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Nuna4 op de Stuart Highway opweg naar Adelaide
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Die Zukunft des Lichts

These:
Sämtliche wesentlichen Zukunfts-Technologien
basieren auf Licht.

Licht als Treibstoff 

Der photovoltaische Effekt wurde bereits 1839 von dem französischen Physiker A.E. Becquerel entdeckt. Albert Einstein erhielt für seine Arbeit »Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichts betreffenden heuristischen Gesichtspunkt« zum photoelektrischen Effekt 1921 den Nobelpreis. Zur technischen Nutzung des Effektes kam es aber erst ab 1958 und zu ersten Anwendungen bei der Energieversorgung von Satelliten.

Aus den anstehenden energetischen und klimatischen Herausforderungen werden neue Wege für die Erschließung der größten uns verfügbaren Energieressource, der Sonne, hervorgehen. Jedes Jahr strahlt sie ungefähr das 15.000-fache des weltweiten Energiebedarfs (ca. 1,5 · 1018 kWh) in unsere Richtung ab!

Sonnenlicht ist die reinste Form der Energie. Diese kann in unterschiedlichster Form »geerntet« werden: Photovoltaik, Solarthermie, Windenergie, Biomasse. 40 qm Photovoltaikfläche reichen aus, um den Energiebedarf (ca 4.000 kWh) einer vierköpfigen Familie zu decken – rund 100 kWh pro qm pro Jahr liefert eine Photovoltaik-Anlage derzeit.

Kann die Sonne allein unseren Energiebedarf decken? Auch in Mitteleuropa? Sind dezentrale und autarke Energieversorgungen die Zukunftsstrategien auch für hochindustriali-sierte Regionen? Welche Perspektiven gibt es für Nordafrika?

 

Sprünge 

 

Die Vision einer leuchtenden Zukunft

Ein integraler Aspekt unseres Konzeptes ist es, dem Besucher der Ausstellung Möglichkeiten zu geben, sich direkt an Förderprojekten beteiligen zu können. Die LICHTZEIT bietet An-knüpfungspunkte zu konkreten, bereits laufenden oder selbst initiierten Projekten weltweit.

Hier wollen wir Projekten einen Raum geben, die heute zeigen, wie sich basierend auf dezentralen Sonnenanwendungen (Photovoltaik) eine lebenswerte nachhaltige Zukunft gestalten lässt. Sie ist von jedem überall direkt anwendbar – keine Powergrids, keine zentralen Großkraftwerke und keine zentra-listische Energiewirtschaft. Afrika als Modell für eine wirkliche Energierevolution von unten.

Beispiele hierfür sind z.B. Projekte wie »LittleSun« (littlesun.com), »Solarlight for Africa« (solarlightforafrica.org) oder auch unsere »LICHTZEIT SCHOOL«. Sonnenenergie zum Laden von Handys – oder sie wird gespeichert, um nachts zu lesen oder zu lernen – spart Kerosin und Brennholz. Ein wesentlicher Beitrag zur Gesundheit und zur Ressourcenschonung.

LICHTZEIT stellt sich einer globalen Verantwortung und will nicht nur aufklären, sondern selbst agieren und zur Eigen-initiative ermutigen. Die LICHTZEIT SCHOOL ist hier zentraler Baustein einer weitreichenden Strategie.

 

Mobilität 

 

Licht macht mobil

Die Zukunft der individuellen Mobilität liegt sicher in den elektrischen Antrieben. Jedoch werden diese die Umwelt nur entlasten, wenn sie mit regenerativer Energie betrieben werden. Für innerstädtische Kurzstrecken sind die entwickelten Fahrzeuge bereits im Einsatz, vor allem Zweiräder scheinen hier perfekt zu sein, da sie nur kurze Strecken zu bewältigen haben. Flotten und vor allem Carsharing-Systeme mit festen Parkplatzflächen setzen bereits auf E-Mobile.

