ഭാവിയിലെ വെളിച്ചം

അവസാനം യൂറോപ്പില്‍ നിന്ന് ബള്‍ബുകള്‍ ഇല്ലാതാക്കാനുള്ള നിയമം European Commission എടുത്തു. അമേരിക്ക അടുത്ത വര്‍ഷം ഇത്തരം നയം എടുക്കുമെന്ന് കരുതുന്നു. ആസ്ട്രേലിയ, ബ്രസീല്‍, സ്വിറ്റ്സര്‍ലാന്റ് ഇതിനകം തന്നെ ബള്‍ബുകളില്ലാതാക്കിക്കഴിഞ്ഞു. സ്വയം സന്നദ്ധമായ ബള്‍ബില്ലാതാക്കല്‍ പരിപാടി ബ്രിട്ടണ്‍ ആവിഷ്കരിച്ചപ്പോള്‍ 100 വാട്ടിന്റെ ബള്‍ബ് വാങ്ങാന്‍ ആളുകള്‍ പരക്കം പായുകയായിരുന്നു. അടുത്ത ഓട്ടം വാട്ട് കുറഞ്ഞ ബള്‍ബിന് വേണ്ടിയാവും.

പക്ഷെ ബള്‍ബിന് ബദല്‍ എന്താണ്? ഒരു ഗ്ലാസിനകത്ത് നാരുപയോഗിച്ച് തോമസ് എഡിസണ് 1879 ല്‍ നടത്തിയ പ്രദര്‍ശനത്തിന് വളരെക്കാലം മുമ്പ് ചരിത്രാതീത കാലം മുതലേ നാം Incandescence(ചൂടായി പ്രകാശം പരത്തുന്ന) പ്രഭാവത്താലുള്ള വെളിച്ചം ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. ആ പ്രദര്‍ശനത്തിന്റെ തുടര്‍ച്ചയായ ആധുനിക ബള്‍ബിന് ചിലവ് വളരെ കുറവാണെങ്കിലും ദക്ഷത തീരെയില്ല. കാരണം ഉപയോഗിക്കുന്ന ഊര്‍ജ്ജത്തിന്റെ 5% മാത്രമേ വെളിച്ചമായി മാറ്റുന്നുള്ളു. ബാക്കി ഊര്‍ജ്ജം മുഴുവന്‍ (95%) ചൂടായി നഷ്ടപ്പെടുന്നു. ബള്‍ബിന്റെ ആയുസും 1,000 മണിക്കൂര്‍ മാത്രമാണ്.

വിളക്കിന്റെ ഫിറ്റിങ്സിന് മാറ്റമൊന്നും വരുത്താതെ ഉപയോഗിക്കാവുന്ന ചിലവ് കുറഞ്ഞ ബദലാണ് compact fluorescent light (CFL). ഇതിന് 75% കുറവ് ഊര്‍ജ്ജം മതി പ്രവര്‍ത്തിക്കാന്‍. കൂടാതെ ആയുസ് 10 മടങ്ങ് കൂടുതലുമാണ്. വെളിച്ചത്തിന്റെ ഗുണമേന്മ CFL ന് വളരെ അധികമാണ്. എന്നാല്‍ അവക്ക് 200 രൂപക്കടുത്ത് വില വരും. വില കൂടിയതായതു കാരണം ചിലയാളുകള്‍ ഇത് ഉപേക്ഷിച്ചു. പൂര്‍ണ്ണ വെളിച്ചത്തിലെത്താന്‍ CFL ന് കുറച്ച് സമയത്തിന്റെ ഇടവേളയും വേണം. CFL ആരോഗ്യത്തിന് നല്ലതല്ലെന്നും ചിലര്‍ പറയുന്നു. ഫ്ലൂറസെന്റെ വിളക്ക് മെര്‍ക്കുറി (രസം) ബാഷ്പത്തെ വൈദ്യുതി ഉപയോഗിച്ച് ഉത്തേജിപ്പിക്കുകയാണ് CFL വിളക്കില്‍ സംഭവിക്കുന്നത്. ഇത് അള്‍ട്രാ വയലറ്റ് വികിരണം ഉത്പാദിപ്പിക്കും. വിളക്കിന്റെ വശത്ത് പൂശിയിരിക്കുന്ന ഫോസ്ഫെറസ് അള്‍ട്രാ വയലറ്റ് തട്ടി ദൃശ്യ പ്രകാശം പുറത്തുവിടുന്നു. ഈ വെളിച്ചത്തിന് വെട്ടലുണ്ട്. അപസ്മാര രോഗികളില്‍ അപസ്മാരമുണ്ടാക്കാം. മോശം വിളക്കാണെങ്കില്‍ അള്‍ട്രാ വയലറ്റ് വികിരണം ചോരാനും സാദ്ധ്യതയുണ്ട്. അത് ക്യാന്‍സറുണ്ടാക്കും. വിഷമായ മെര്‍ക്കുറിയുള്ളതിനാല്‍ ഇതിന്റെ സംസ്കരണം ഒരു പ്രശ്നമാണ്.

