Gallium: der unbesungene Held in modernen Wohnungen?

Bild https://en.wikipedia.org/wiki/LED_lamp

Leute,

außerhalb der Wände der Indium Corporation werden wahrscheinlich nur wenige Leute das Wort „Gallium“ hören. Gallium ist jedoch für eine der Grundbedingungen des modernen Wohnens unerlässlich: die Beleuchtung.

Von der Urgeschichte bis ca. 1900 lebten die Menschen im Dunkeln. Die Beleuchtung ist wahrscheinlich der Aspekt des modernen Wohnens, den die meisten als selbstverständlich hinnehmen. Dieser Umstand wurde mir bewusst, als ich den Film Der Mann, der Weihnachten erfand sah. Der Film schildert Charles Dickens beim Schreiben seines Romans A Christmas Carol - Die Nacht vor Weihnachten. In einer Nebenhandlung hilft Dickens einem seiner Verwandten, der ebenfalls einen Roman schreibt. Der Verwandte beschwert sich darüber, dass Dickens ihm nicht genügend Kerzen zur Verfügung stellt. Im London der 1840er-Jahre hatten es Schriftsteller ohne ausreichende Kerzen nicht leicht, insbesondere im Winter, wenn die Tage nur kurz sind. Jede Art der Beleuchtung vor 1900 war extrem teuer. 3,5 Liter Walöl kosteten umgerechnet 220 Euro heutiger Währung.

Edisons Entwicklung der praktischen Glühlampenbeleuchtung im Jahr 1880 stellte einen enormen Durchbruch dar, der zudem die Entwicklung eines elektrischen Netzes förderte. Anfang der 1900er-Jahre war die elektrische Beleuchtung bereits allgemein üblich und relativ günstig. Nur 3 bis 5 % der von einer Glühlampe verbrauchten Energie wird jedoch zur Lichterzeugung eingesetzt, die restliche Energie wird als Wärme verschwendet. Leuchtstoffröhren sind wesentlich effizienter, der Champion in puncto Effizienz ist jedoch die LED-Beleuchtung. Um die Lichtmenge einer 40-Watt-Glühbirne zu erzeugen, benötigt eine Kompakt-Leuchtstofflampe (CFL) nur 11 Watt und eine LED lediglich 7 Watt. Eine CFL-Lampe hält mehr als 7 Mal so lange wie die 1200 Stunden einer Glühlampe, der Champion ist jedoch wieder die LED mit mehr als 25.000 Stunden. In den meisten Fällen entspricht dies buchstäblich einer Lebenszeit. Weder Leuchtstoffröhren noch die frühen LEDs zeichneten sich durch eine angenehme Farbwiedergabe aus. Beide hatten einen grellen, leuchtenden, bläulichen Farbton. Die jüngsten Fortschritte in der LED-Technologie haben jedoch Birnen hervorgebracht, deren Farbton so angenehm wie der einer Glühbirne ist. Auf der Abbildung 1 finden Sie einen Vergleich der Eigenschaften dieser unterschiedlichen Beleuchtungsarten.

Abbildung 1. LEDs sind die effizienteste, langlebigste und kosteneffektivste Lichtquelle.

Auf die Beleuchtung entfällt ca. 7 % des Gesamtstromverbrauchs der USA. Bei zunehmender Verwendung von LEDs sollte dieser Anteil somit auf 3 % oder sogar darunter reduziert werden können. Die Anschaffungskosten von LEDs sind immer noch relativ hoch. Unter Berücksichtigung der langen Lebensdauer und Energieeffizienz sind sie jedoch insgesamt gesehen die billigste Lichtquelle. Angesichts all dieser Vorteile ist die Birne der Gegenwart und Zukunft die LED.

Und was hat Gallium mit dieser Erfolgsgeschichte zu tun? Das Grundmaterial für LED-Lampen ist Galliumnitrid. Galliumnitrid und dessen Verwendung in LEDs ist eine relativ neue Entdeckung, die in den 1990er-Jahren gemacht wurde. Gallium besitzt die interessante Eigenschaft, dass dessen Schmelztemperatur 30 ºC beträgt. Wenn Sie es in der Hand halten, schmilzt es somit!

Abbildung 2. Gallium ist ein Ausgangsmaterial von Galliumnitrid, das in LEDs eingesetzt wird.​

Wenn Sie also das nächste Mal eine LED-Lampe einschalten, dann denken Sie daran, dass es diese Lampe ohne Gallium bzw. Galliumnitrid gar nicht geben würde.

Danke,

Dr. Ron