Knackpunkt der Elektromobilität ist die Lösung der Speicherprobleme. Mit wachsen-dem Bedarf scheint aber auch der Innovationsdruck und damit die Investitionsbereitschaft in diesem Bereich zuzunehmen. Im Verbund der Smart-Grids werden Elektrofahrzeuge zum integralen Speicherbestandteil für überschüssige Sonnenenergie. Neue Speichertechnologien, die im Vergleich zu heutigen Lithiumbatterien 1.000 fache Speicherdichte versprechen, erscheinen am Horizont.

Eins jedoch ist sicher: Fossiles Licht, das heißt aus konservativen Energieträgern gewonnenes, wird in Zukunft nicht mehr billiger. Peak Oil und die Koppelung des Gaspreises an den Ölpreis belegen dies. Regenerative Energien hingegen werden durch Massenproduktion von entsprechenden Anlagen sicher günstiger. Die Kostenschere geht weiter auf – es ist keine Frage mehr, ob regenerative Energien günstiger als fossile sind, sondern wann.

Spezielle Mobilitätsbedürfnisse verlangen spezielle Lösungen. Straßenbahnen, S-Bahnen, U-Bahnen, deutsche Bahnen machen vor, wie man Mobilität energie-effizient sicher-stellen kann. Auch im Individualverkehr wird ein Mentalitätswandel stattfinden. Frage ist, ob die durch die Politik gesetzten Ziele erreicht werden?

 

Produktion

 

Werkzeug Licht

Unsere Werkzeuge wandeln sich. In der industriellen Produktion werden immer mehr Prozesse durch das Licht bestimmt. Der Laser als hochpräzises Werkzeug in der Mikrobearbeitung trennt, schweißt, bohrt kleinste Löcher und trägt hauchdünne Schichten ab. Metalle, Keramik oder andere Materialien – Branchen wie die Halbleiter-, Photovoltaik-, Medizin- oder die Konsumgüterindustrie sind zunehmend auf den Laser angewiesen. Immer kürzere Produktionszyklen, die Miniaturisierung und individualisierte Fertigung machen ihn unersetzlich.

Rapid Manufacturing

3D-Laserdrucker werden bald ein breites Anwendungsfeld bekommen. Längst werden in der Automobilbranche ganze Funktionsprototypen digital »gedruckt«. Lasersintern verschmilzt feinste Metallpulver Schicht für Schicht zu ganzen Bauteilen oder sogar vollständigen, hochbelastbaren Baugruppen. Ganz neue Formen und Fertigungsweisen werden so möglich.

Optische Sensorik

Licht eignet sich in besonderer Art und Weise zum berührungsfreien Messen.

Lasertechnologien werden in Zukunft immer mehr Produktionsfelder erobern. Deutscher Maschinenbau ist hier weltweit führend!

 

Nanotechnologie

 

Licht schreibt

Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter (10−9 m). Im Nanobereich gibt es längst keine Alternative mehr zum Laser: Elektronik-Chips werden in der Halbleiterindustrie mittels optischer Lithographie hergestellt. »Mit Licht auf Stein schreiben« bedeutet Photolithographie im eigentlichen Wortsinn. Die Steine sind heute Halbleiterscheiben aus Silizium, auf die Laser winzige Strukturen schreiben. Ein Transistor kann heute nur noch Nanometer groß sein.

Und die nächste Generation kündigt sich schon an. Denn gemäß dem Moore’schen Gesetz verdoppelt sich die Zahl der Transistoren auf einem Chip etwa alle zwei Jahre. Die Folge: immer kleinere Strukturen. Dafür benötigen wir immer bessere optische Verfahren und Laser mit immer kürzeren Wellenlängen. Photonische Fertigungstechnologien sind die wesentliche Grundlage für die Mikroelektronik auf ihrem Weg zur Nanoelektronik.

Die Grenzen des Machbaren werden mit Licht in immer kleinere Dimensionen verschoben.

