Die Zukunft der Solarenergie sieht möglicherweise nicht so aus, wie Sie es vielleicht erwarten.
Da Solarzellen- und Batterietechnologien immer ausgefeilter werden und es uns möglich macht, von einem Tag zu träumen, an dem wir von der Sonnenenergie leben, entwickeln Wissenschaftler der Chalmers University, Schweden, eine kühne neue Solartechnologie — eine chemische Flüssigkeit in der Lage, Energie aus der Sonne zu nutzen und diese Energie für die zukünftige Verwendung zu speichern.
Durch den neuartigen Ansatz wird Sonnenenergie in den molekularen Bindungen einer einzigartigen chemischen Flüssigkeit eingefangen. Die Energie kann dann durch das Einbringen eines Katalysators aus der Chemikalie freigesetzt und genutzt werden.
Das Forschungsteam hat das System Molecular Solar Thermal Energy Storage (MOST) genannt.
Das System ist noch nicht fertig, aber das Forschungsteam unter der Leitung von Kasper Motte-Poulsen, Chemieprofessor in Chalmers, hat kritische Schritte gemacht.
Das Projekt wurde vor einigen Jahren ins Leben gerufen, als Moth-Poulsen von der University of California, Berkeley, nach Chalmers wechselte. Als Postdoktorand in Berkeley hatte Moth-Poulsen an einem System zur Nutzung der Sonnenenergie mit Ruthenium, einem seltenen Übergangsmetall, gearbeitet.
Als er 2011 nach Chalmers zog, arbeitete er weiter an der molekularen solarthermischen Energiespeicherung, begann jedoch, die Verwendung von kohlenstoffbasierten Elementen zu erforschen, die billiger und häufiger als Ruthenium sind.
Vor rund einem Jahr hat das Forscherteam ein neues Molekül aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff entwickelt, das chemische Energie speichern kann.
Wenn Sonnenlicht auf das Molekül trifft, nimmt es die Wärme auf und geht in ein energiereiches Isomer über, ein Molekül mit der gleichen chemischen Formel, aber in einer neuen Anordnung. Das Sonnenlicht bricht Doppelbindungen im Molekül und bildet neue Einfachbindungen, die die Sonnenenergie speichern.
Die Energie kann dann durch Einbringen eines chemischen Katalysators freigesetzt werden, der den Prozess effektiv umkehrt.
Der Katalysator ist als Filter angeordnet, durch den die Flüssigkeit strömen kann. Wenn Flüssigkeit durch den Katalysator strömt, entsteht eine Reaktion, die die Energie freisetzt und die Flüssigkeitstemperatur um 63 Grad Celsius erhöht. Der Prozess bringt das Molekül in seine ursprüngliche Form zurück, sodass es wiederverwendet werden kann.
Das Team hat vier neue Artikel veröffentlicht, in denen die bisherigen Fortschritte im Jahr 2018 beschrieben werden.
- Ein lösungsmittelfreies System, das die Energiedichte oder die pro Kilogramm der chemischen Flüssigkeit gespeicherte Energiemenge auf über 0.4 MJ/kg erhöht;
- Ein neues molekulares Design, das eine Lagerung von bis zu 18 Jahren ermöglicht;
- Eine Möglichkeit, die Energiespeicherdichte auf 0.9 MJ/kg zu erhöhen; und
- Die praktische Demonstration eines Temperaturgradienten im System von bis zu 63 Grad Celsius.
Insgesamt stellen diese Entwicklungen einen bedeutenden Fortschritt dar. Das System ist nicht mehr auf Toluol angewiesen, eine brennbare Chemikalie, die das Team zuvor als Teil der chemischen Flüssigkeit verwendet hatte.
Da die Forscher Toluol aus dem Prozess entfernten, benötigt das System nur das energieeinfangende Molekül und den Katalysator.
„Wir haben in letzter Zeit viele entscheidende Fortschritte gemacht und haben heute ein emissionsfreies Energiesystem, das das ganze Jahr über funktioniert“, sagte Moth-Poulsen in einer Erklärung.
Es ist jedoch noch ein weiter Weg. Moth-Poulsen sagte, er wisse nicht, wann zu erwarten sei, dass MOST vollständig entwickelt oder für den kommerziellen oder industriellen Einsatz bereit sei.
„Dies hängt stark von der Art der Finanzierung ab, die wir gewinnen können und welche Industriepartner wir finden könnten“, sagte er. „Unsere Vision ist es, die MOST-Technologie aus einem universitären Forschungsprojekt zu realen Technologien zu entwickeln. Dafür suchen wir aktuell die richtigen Partner, die dies gemeinsam mit uns umsetzen können.“
Derzeit arbeiten die Forscher daran, skalierbare und grüne Chemiemethoden zu entwickeln, um eine großtechnische Produktion zu ermöglichen. Sie suchen auch nach Möglichkeiten, die Effizienz der Solarenergiegewinnung zu verbessern. Sie würden auch gerne eine Temperaturerhöhung von mindestens 110 Grad Celsius erreichen, sagte Moth-Poulsen.
Es gibt also einen Weg, aber sobald er vollständig realisiert ist, könnte MOST die Zukunft der Solarenergie verändern.
Es ist leicht, sich das System vorzustellen, das zum Heizen von Häusern verwendet wird, indem die erhitzte Flüssigkeit durch Heizkörper im ganzen Haus geleitet wird. In Kombination mit traditionelleren Sonnenkollektoren und Batterien könnte die Technologie uns dabei helfen, enorme Mengen erneuerbarer Energie aus der Sonne zu nutzen und letztendlich von Treibhausgasen wegzukommen.
