Ein Team der Universität von Kalifornien, Santa Barbara hat ein Molekül entwickelt, das in der Lage ist, die Energie der Sonne einzufangen, sie für Stunden zu speichern und später in Form von Wärme freizusetzen.
Die Entdeckung, veröffentlicht in Science, könnte die Art und Weise verändern, wie erneuerbare Energien genutzt werden, indem eine der Hauptbeschränkungen der Solarenergie überwunden wird: ihre Verfügbarkeit nur während des Tages.
Das Funktionsprinzip
Das modifizierte Molekül, genannt Pyrimidon, gehört zur Forschungsrichtung des molekularen solarthermischen Speichers (MOST).
- Wenn es Sonnenstrahlung erhält, ändert das Molekül seine Konfiguration und speichert die Energie in seinen chemischen Bindungen.
- Dieser „geladene“ Zustand kann über Stunden stabil bleiben.
- Bei einem Reiz (Wärme oder Katalysator) kehrt das Molekül in seine ursprüngliche Form zurück und setzt die gespeicherte Energie in Form von Wärme frei.
Dieser Prozess ist umkehrbar und wiederverwendbar, was bedeutet, dass das Molekül mehrfach geladen und entladen werden kann, ohne sich zu zersetzen.
Inspiration aus der Natur
Die Forscher ließen sich von Prozessen im DNA inspirieren, deren Komponenten auf ultraviolette Strahlung reagieren, indem sie vorübergehend ihre Form ändern.
Mit computergestützten Modellen, die zusammen mit dem Chemiker Ken Houk entwickelt wurden, optimierten sie die molekulare Transformation, um Sonnenenergie effizienter einzufangen.
Energiepotenzial
Das Material erreicht eine Energiedichte von 1,6 Megajoule pro Kilogramm, was höher ist als bei vielen Lithium-Ionen-Batterien. In Labortests war die freigesetzte Wärme ausreichend, um Wasser unter Umgebungsbedingungen zum Kochen zu bringen, was seine praktische Anwendbarkeit demonstriert.
Die Wissenschaftler vergleichen sein Verhalten mit einer mechanischen Feder: Das Sonnenlicht „komprimiert“ sie und lädt sie mit Energie auf, die freigesetzt wird, wenn das Molekül in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt.
Mögliche Anwendungen
- Heizung im Haushalt: Das Material könnte in Systeme integriert werden, um Wasser oder Räume zu heizen.
- Städtische Solarkollektoren: Durch Auflösung in Wasser könnte es durch Installationen auf Dächern von Gebäuden zirkulieren, Energie tagsüber speichern und nachts freisetzen.
- Energieökonomie: Seine Nutzung könnte die Abhängigkeit von elektrischen Batterien und fossilen Brennstoffen verringern.
Auswirkungen auf die Energiewende
Sollten zukünftige Forschungen seine Stabilität und Effizienz im großen Maßstab bestätigen, könnte diese Technologie zu einer disruptiven Alternative für die Speicherung von Solarenergie werden. Anstatt ausschließlich auf Batterien angewiesen zu sein, könnte die energetische Zukunft auf Molekülen basieren, die so konzipiert sind, dass sie Energie nach Bedarf einfangen und freisetzen.
Die Schaffung dieses Moleküls markiert einen entscheidenden Schritt hin zu einem nachhaltigeren Energiemodell. Indem es ermöglicht, Sonnenenergie in chemischen Bindungen zu speichern und bei Bedarf in Form von Wärme freizusetzen, eröffnet es neue Möglichkeiten für die Dekarbonisierung und die technologische Innovation in erneuerbaren Energien.
