Mit dem Licht ist es so eine Sache. Im Winter sehnen wir uns nach mehr, sind an den kurzen Tagen und in dunklen Wohnungen aber stark auf künstliche Beleuchtung angewiesen. In den immer heißeren Sommern wiederum, wenn die Sonne unerbittlich auf unsere Fenster und Fassaden knallt, wird es uns schnell zu viel. Dann heißt es: alles zu, beschatten, Rollläden runter. Und wir arbeiten und leben erst wieder im Dunkeln, im schlimmsten Fall bei ungemütlichem künstlichem Bürolicht.

Keine Frage: Moderne LED-Beleuchtung hat die miserable Lichtqualität früherer Energiesparlampen fast vergessen lassen. Sie ist nicht nur energieeffizient, sondern kann in allen Farben leuchten und sogar die Helligkeits- und Farbtemperaturstufen des Tageslichts simulieren. Doch warum etwas künstlich simulieren, das in der unmittelbaren Umgebung natürlicherweise in Hülle und Fülle vorhanden ist? Diese Frage dürfte sich wohl auch das Wiener Start-up Akemi – Rethinking Light gestellt haben, das an einem Beleuchtungssystem für Innenräume mit echten Sonnenstrahlen forscht.

Glasfaser als Lichtleiter

Das Konzept klingt eigentlich einfach: Ein auf dem Dach angebrachtes Linsensystem sammelt das Sonnenlicht, das in weiterer Folge über Glasfaserkabel und das physikalische Prinzip der Totalreflexion in das Rauminnere geleitet wird. "Der optische Kern solcher Fasern hat die Eigenschaft, dass er das gebündelte Sonnenlicht an seinen Außenwänden reflektiert und somit quasi durch ein ganzes Gebäude leiten kann", erklärt Akemi-Geschäftsführerin und -Mitgründerin Heike Stuckstedde.

Da der Kern nur einen Durchmesser von wenigen Millimetern hat, können laut Stuckstedde bestehende Elektronikschächte in Decken, Wänden und Böden genutzt werden. Die notwendigen Stränge für die Fasern sind nur wenige Zentimeter dünn. Hat man den Raum erreicht, der mit Sonnenlicht geflutet werden soll, kann man neuartige Lichtobjekte aus Lichtleitern einsetzen, um das Licht im Raum zu streuen. Neben der einfachen Handhabe und den technischen Innovationen – Förderungen für die Entwicklung stammten unter anderem von der Wirtschaftsagentur Wien und der Forschungsförderungsgesellschaft – will die Firma in Architekturkreisen auch mit Design und individueller Integrierbarkeit punkten.

Die Idee, Sonnenstrahlen über ein ausgeklügeltes System in Gebäude zu leiten, ist nicht neu. Der Start-up-Gründerin zufolge, die Innenarchitektur und Kunstgeschichte studierte und in der Vergangenheit für diverse künstlerische Lichtinstallationen verantwortlich zeichnete, scheiterte es bisher aber an mehreren Faktoren. Da ist zum einen die technische Vorrichtung: Da der Strahlungswinkel der Sonne sowohl über den Tag verteilt als auch jahreszeitenbedingt stark variiert, ist die optimale Lichtausbeute eine Herausforderung.

Akemi will dies über ein eigens entwickeltes Lichtbündelungssystem lösen, das sich selbstständig zum jeweiligen Sonnenstand ausrichtet. Mit einem Quadratmeter Linsensammelfläche außen sollen 200 Quadratmeter Raumfläche im Inneren mit 300 Lux Licht versorgt werden können.

Hybrid-System mit LED-Beleuchtung

Damit das System auch bei fehlender Sonne und in der Nacht funktioniert, kooperiert das Start-up, das mittlerweile auch Teil des Photonics-Netzwerks ist, mit dem österreichischen Beleuchtungsunternehmen Kiteo, das sich auf moderne LED-Systeme spezialisiert hat und Sonnenlicht im Farbspektrum des Tagesverlaufs abbilden kann. Eine zweite Leitung versorgt so das Gebäude mit künstlichem Licht, wenn die Sonne von Wolken verdeckt oder untergegangen ist.

Warum Akemi wann immer möglich echtes Sonnenlicht im Innenraum verwenden möchte, hat Stuckstedde zufolge mehrere Gründe: "Auch die besten LEDs können nicht das gesamte Spektrum des Sonnenlichts nachbilden, das für den menschlichen Organismus und etwa die Produktion wichtiger Hormone wie Serotonin und Melatonin so essenziell ist."

Und dann geht es auch um die Effizienz. Die Energieausbeute liege bei guten LEDs bei etwa 30 Prozent, 70 Prozent würden jedoch in Wärme umgewandelt. Die Flächeneffizienz des Systems von Akemi gibt Stuckstedde mit 65 Prozent an. Dies bedeutet, dass von 100.000 Lux des Sonnenlichts 65.000 Lux konstant über den Tagesverlauf in den Innenraum geleitet werden können. Daher sei die direkte Nutzung von Sonnenlicht auch Photovoltaik-LED-Kombinationen deutlich überlegen.

Nach der Patenteinreichung, die noch im Jänner erfolgen wird, und mit entsprechendem Investorenkapital will das Start-up ab dem dritten Quartal 2024 seine Lösung vertreiben. Nach dem Start in Deutschland, Österreich und der Schweiz soll der Vertrieb schnell global aufgezogen werden – zumindest überall dort, wo es wie in Wien über 2000 Sonnenstunden im Jahr gibt. Stuckstedde hofft, das System bald in einem Schauraum vorführen zu können: "Wenn man diese Art der Beleuchtung zum ersten Mal erlebt, bekommt man Gänsehaut, weil man das in einem Innenraum einfach nicht erwartet."

Semesterfrage der Uni Wien

Welche spannenden Möglichkeiten Licht sonst noch bieten kann – etwa für die chemische Energiegewinnung mittels künstlicher Photosynthese – und welche anderen innovativen Stoffe und Materialien unsere Zukunft prägen werden, diskutiert Heike Stuckstedde mit anderen Forschenden im Rahmen der Semesterfrage am 15. Jänner im Großen Festsaal der Universität Wien. Neben ihr werden der Materialwissenschafter Mark Miodownik (University College London), die Chemikerin Leticia González, die Stadtforscherin Kerstin Krellenberg (beide Uni Wien) und Climate-Lab-Leiter Gebhard Ottacher erwartet. (Martin Stepanek, 14.1.2024)