HCL (deel 6): Wat is de impact van verlichting op

Human Centric Lighting, deel 6: Wat is de impact van verlichting op ouderen?

In de vorige artikels binnen deze reeks over Human Centric Lighting hebben we het gehad over de verschillende welzijnsvoordelen van verlichting, alsook de aanbevolen verlichtingssterktes (uitgedrukt in MEDI) die nodig zijn om deze voordelen te bekomen. In dit laatste artikel willen we nog even stilstaan bij de aanbevelingen voor ouderen (hier gedefinieerd als 70-plussers).

Ouderen zijn vaak ochtendtypes

Ons circadiaans ritme verandert met de leeftijd. Studenten in het middelbaar en hoger onderwijs zijn meestal avondtypes. Dit wil zeggen dat zij het moeilijker hebben om vroeg op te staan en dat zij vaak langer wakker blijven vooraleer ze zich slaperig genoeg voelen om in bed te kruipen. Bij jongens is dit nog meer uitgesproken dan bij meisjes. Bij het ouder worden vervroegt ons ritme daarentegen. Ouderen zijn dus vaker een ochtendtype, wat wil zeggen dat zij ’s morgens heel vroeg wakker worden en ’s avonds vroeg moe worden.

Instabiel slaap-waak ritme

Daarnaast is het slaap-waak ritme bij ouderen instabieler, waardoor ze overdag vaker dutjes doen en ‘s nachts wakker zijn. Hierdoor is er bij ouderen een minder duidelijk onderscheid in het activiteitsniveau tussen dag en nacht. Het is belangrijk om hiermee rekening te houden bij het instellen van stuurcurves voor de verlichting in bijvoorbeeld een woonzorgcentrum. Bij ouderen is het extra van belang dat ze in de ochtend worden blootgesteld aan hoge lichtniveaus en dat ’s avonds vroeg in de avond het licht gedimd wordt. Op die manier wordt het slaap-waak ritme meer stabiel en zijn ouderen overdag meer actief en slapen ze meer ’s nachts.

Waarom hebben ouderen extra veel licht nodig?

Ouderen hebben geen 250, maar wel 500 (het dubbele!) MEDI nodig om hun circadiaans ritme te synchroniseren. Er liggen hiervoor 3 oorzaken aan de basis: • Ouderen (70+) hebben een lagere gevoeligheid voor licht door vergeling van de ooglens bij het ouder worden (40% minder gevoelig in vergelijking met iemand van 32 jaar). • Ouderen (70+) hebben een kleinere pupiloppervlakte waardoor er minder licht kan invallen in het oog (41% minder lichtinval in vergelijking met iemand van 32 jaar). • Er treden ook neurologische veranderingen op bij ouderen waardoor hersengebieden die betrokken zijn bij alertheid en hogere cognitieve controle processen minder geactiveerd worden bij toediening van licht met hoge MEDI.

Wat zijn de voordelen voor ouderen?

Uit de literatuur blijkt dat ook voor ouderen aangepaste verlichting veel voordelen met zich kan meebrengen. Zo is er een studie waarbij een relighting werd doorgevoerd in de gedeelde leefruimte van een woonzorgcentrum. De bewoners die in de aangepaste verlichting verbleven, ervaarden positieve effecten op cognitie, stemming en slaap. Zo hadden ze 5% minder cognitieve achteruitgang, 19% minder depressieve symptomen, 53% minder functionele beperkingen en een toename van slaapduur tijdens de nacht. Onderzoek toont ook aan dat een betere verlichting kan helpen om bewoners te ondersteunen in het ontwikkelen van een stabieler circadiaans ritme, waardoor ze meer slapen ’s nachts en minder slapen overdag. Uit ons eigen onderzoek blijkt eveneens dat bewoners met dementie minder vaak wakker worden, efficiënter slapen en een stabieler slaap-waak ritme krijgen wanneer ze aan hogere verlichtingssterktes werden blootgesteld.

 Eowyn Van de Putte (KU Leuven)  Sara Kindt (Howest)

Eowyn Van de Putte en Sara Kindt zijn samen mede-uitvoerders van het door VLAIO-gesubsidieerde TETRA-project rond ‘Human Centric Lighting’.