ഏറ്റവും നല്ല ബദലാണ് light-emitting diodes (LEDs). അര്‍ദ്ധചാലകങ്ങളുടെ പാളികള്‍ ചേര്‍ത്ത് വെച്ചാണ് LED നിര്‍മ്മിക്കുന്നത്. ഒരു പാളിയില്‍ ഇലക്ട്രോണ് അധികമായിരിക്കും(n-type), മറ്റേപ്പാളിയില്‍ ഇലക്ട്രോണിന്റെ കുറവും(p-type) ഉണ്ടാകും. വൈദ്യുതി കൊടുക്കുമ്പോള്‍ അധികമുള്ള ഇലക്ട്രോണുകള് n-type ഭാഗത്ത് നിന്ന് കൂടിച്ചേര്‍ന്ന ഭാഗം(കവല) മുറിച്ച് കടന്ന് p-type ഭാഗത്തെത്തുന്നു. ഇപ്പോള്‍ കവലയില്‍ നിന്ന് പ്രകാശം പുറത്തുവരും. അര്‍ദ്ധചാലകത്തിന്റെ സ്വഭാവത്തെ അനുസരിച്ചാണ് പ്രകാശത്തിന്റെ നിറം. അത് മാറ്റം വരുത്തി സൂര്യപ്രകാശത്തിന്റെ നിറം പോലെയുമാക്കാം. എന്നാല്‍ അള്‍ട്രാ വയലറ്റോ, ചൂടോ ഒട്ടും തന്നെ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നില്ല.

ചുവപ്പ് നിറം പുറത്തുവിടുന്ന ലളിതമായ സൂചകങ്ങളില്‍ നിന്ന് വളര്‍ന്ന് ടോര്‍ച്ച്(ഞെക്കുവിളക്ക്), തെരുവ് വിളക്ക്, വാഹനങ്ങളുടെ പ്രധാന വിളക്ക് ഒക്കെയായി ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. ഇന്ന് വിതരണ വോള്‍ട്ടേജില്‍ ഉപയോഗിക്കാവുന്ന LED കള്‍ ബള്‍ബിന് നേരിട്ടുള്ള ബദലായി വിപണിയില്‍ ലഭ്യമാണ്. ഉദാഹരണത്തിന് ഫിലിപ്സിന്റെ 45,000 മണിക്കൂര്‍ ആയസുള്ള Master LED, 80% കുറവ് ഊര്‍ജ്ജമേ ഉപയോഗിക്കൂ. എന്നാല്‍ ഇവ ചിലവ് കുറഞ്ഞതല്ല. ബ്രിട്ടണില്‍ ഇതിന് 3360 രൂപ വിലയുണ്ട്.