 

MedizinTechnik

 

Mit Licht operieren

Nicht nur zur Korrektur von Fehlsichtigkeit verwendet man Laser. Auch bei vielen anderen Operationen wird der Laser inzwischen eingesetzt, da er ein schonenderes Schneiden von Gewebe ermöglicht.

Moderne minimal invasive Operationsmethoden bedienen sich endoskopischer Verfahren, die heute auf visuellen Applikationen basieren. Zukünftig werden die Einführung von Fluoreszenztechniken und der simultane Einsatz zellspezifischer Kontrastmittel den Chirurgen in die Lage versetzen, normales von abnormalem Gewebe direkt vor Ort auf zellulärem Niveau unterscheiden zu können. Schon heute setzt man Laserstrahlung für die gezielte Behandlung von Geweben ein. Die Strahlung kann durch Lichtwellenleiter geleitet, lokal präzise, genau dosiert und durch die Wahl der Wellenlängen mit unterschiedlichen Wirkungen zur Gewebebehandlung eingesetzt werden. Optische Verfahren für den klinischen Einsatz, wie ultrakurze Laserpulse für die Präzisionschirurgie von Auge, Gehirn und Nerven oder der therapeutische Einsatz von Lasern in neuen Gebieten wie etwa der Zahnheilkunde, werden entwickelt.

Biophotonik und molekulare Diagnostik werden eine neue Ära im Life-Science- und Medizinbereich einleiten.
Auch im klinischen Kontext entfaltet Licht seine Qualitäten in Nanometer-feinster Präzision und dosierbarer Energie-Impuls-steuerung.

 

Kommunikation

 

Für blitzschnellen Gedankenaustausch

Die Immaterialien des neuen Milleniums wie Information, Kommunikation und damit Wissen operieren mit dem »Immaterial« als Transmitter: Licht.

Licht wird derzeit bereits zur Datenübertragung und Kommunikation (Fiberoptics) und bei der Datenspeicherung (Holographic Data Storage, CDs und DVDs) verwendet.

Schon heute gibt es kein Telefongespräch und kein Internet ohne Licht. Derzeit wird die Erde mit dem Neuzubau von Glasfasern, die Geschwindigkeiten von mehreren tausenden Kilometern pro Sekunde ermöglichen, vernetzt. Dabei ist das Internet im wahrsten Sinne des Wortes »farbig«: Für die einzelnen Datenkanäle nutzt es das Farbspektrum des Lichts, mit einer Kanalbreite von weniger als einem halben Nanometer. Photonen transportieren heute schon weit über 90 Prozent aller Informationen!

Die Zahl der Internetnutzer wird von derzeit etwa zwei Milliarden auf über vier Milliarden im Jahr 2020 ansteigen. Schon heute nutzen wir das Internet auch mobil. Energiesparende, flexible Bildschirme wie die OLED-Displays unterstützen die mobile Nutzung. Nicht nur Handys und PCs, sondern Hausgeräte, Fahrzeuge und Maschinen bis hin zu kleinsten Sensoren werden integriert sein. Die Zahl der vernetzten Geräte steigt ständig.

Im Labor erreichen optische Netzwerke bereits Übertragungsraten im Terabitbereich. Das entspricht einer Datenmenge von 25 DVDs pro Sekunde. Um dieses Potenzial zu nutzen, bedarf es auch der Umrüstung der sogenannten »letzten Meile« von Kupfer auf Glasfaserverbindungen (Fiber-To-The-Home).

Die Vernetzung der Welt trägt aber auch zum kulturellen Austausch bei. In Millisekunden sind Videos vom Tahrir-Platz oder aus Syrien im Netz zu finden. Der lichtschnelle Gedankenaustausch macht die Welt kleiner.

Neue Möglichkeiten der Kommunikation werden kommende Generationen vor neue Herausforderungen stellen. Das Internet der Dinge wird unser Leben ein weiteres mal umkrempeln. Wir wollen diese erneute Revolution schon heute erlebbar machen.

