDs innovativer im Interior einsetzen, müsste man Licht als Teil einer Gesamtplanung viel früher integrieren und in eine neue Infrastruktur investieren.“ Auch die Designer stehen also vor großen Aufgaben.

Volles Spektrum
Vielleicht treibt Nakamura ja die Sehnsucht nach dem perfekten Licht an. Wenn ja, dann hat ihn das inzwischen an einen Ort gebracht, wo die Sonne sicher scheint: nach Santa Barbara in Kalifornien. Dort ist er nicht nur Professor an der University of California. Er hat auch sein eigenes Unternehmen gegründet, Soraa, mit dem er neue Erfindungen zur Marktreife bringt und weltweit vertreibt. Wen wundert’s? Auch als Entrepreneur ist der smarte Physiker erfolgreich. Und das hat einen guten Grund. Nakamura macht sich viele Gedanken um unsere Zukunft auf diesem Planeten. „Die Bevölkerung wird weiter steigen. Wenn Ressourcen knapp werden, werden die Menschen aneinandergeraten. Das bedeutet globaler Krieg um Wasser, Lebensmittel, Energie. Das wäre jedoch der Untergang der Menschheit. Damit das nicht passiert, muss die Wissenschaft so schnell wie möglich an neuen Lösungen weiterarbeiten.“ Vollspektrum-LEDs sind eine aktuelle Errungenschaft. Sie bilden ein noch größeres Farbspektrum ab und kommen damit dem des Sonnenlichts sehr nahe. Weiß- und Farbtöne sollen damit in höchster Intensität wiedergegeben werden.

Die Zukunft: Laser
Außerdem beschäftigt Nakamura sich gerade mit Laser-Beleuchtung. „Die Lichtquelle ist etwa genauso groß wie eine LED, aber sie bietet eine tausendfache Lichtintensität“, erklärt Nakamura. Aktuell wird die Technik für die Automobilindustrie adaptiert: Audi und BMW setzen sie für die Scheinwerfer einiger ihrer aktuellen Modelle ein. Für den Wohnbereich wäre Laser-Beleuchtung theoretisch auch etwas. Wirkungskraft und Kosten müssten allerdings erst optimiert werden. Aber der hartnäckige Professor wird auch dafür sicher eine Lösung finden.

(Kathrin Spohr)

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