Hoe belangrijk is waterstof voor de energietransitie?

‘Waterstof is de rockster voor nieuwe energie in de wereld’, zei eurocommissaris Frans Timmermans bij de aankondiging van de waterstofstrategie van Europa op 8 juli 2020. De erg ambitieuze inzet op waterstof moet een belangrijk speerpunt vormen in de economische relance van Europa en de energietransitie naar een klimaatneutrale economie.

Zoals bijgaande figuur laat zien, zijn er talrijke bronnen en toepassingen van waterstof. Het is een scheikundig element en een energiedrager. Er is energie nodig om het te maken en het kan omgezet worden in elektriciteit en warmte. Het productieproces bepaalt de duurzaamheid van de geproduceerde waterstof.

Vergelijkbaar met een batterij

Met waterstof en zuurstof (uit de lucht) kan elektriciteit (gelijkstroom) en water geproduceerd worden. Zonder broeikasgassen! Omgekeerd kan water met gelijkstroom gesplitst worden in waterstof en zuurstof. Dit is te vergelijken met wat er gebeurt in een oplaadbare batterij: ook daarin reageren scheikundige stoffen om elektriciteit te produceren en wordt bij het laden de scheikundige reactie omgekeerd door elektriciteit aan de batterij te leveren. Een cel bestaat uit 2 elektroden gescheiden door een elektrolyt. Een elektrolyt is een materiaal dat elektriciteit doorlaat onder de vorm van protonen of andere ionen, maar niet onder de vorm van elektronen zoals in een geleider (anders zou er meteen kortsluiting optreden). Om het gewenste vermogen te bekomen, worden meerdere cellen in serie en/of parallel geschakeld.

Bekend sinds 1969

Het verschil met een batterij is dat de scheikundige producten die voor de reactie zorgen niet in het toestel opgesloten zitten maar van en naar buiten aan- en afgevoerd worden. Daardoor kunnen er 2 aparte toestellen gebruikt worden: een brandstofcel om elektriciteit te maken en een elektrolysetoestel om waterstof te maken. Zo hoort er bij een brandstofcel een waterstoftank en moet het water dat gevormd wordt, afgevoerd worden. Een van de voordelen is dat waterstof bijtanken sneller gaat dan

een batterij opladen. Dit is trouwens een reeds lang gekende technologie. Brandstofcellen zorgden reeds in 1969 voor de elektriciteit aan boord van de Apollo-capsule waarmee de Amerikanen naar de maan vlogen. Het water werd als drinkwater gebruikt. Er bestaan brandstofcellen van 1 MW en meer. Tegelijk zijn ze nog in volle ontwikkeling en worden voortdurend verbeterd.

Type en rendement

Brandstofcellen en elektrolysetoestellen worden ingedeeld volgens de elektrolyt die erin gebruikt wordt. Twee voorbeelden: • In het Apollo-programma en de Space

Shuttle was de eletrolyt een alkalische vloeistof, vandaar de afkorting AFC (van het Engels Alkaline Fuel Cell). • Brandstofcellen voor auto’s gebruiken meestal een membraan dat protonen doorlaat, afkorting PEMFC (Proton

Exchange Membrane Fuel Cell). Elektrolyse haalt een rendement van 80%, een brandstofcel 40 tot 60% (afhankelijk van het type en de belasting). Dat is veel meer dan een verbrandingsmotor (25%). De energie die verloren gaat, komt vrij als warmte. Een brandstofcel kan dus als WKK (warmtekrachtkoppeling) ingezet worden. In een voertuig kan de warmte dienen om in de winter de passagiersruimte te verwarmen.