 

Beleuchtung

 

Kunst-Licht

Natürliches Licht machte das Leben möglich, doch erst das künstliche Licht ermöglichte unsere moderne arbeitsteilige Industriegesellschaft und gab Menschen die Gelegenheit, kulturelle und künstlerische Werke zu schaffen. Der Erfolg des elektrischen Lichts durch Glühlampe und Leuchtstoffröhre war umfassend, Licht wurde für jedermann verfügbar. Heute leuchtet die Erde durch das künstliche Licht des Menschen.

Rund 20 Prozent der elektrischen Energie verbraucht der Mensch allein für die Beleuchtung. Bei der klassischen Glühlampe werden nur etwa drei bis fünf Prozent der elektrischen Energie in Licht umgewandelt, der Rest ist Abwärme.

Die Europäische Kommission startete das schrittweise Verbot der Glühlampen im Jahr 2009. Der Austausch der weltweit etwa acht Milliarden Glühlampen durch Energiesparlampen und zunehmend durch moderne, energieeffiziente Halbleiterbeleuchtung ist eingeleitet. LEDs (lichtemittierende Dioden) und organische LEDs (OLEDs) kombinieren hohe Energieeffizienz, große Farbvielfalt, Stabilität, lange Lebensdauer, Brillanz und völlig neue Designmöglichkeiten.

Leuchten bald unsere Tapeten? Können wir bald leuchtende Farben einfach auf jede Fläche lackieren?

 

Beleuchtung

 

Kunst-Licht

Natürliches Licht machte das Leben möglich, doch erst das künstliche Licht ermöglichte unsere moderne arbeitsteilige Industriegesellschaft und gab Menschen die Gelegenheit, kulturelle und künstlerische Werke zu schaffen. Der Erfolg des elektrischen Lichts durch Glühlampe und Leuchtstoffröhre war umfassend, Licht wurde für jedermann verfügbar. Heute leuchtet die Erde durch das künstliche Licht des Menschen.

Rund 20 Prozent der elektrischen Energie verbraucht der Mensch allein für die Beleuchtung. Bei der klassischen Glühlampe werden nur etwa drei bis fünf Prozent der elektrischen Energie in Licht umgewandelt, der Rest ist Abwärme.

Die Europäische Kommission startete das schrittweise Verbot der Glühlampen im Jahr 2009. Der Austausch der weltweit etwa acht Milliarden Glühlampen durch Energiesparlampen und zunehmend durch moderne, energieeffiziente Halbleiterbeleuchtung ist eingeleitet. LEDs (lichtemittierende Dioden) und organische LEDs (OLEDs) kombinieren hohe Energieeffizienz, große Farbvielfalt, Stabilität, lange Lebensdauer, Brillanz und völlig neue Designmöglichkeiten.

Leuchten bald unsere Tapeten? Können wir bald leuchtende Farben einfach auf jede Fläche lackieren?

 

Erweiterte Realität

 

Welten aus Licht

Massiv immersive 3D-Computer- und Onlinespiele werden zu Ersatzwelten. Durch die exponentiell zunehmende Computerpower werden diese artifiziellen Welten immer realistischer. Die Grenze zwischen Realität und synthetischen Welten beginnt zu verschwimmen.

3D-Filme im Kino und zu Hause führen zu ganz neuen Sehgewohnheiten. Eine Entwicklung, die gerade erst ihren Anfang nimmt, die aber durch das Fortschreiten der Technologie und der Darstellungsqualität Menschen immer tiefer in ihren Bann ziehen wird.

Science Fiction wird Wirklichkeit. Irreale Welten »am Draht« entfalten sich. Das fasziniert, verunsichert aber auch.
Wir wagen Blicke in die Zukunft – und suchen die Diskussion über die Folgen der Weichenstellungen von heute.

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