Ein Team von Wissenschaftlern hat eine Schlüsselinnovation für die Speicherung von erneuerbarer Energie entwickelt: ein organisches Molekül, das in der Lage ist, Solarenergie zu speichern. Diese kann dann auf Abruf als Wärme freigesetzt werden, ohne Batterien oder Stromnetz.
Diese in ihren chemischen Bindungen gespeicherte Energie ist entscheidend, da sie über Jahre hinweg stabil bleiben kann und sogar schon in der Lage war, Wasser zu kochen.
Der Fortschritt, veröffentlicht in der Zeitschrift Science, wurde von Chemikern der Universität von Kalifornien in Santa Barbara (UCSB) durchgeführt.
Wie das innovative System zur Speicherung von Solarenergie funktioniert
Das Molekül heißt Pyrimidon und sein Design ist von der DNA inspiriert. Beim Absorbieren von ultraviolettem Licht verdreht es sich wie eine Feder und bleibt über Jahre hinweg in einer stabilen Hochenergiekonfiguration gefangen.
Dann, durch Hinzufügen eines Katalysators, entspannt sich das Molekül und gibt die gespeicherte Energie als Wärme frei. Außerdem ist der Prozess vollständig reversibel.
Zusätzlich zur Energiespeicherung kann dieses Molekül nach der Freisetzung der Wärme wieder der Sonne ausgesetzt und wieder aufgeladen werden.
„Das Konzept ist wiederverwendbar und recycelbar“, erklärte Han Nguyen, Doktorandin und Hauptautorin der Studie.
„Es ist ähnlich wie bei fototropen Sonnenbrillen. Drinnen sind sie klare Gläser, draußen in der Sonne verdunkeln sie sich von selbst. Diese reversible Änderung interessiert uns, nur dass wir anstelle einer Farbänderung Energie speichern wollen“, erklärte sie.
Was sie von Solarpanelen unterscheidet
Diese Innovation unterscheidet sich aus mehreren Gründen von konventionellen photovoltaischen Systemen:
- Es erfordert keine externen Batterien und ist nicht vom Stromnetz abhängig.
- Seine Energiedichte übersteigt 1,6 Megajoule pro Kilogramm, fast das Doppelte einer Standard-Lithiumbatterie.
- Das Material kann praktisch unbegrenzt wieder aufgeladen und wiederverwendet werden.
- Es vermeidet die Umwandlung von Licht in Elektrizität, um es dann in Wärme umzuwandeln, ein Prozess, der Verluste erzeugt.
„Mit Solarpanelen benötigt man ein zusätzliches Batteriesystem, um die Energie zu speichern“, bemerkte Benjamin Baker, Mitautor der Studie.
„Mit der molekularen Speicherung von thermischer Solarenergie speichert das Material selbst diese Energie aus dem Sonnenlicht“, erklärte der Spezialist.
Das Team beschrieb das System als eine „wiederaufladbare Solarbatterie“ und hat bereits gezeigt, dass die freigesetzte Wärme ausreicht, um Wasser zu kochen.
„Wasser zu kochen ist ein Prozess, der viel Energie erfordert“, sagte Nguyen. „Die Tatsache, dass wir dies unter Umgebungsbedingungen tun können, ist ein großer Erfolg“.
Spanien, ebenfalls an der Spitze
Diese Innovation ist kein isoliertes Phänomen. An der Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) in Barcelona haben Forscher das erste Hybridgerät entwickelt, das eine photovoltaische Zelle mit einem MOST-System kombiniert.
Die verwendeten Moleküle werden nur aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Fluor und Stickstoff hergestellt. Sie erfordern keine seltenen oder teuren Materialien, was sie zugänglicher und nachhaltiger macht.
Das System erfüllt eine doppelte Funktion: Es speichert Solarenergie und fungiert als optischer Filter und Kühlmittel für die Solarzelle.
Beim Absorbieren von hochenergetischen Photonen verwandeln sich die Moleküle und speichern diese Energie für die spätere Nutzung, während die Zelle bei niedrigeren Temperaturen und mit höherer Effizienz arbeitet.
