Wie sich Solarenergie lange und effizient speichern lässt
Solarenergie ist sonnen- und wetterabhängig. Es braucht effiziente Speicher, die sie möglichst lange speichern können. Geht es nach deutschen Forschungsteams sind molekulare Energiespeichersysteme oder vielmehr sogenannte Photoschalter eine effiziente Möglichkeit.
Quelle: Neil Bates, Unsplash
Wenn die Tage kürzer werden, im Unterland der Hochnebel zunimmt, sollte die Sommersonne genutzt werden können.
Wärme ist laut der Internationalen Energieagentur (IEA) für rund 50 Prozent des globalen Endenergieverbrauchs verantwortlich. Dennoch wird Solarenergie im Vergleich zu fossilen Energiequellen nach wie vor wenig fürs Heizen genutzt. Denn die Verfügbarkeit der Solarenergie ist unbeständig, hängt letztlich vom Wetter oder vielmehr von der Sonnenscheindauer und ist daher unbeständig. Das heisst, sie muss über längere Zeit gespeichert werden können.
Solarenergie in Form von chemischen Verbindungen speichern
Eine vielversprechende Antwort auf dieses Problem bieten molekulare Energiespeichersysteme: Während herkömmliche Methoden Energie nur für kurze Zeiträume speichern – zum Beispiel in Form von heissem Wasser –, speichern diese Systeme Solarenergie in Form chemischer Bindungen, die über Wochen oder sogar über Monate stabil bleiben. Diese spezialisierten Moleküle - so genannte Photoschalter - absorbieren Sonnenlicht und geben die Energie bei Bedarf später als Wärme ab.
Eine wesentliche Herausforderung besteht bei den aktuellen Photoschaltern jedoch darin, dass nicht gleichzeitig sowohl eine hohe Energiespeicherkapazität und eine effiziente Absorption von Sonnenlicht erreicht werden können, was die Gesamtleistung wiederum erheblich einschränkt. Forschungsgruppen der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der Universität Siegen haben in einer gemeinsamen Studie einen innovativen Ansatz zur Lösung dieses Problems nun gefunden.
Energie speichern wie eine Lithium-Ionen-Batterie
Die neuartige Klasse von Photoschaltern ist erstmals ein Team um Heiko Ihmels an der Universität Siegen vorgestellt worden: Sie verfügt laut ihren Schöpfern über ein aussergewöhnliches Potenzial zur Energiespeicherung: Es lässt sich mit demjenigen von konventionellen Lithium-Ionen-Batterien vergleichen. Allerdings war der Einsatz dieser Verbindungen zunächst auf die Aktivierung durch UV-Strahlung beschränkt; die nur einen kleinen Teil des Sonnenspektrums ausmacht.
Doch nun haben Ihmels und seine Kollegen eine indirekte Methode zur Lichtabsorption entwickelt, die der Energieaufnahme bei der Photosynthese durch den "Lichtsammelkomplex" ähnelt. Dabei kommt ein zweites Molekül zum Einsatz, das hervorragende Eigenschaften zur Absorption von sichtbarem Licht aufweist, ein sogenannter Sensibilisator. "Bei diesem Ansatz absorbiert der Sensibilisator Licht und überträgt anschliessend die Energie auf den Photoschalter, der unter diesen Bedingungen nicht direkt angeregt werden kann", erklärt Christoph Kerzig, Leiter des Forschungsteams der JGU.
Von der einfachen Heizung bis zum grossen Energiespeicher
Diese Methode hat die Effizienz der Solarenergiespeicherung um mehr als eine Grössenordnung gesteigert. Wie JGU mitteilt, stellt sie “einen bedeutenden Fortschritt für die Forschung im Bereich der Energieumwandlung” dar. Zumal ihr Anwendungsgebiet breit ist: Sie kann sowohl bei einfachen Hausheizungen eingesetzt werden, als auch bei gross angelegten Energiespeichern.
Wie es weiter heisst, konnten die Wissenschaftler die Robustheit und Praktikabilität des Systems erfolgreich belegen. Dies, indem sie das System mehrfach zwischen den Zuständen der Energiespeicherung und Energieabgabe unter Verwendung von Sonnenlicht schalteten. Dies unterstreiche das Potenzial für die Alltag.
Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie publiziert worden, wo die Arbeit aufgrund aussergewöhnlich positiver Bewertungen durch wissenschaftliche Gutachter als "Hot Paper" eingestuft worden ist. (mai/mgt)