എന്നാലും LEDകള്‍ സാമ്പത്തികമായി ലാഭകരമാണ്. വെളിച്ചത്തിന്റെ ഉപയോഗത്തിന്റെ നാലിലൊന്ന് മാത്രമാണ് ഗാര്‍ഹിക ആവശ്യത്തിനായുള്ളത്. വ്യവസായങ്ങള്‍ക്കും സര്‍ക്കാര്‍ സ്ഥാപനങ്ങള്‍ക്കും ഒക്കെ വീടിനേക്കാള്‍ വളരേറെ പ്രവര്‍ത്തന ചിലവിനെക്കുറിച്ച് വ്യാകുലരാണ്. വൈദ്യുത ബില്‍ അടക്കുന്നതിനെ പുറമേ ജനത്തിന് ബള്‍ബ് മാറ്റാനുള്ള പണവും നല്കുന്നതില്‍ അവര്‍ പരാജയപ്പെട്ടു. വീടുകളില്‍ LED കള്‍ ഉപയോഗിക്കണമെങ്കില്‍ LEDയുടെ വില കുറഞ്ഞേ മതിയാവൂ.

ഇംഗ്ലണ്ടിലെ Cambridge University യുടെ Centre for Gallium Nitride നടത്തിയ പുതിയ കണ്ടുപിടുത്തം LEDയുടെ വില കുറച്ചേക്കും. തീഷ്ണ നീല വെളിച്ചം തരുന്ന LED നിര്‍മ്മിക്കാനുപയോഗിക്കുന്ന അര്‍ദ്ധചാലകമാണ് ഗാലിയം നൈട്രൈഡ്. ഫോസ്ഫെറസ് ആവരണം പുരട്ടിയാല്‍ അത് കുറച്ച് നീല വെളിച്ചം സ്വീകരിച്ച് പകരം മഞ്ഞ വെളിച്ചം പുറത്തുവിടും. ബാക്കിയുള്ള നീല വെളിച്ചവുമായി ഇത് ചേര്‍ന്ന് നല്ല വെള്ള വെളിച്ചം തരും. കമ്പോളത്തില്‍ ഇന്ന് കിട്ടുന്ന മിക്ക വെള്ള LED കളും ഗാലിയം നൈട്രൈഡ് അടിസ്ഥാനമായുള്ളതാണ്.

സിലിക്കണ്‍ ചിപ്പ് നിര്‍മ്മിക്കുന്ന തരത്തിലുള്ള യന്ത്രത്താലാണ് ഇപ്പോള്‍ ഇത്തരം LED കള്‍ നിര്‍മ്മിക്കുന്നത്. ഇന്ദ്രനീലം അടിസ്ഥാനമായ പാളിയില്‍ ഗാലിയം നൈട്രൈഡ് പൂശിയാണ് ഇത് ചെയ്യുന്നത്. ഈ പ്രവര്‍ത്തനത്തിന് 1,000°C താപനില വരെ ചൂടാക്കേണ്ട ആവശ്യമുണ്ട്. ഈ താപനില സഹിക്കാന്‍ ഇന്ദ്രനീലത്തിന് കഴിയും. പൊട്ടലും ദോഷങ്ങളുമില്ലാതെ അത് സാധാരണ താപനിലയിലേക്ക് തണുക്കുകയും വേണം. എന്നാല്‍ ഇത് വളരെ ചിലവേറിയതാണ്. ചിലവ് കുറഞ്ഞ സിലിക്കണ്‍ പാളിയില്‍ ഗാലിയം നൈട്രൈഡ് പൂശുന്ന സുരക്ഷിതമായ വഴി കണ്ടെത്തുകയാണ് Colin Humphreys ഉം കൂട്ടരും Cambridge ല്‍ ചെയ്തത്. ഇപ്പോഴത്തെ ചിലവ് പത്തിലൊന്നായി കുറക്കാന്‍ ഇതുവഴി കഴിയുമെന്ന് അവര്‍ പറയുന്നു.

