Стратегическое преимущество

Примерно 19% электроэнергии в мире и России тратится на освещение. При переходе на энергосберегающие технологии будут существенно снижены затраты энергии. Если светоотдача лампочки накаливания составляет 12 люменов/Вт, то при переходе на новые источники света, у которых она выше в 5–7 раз, экономится значительное количество электроэнергии, что создает существенный потребительский эффект. Всеобщий переход на энергосберегающие лампы может дать до 15% экономии общего расхода электроэнергии.

Оценки рынка источников света показывают, что на одного живущего в экономически развитых странах мира установлено не менее десяти лампочек, а в России установлено не менее 1,5 млрд. лампочек различного типа. Рынок источников света России – это миллиардные обороты, даже при относительно низкой цене ламп накаливания, а стоимость предлагаемых сегодня на рынке энергосберегающих ламп существенно выше.
Сегодня как наиболее перспективные рассматриваются лампы дневного света, их модификация – энергосберегающие лампы, в основе работы которых лежит газовый разряд в парах ртути, и источники света на основе светодиодов. Однако и те и другие имеют ряд серьезных недостатков. Энергосберегающие и люминесцентные лампы имеют высокую эффективность и продолжительный срок службы, но содержат пары ртути, имеют линейчатый спектр излучения, при включении мигают, а на полную яркость выходят не сразу. Для производства светодиодных источников света требуется применение весьма дорогих и сложных технологий и сверхчистых материалов, ряд из которых имеет ограниченное распространение в природе, например индий, а некоторые крайне ядовиты, например мышьяк.

Альтернативой им являются экологически безопасные энергосберегающие катодолюминесцентные лампы нового поколения, основанные на свечении люминофора под действием электронов, эмиттируемых автокатодом из наноструктурированного углеродного материала.

Эти источники света обладают следующими достоинствами:
– высокая световая эффективность и яркость (лабораторные образцы уже сейчас обеспечивают световую эффективность 40–60 лм/Вт; при дальнейшей доработке и оптимизации конструкции эффективность может быть значительно повышена);
– благоприятный для человека спектр излучения (спектр излучения катодолюминесцентной лампы зависит от состава люминофора, поэтому может быть выбран наиболее приближенный к естественному солнечному свету);
– экологическая чистота как в производстве, так и в эксплуатации и при утилизации, что обусловлено отсутствием вредных и ядовитых веществ в лампе (в конструкции источника света используются углерод, стекло, алюминий, сталь и люминофор в количествах тысячных долей миллиграмма на одну лампочку);
– мгновенная готовность к работе (время выхода на стационарный уровень освещенности определяется характерным временем люминесценции и короче тысячной доли секунды);
– широкий диапазон рабочих температур (от -196 °С до + 150 °С);
– большая площадь светоизлучающей поверхности (определяется выбором площади анода с нанесенным на него люминофором, то есть выбором конструкции источника освещения);
– срок службы более 50 тыс. часов;
– доступность, экологическая безопасность и распространенность материалов и комплектующих для производства;
– дешевизна в производстве (в производстве ламп используются простая технология и дешевые, широко распространенные в природе материалы);
– возможность при организации производства использовать мощности существующих электроламповых заводов по производству ламп накаливания, что обеспечивает значительное уменьшение инвестиционных затрат при перепрофилировании существующих производств.

Работа источников света на базе наноструктурированных углеродных материалов основана на явлении автоэлектронной эмиссии. Она заключается в вытягивании электронов из катода под воздействием электрического поля практически без затрат энергии.

Электроны, вылетевшие из катода под действием поля модулятора, ускоряются электрическим полем анода и, ударившись в него, возбуждают световые кванты в слое люминофора, которые дают привычный для человека свет.

В состав источника света входит автокатод (наноструктурированный углерод), модулятор (нержавеющая сталь), анод (алюминий, телевизионный люминофор), корпус (стекло, как правило, оконное). Новизна этих источников света в автокатоде на основе специально обработанного наноструктурированного углеродного материала и в электронном прожекторе, который обеспечивает засветку люминесцентного экрана.
В технологии изготовления автокатода используются промышленно производимые в Российской Федерации углеродные материалы, которые для увеличения эмиссионного ресурса и эффективности автокатода подвергаются дополнительной специальной обработке, что позволило получать автокатоды с высокой стабильностью и долговечностью. При оптимальных режимах эксплуатации они имеют практически неограниченный эмиссионный ресурс.

Именно подбор и разработка методов обработки соответствующих наноструктурированных материалов и определение оптимальных режимов их эксплуатации позволили специалистам Московского физико-технического института создать автокатоды с высокой эффективностью и стабильностью работы.
Аналогичных автокатодов, несмотря на конкуренцию многих организаций таких стран, как США, Великобритания, Южная Корея, Япония и Китай, пока нет нигде в мире. На основе разработанных автокатодов по стандартной технологии электровакуумного производства можно производить лампы различного назначения, используя при этом обычное электровакуумное оборудование, которое имеется в наличии в Российской Федерации и может быть легко включено в технологические цепочки, существующие на электроламповых заводах для производства обычных ламп накаливания.

В МФТИ разработаны лабораторные образцы катодолюминесцентных источников света с большим сроком службы и готовы для проведения ОКР и подготовки промышленного производства.

Первый этап ОКР – оптимизация конструкции экономичных и дешевых источников общего освещения с высокой эффективностью (световой поток 700–1500 лм, энергоотдача – на уровне 50–75 лм/Вт, срок эксплуатации – 50 000 часов, время включения – менее 0,001 секунды) и подготовка технологии для массового производства ламп со стандартными цоколями под стандартную установочную осветительную арматуру.

Следующий шаг – организация промышленного производства, разработка ламп специального назначения и повышение светоотдачи ламп до 80–100 лм/Вт.
Срок реализации проекта – 1-2 года в зависимости от поставленного объема задач и объема полученного финансирования.

Существенным преимуществом данного проекта является возможность организации промышленного производства с низкой себестоимостью (на уровне себестоимости традиционных ламп накаливания) и использование производственных мощностей обычных электроламповых заводов.
Разрабатываемый катодолюминесцентный источник света:

– сопоставим для уже имеющихся лабораторных образцов по своим параметрам с современными образцами энергосберегающих источников освещения;
– будет превышать большинство из них после оптимизации конструкции;
– превосходит их по рабочему температурному диапазону в 2–5 раз;
– будет обладать самой низкой ценой среди энергосберегающих ламп (при массовом производстве продажная цена одной катодолюминесцентной лампы общего освещения может составлять 0,5–1,5 доллара);
– использует в производстве дешевые, доступные, широко распространенные в природе и экологически чистые материалы и технологии;
– долговечен и не требует специальных сложных технологий по переработке отслуживших свой срок ламп.
Стратегическим преимуществом проекта является и то, что все материалы, технологии и разработки – российские, то есть не зависят от внешних поставок. Кроме того, имеются все предпосылки (разработки, производства, объекты интеллектуальной собственности, включая ноу-хау) для организации массового изготовления таких ламп, которые могут выйти и на мировой рынок.