De “kleur” van waterstof

Vandaag wordt wereldwijd ruim 95% van alle waterstof uit fossiele brandstoffen gemaakt. Hierbij komt CO2 vrij. Daarom spreekt men van ‘grijze waterstof’. Als de CO2 wordt opvangen zodat die niet in de atmosfeer terechtkomt, spreekt men van ‘blauwe waterstof’. Bij elektrolyse hangt het af van hoe de elektriciteit geproduceerd wordt. Met hernieuwbare elektriciteit krijgt men ‘groene waterstof’. Er zijn nog manieren om waterstof zonder CO2 te produceren, bijvoorbeeld met elektriciteit uit kernenergie of door pyrolyse van methaan (waarbij geen CO2, maar zuivere koolstof geproduceerd wordt). Waterstof kan een restproduct zijn van een scheikundig proces. Er zijn zonnepanelen in ontwikkeling die rechtstreeks waterstof produceren. Sommige algen kunnen waterstof maken. Met zonnespiegels kan warmte op hoge temperatuur gemaakt worden, waarmee waterstof kan geproduceerd worden.

Eigenschappen van waterstof

Waterstof is een kleurloos, reukloos, niet giftig gas. Het is het lichtste element op aarde, 14 keer lichter dan lucht. Als het ontsnapt in open lucht, verdwijnt het snel. In een gesloten ruimte zal het zich bovenaan opstapelen. Een mengsel van waterstof en lucht kan ontploffen, als 4 tot 75% van het volume van het mengsel ingenomen wordt door waterstof. Een kleine vonk volstaat. Maar een vat of leiding met 100% waterstof kan niet ontploffen. Er zijn proeven gedaan waarbij een kogel door een vat met waterstof geschoten werd, zonder dat het ontplofte. Typische veiligheidsmaatregelen zijn een goede ventilatie in combinatie met een waterstofdetector, die de waterstoftoevoer afsluit zodra de concentratie bv. 0,4% bedraagt (10% van de explosiegrens). 1 kg waterstof bevat ongeveer 3x meer energie dan een kg benzine maar doordat waterstof zo licht is, bevat 1000 liter waterstof (bij atmosferische druk) ongeveer 3x minder energie dan een liter benzine.

Waterstof wordt (bij atmosferische druk) vloeibaar bij -252.87°C. Een liter vloeibare waterstof bevat ongeveer 4x minder energie dan een liter benzine. Een lek van vloeibare waterstof in open lucht is gevaarlijker dan een lek van waterstofgas. De vloeibare waterstof verdampt, maar door de lage temperatuur is hij zwaarder dan lucht en blijft hangen tot hij opgewarmd is tot de omgevingstemperatuur.

Transport en opslag

Waterstof wordt in de industrie veel gebruikt. Het wordt getransporteerd in standaard stalen gasflessen op 200 bar en via pijpleidingen. Er liggen waterstofleidingen tussen Antwerpen en Rotterdam, Noord-Frankrijk en het Duitse Ruhrgebied.

Voor gebruik in voertuigen zijn er lichtgewicht tanks ontwikkeld voor 350 en zelfs 700 bar. Opslag en transport kan ook in vloeibare vorm of in vaste materialen zoals bv. metaalhydrides. Bij vloeibare waterstof zal er door de extreem lage temperatuur altijd een beetje verdampen, maar die kan opgevangen en naar een brandstofcel geleid worden.

Toepassingen

Er is veel waterstof nodig voor de chemische - en metaalindustrie. Vandaag wordt die bijna volledig uit fossiele brandstoffen gemaakt. In het kader van de energietransitie moet die groen worden. Waterstof kan ook dienen om overschotten van hernieuwbare elektriciteit op te slaan. Waterstof kan gedurende lange tijd bewaard worden en komt dus bv. in aanmerking voor seizoensopslag, waarvoor batterijen niet geschikt zijn. Hij kan ook voor vervoer gebruikt worden, in de eerste plaats voor zwaar transport over lange afstand en/of voor vliegtuigen, waarvoor batterijen minder geschikt zijn. Zoals gezegd produceert een brandstofcel ook warmte en kan ze dus ook als WKK ingezet worden.

Het rendement van de volledige cyclus van elektrolyse en brandstofcel bedraagt maar ongeveer 50%. Daartegenover staat dat een installatie op zonne-energie in het zuiden 2x zoveel opbrengt als bij ons. Het kan interessant zijn om daar hernieuwbare elektriciteit op te wekken. Die kan dan in de vorm van waterstof getransporteerd worden, al bestaat er discussie over of dit wel de beste manier is.

 William Stinissen