ഗാലിയം നൈട്രൈഡിന്റെ atomic lattice ഘടന സിലിക്കണേക്കാള്‍ ഇന്ദ്രനീലവുമായി ഒത്തു ചേരുന്നതിനാല്‍ ദോഷങ്ങളില്ലാതെ സിലിക്കണിന്റെ പുറത്ത് LED നര്‍മ്മിക്കുന്നത് ഒരു കൌശലമാണ്. ഗാലിയം നൈട്രൈഡ് അടിസ്ഥാനമായ പദാര്‍ത്ഥത്തിന്റെ ഒരു അധിക പാളി “compression layer” ആയി ചേര്‍ത്ത് കൂടുതല്‍ resilience എത്തിക്കുകയാണ് Cambridge ല്‍ ചെയ്യുന്നത്. ഒരു അതി സൂഷ്മ ആവരണം ഉപയോഗിച്ച് fabrication ന്റെ കൃത്യതയും വര്‍ദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. വിജയത്തിന്റെ അളവ് കോല്‍ എന്നത് internal quantum efficiency ആണ്. വെളിച്ചം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നതില് LED എത്രമാത്രം നല്ലതാണെന്ന് ഇത് പറയും. ഇന്ദ്രനീലം അടിസ്ഥാനമായ ഗാലിയം നൈട്രൈഡ് LED ക്ക് 70% internal quantum efficiency ആണുള്ളത്. കഴിഞ്ഞ വര്‍ഷം Dr Humphreys ന്റെ സംഘം നിര്‍മ്മിച്ച സിലിക്കണ് അടിസ്ഥാനമായ LED ദക്ഷത മുമ്പുണ്ടായിരുന്ന 15% ല് നിന്ന് 45% ലേക്ക് ഉയര്‍ത്തി.

ഇനിയും അത് ഉയരുമെന്നാണ് Dr Humphreys പറയുന്നത്. എന്നാല്‍ ഈ അവസ്ഥയില്‍ പോലും സിലിക്കണ് അടിസ്ഥാനമായ ഗാലിയം നൈട്രൈഡ് LED സാമ്പത്തികമായി മെച്ചമാണ്. സിലിക്കണിന്റെ വില കുറവാണ്, കൂടാതെ സാധാരണ fabrication equipment ല്‍ ഉപയോഗിക്കാനുതകും വിധത്തിലുള്ള 15cm പാളികളും ലഭ്യമാണ്.

ധാരളം കമ്പനികള്‍ Dr Humphreys ഓടൊത്ത് പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നുണ്ട്. വിവിധ നിറങ്ങള്‍ പുറപ്പെടുവിക്കാനുള്ള ധാരാളം വഴികളുമുണ്ട്. അവ പാക്കേജ് ചെയ്യാനുള്ള വഴികള്‍ ഇത്തിരി വിഷമമാണെന്ന് മാത്രം.

വിലകുറഞ്ഞ സിലിക്കണ്‍ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഇത്തരത്തിലുള്ള വികാസങ്ങള്‍ LED വിളക്കുകളെ കൂടുതല്‍ പ്രചാരത്തിലാക്കും. ലോകത്ത് മൊത്തം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന വൈദ്യുതിയുടെ 20% ഉപയോഗിക്കുന്നത് വെളിച്ചത്തിനായാണ്. LED ഉപയോഗിച്ചാല്‍ അമേരിക്കയുടെ ഊര്‍ജ്ജോപഭോഗം 2025 ഓടെ പകുതിയാക്കാന് കഴിയം എന്ന് Department of Energy കരുതുന്നു. അത് 130 പുതിയ വൈദ്യുത നിലയങ്ങള്‍ വേണ്ടെന്ന് വെക്കുന്നതിന് തുല്യമാണ്.

പുതിയ മേഖലകളിലേക്കും ചിലവ് കുറഞ്ഞ LEDകള് പ്രകാശം പരത്തുന്നുണ്ട്. ആഫ്രിക്കക്ക് വേണ്ടി ഫിലിപ്സ് സൌരോര്‍ജ്ജത്തില് പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന LED നിര്‍മ്മിക്കാന്‍ പദ്ധതിയിടുന്നു. അവിടെ 50 കോടി ആളുകള്‍ക്ക് വൈദ്യുതിയില്ല. പുക പരത്തുന്ന മണ്ണെണ്ണ വിളക്കിനും മെഴുകുതിരിക്കും പകരം കുട്ടികള്‍ക്ക് $15 ഡോളറില്‍ താഴെ വിലക്ക് ഇവ നല്കാനാണ് പരിപാടി. LEDയുടെ വില കുറയുന്നത് ഇത്തരം പരിപാടികള്‍ക്ക് വെളിച്ചം പരത്തും.

– സ്രോതസ്സ് economist