Die Nutzung von Sonnenenergie zur Wärmegewinnung hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Während konventionelle Solarthermiesysteme auf thermischen Kollektoren basieren, haben Forscher der Brandeis University in den USA und der Universität Nagoya in Japan eine neuartige Methode zur Speicherung von Sonnenwärme entwickelt. Diese basiert auf speziellen organischen Molekülen, die aus Steinkohlenteer gewonnen werden und das Potenzial haben, die Solarthermie-Technologie signifikant zu revolutionieren.
Neue Ansätze in der Solarthermie
In einer aktuellen Studie, die in der Fachzeitschrift Chem veröffentlicht wurde, präsentieren die Wissenschaftler gekrümmte Anthracenderivate. Diese Moleküle haben die Fähigkeit, Sonnenlicht zu absorbieren, es zu speichern und bei Bedarf als Wärme wieder abzugeben. Die Methode unterscheidet sich grundlegend von herkömmlichen thermischen Solarkollektoren und bietet eine vielversprechende Alternative zur Speicherung von Solarenergie.
Funktionsweise der gekrümmten Moleküle
Die gekrümmten Anthracenderivate durchlaufen bei der Absorption von Sonnenlicht strukturelle Veränderungen, welche es ermöglichen, die Energie in Form chemischer Bindungen zu speichern. Die Reaktion, die als Dewar-Isomerisierung bekannt ist, lässt die Moleküle von einer stabilen in eine hochenergetische Form wechseln. Wenn die Moleküle durch Wärme oder Licht einer bestimmten Wellenlänge stimuliert werden, kehren sie in ihre ursprüngliche Form zurück und setzen dabei die gespeicherte Sonnenwärme frei.
Vorteile der molekularen Solarthermie (MOST)
Die neue Technologie bietet mehrere Vorteile: Erstens können die gekrümmten Anthracenderivate sichtbares Licht absorbieren, im Gegensatz zu anderen Systemen, die oft nur ultraviolettes Licht nutzen. Zweitens arbeiten diese Systeme ohne die Verwendung von Lösungsmitteln, was die gravimetrische Energiedichte erhöht. Dies ist besonders wichtig, da viele bestehende Systeme auf verdünnten organischen Lösungsmitteln basieren, was ihre Effizienz verringert.
Langfristige Speicherung von Energie
Die so gesammelte Energie kann über lange Zeiträume gespeichert und bei Bedarf abgerufen werden. Die aktuell getesteten Systeme haben in Laborversuchen 28 Lade- und Entladezyklen ohne signifikante Ermüdung überstanden. Die Energiespeicherdichten erreichen bemerkenswerte Werte von bis zu 170 kJ/mol und 0,65 MJ/kg. Zum Vergleich: Herkömmliche Solarthermiesysteme, die Wasser als Speichermedium nutzen, erreichen Energiedichten von etwa 0,4 MJ/kg.
Herausforderungen und Perspektiven
Trotz der vielversprechenden Ergebnisse weist die Forschung darauf hin, dass diese Technologie sich noch in einer frühen Entwicklungsphase befindet. Die Studie ist darauf ausgelegt, das Potenzial vollständig kohlenstoffbasierter Systeme zur Speicherung von Sonnenenergie aufzuzeigen. Dennoch könnten diese Ergebnisse wichtige Fortschritte in der Entwicklung effizienterer und lösungsmittelfreier Solarthermiesysteme darstellen.
Fazit
Die Entwicklung und Forschung im Bereich der molekularen Solarthermie zeigen vielversprechende Ansätze zur effektiven Speicherung von Sonnenwärme durch organische Moleküle. Während die Technologie noch im Labor getestet wird, könnten zukünftige Fortschritte die Möglichkeiten zur Nutzung von Solarenergie erheblich erweitern und zu nachhaltigen Lösungen in der Energieversorgung führen. Die Fähigkeit, Sonnenlicht effizient zu speichern und wieder freizusetzen, könnte eine Schlüsselrolle dabei spielen, den Umgang mit erneuerbaren Energien zu optimieren und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.
