Die Herausforderung der Solarenergiespeicherung

Die Nutzung von Solarenergie hat in den letzten Jahrzehnten erheblich zugenommen. Dennoch bleibt ein zentrales Problem bestehen: die Speicherung der gewonnenen Energie. Solaranlagen produzieren nur dann Strom, wenn ausreichend Sonnenlicht verfügbar ist. Nachts oder bei schlechtem Wetter fehlt diese Energiequelle. Um die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen weiter zu reduzieren, sind effiziente Speichertechnologien notwendig. Ein Forschungsteam der University of California in Santa Barbara hat nun einen vielversprechenden Ansatz entwickelt: ein Molekül, das Sonnenenergie chemisch speichern und bei Bedarf als Wärme abgeben kann.

Funktionsweise des molekularen Speichers

Das von den Forschern entwickelte Molekül gehört zur Klasse der sogenannten Molecular Solar Thermal (MOST)-Speichersysteme. Diese Systeme nutzen photochrome Moleküle, die unter Lichteinfluss ihre chemische Struktur verändern und dabei Energie speichern. Inspiriert wurden die Wissenschaftler von einem natürlichen DNA-Baustein, dem Pyrimidin, das unter UV-Licht reversible Strukturveränderungen durchläuft. Das synthetisch hergestellte Pyrimidon-Derivat funktioniert ähnlich wie eine mechanische Feder: Bei Bestrahlung mit Sonnenlicht verdreht es sich in eine energiereiche, gespannte Form. Diese Energie bleibt stabil gespeichert, bis ein externer Auslöser – wie leichte Erwärmung oder ein Säurekatalysator – die Rückkehr in den entspannten Zustand bewirkt. Dabei wird die gespeicherte Energie in Form von Wärme freigesetzt.

Praxistests und Energieeffizienz

In einem Praxistest demonstrierten die Forscher die Effizienz des neuen Moleküls. Eine in Wasser gelöste Pyrimidon-Lösung wurde durch Lichtbestrahlung „aufgeladen“ und anschließend durch Zugabe von Salzsäure entladen. Die freigesetzte Wärme reichte aus, um Wasser zum Kochen zu bringen – ein beeindruckender Nachweis der Leistungsfähigkeit. Messungen ergaben eine Energiedichte von über 1,6 Megajoule pro Kilogramm, was etwa dem Doppelten der Energiedichte herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus entspricht. Zudem übertrifft das Pyrimidon frühere Generationen lichtgesteuerter Molekülschalter deutlich.

Mögliche Anwendungsbereiche

Die potenziellen Anwendungen dieser Technologie sind vielfältig. Ein zentraler Einsatzbereich könnte die Ergänzung von Solaranlagen sein. Tagsüber könnte eine Pyrimidon-Lösung in Solarkollektoren gepumpt und durch Sonnenlicht aufgeladen werden. Die gespeicherte Energie ließe sich dann nachts oder an bewölkten Tagen nutzen, um Wärme bereitzustellen. Darüber hinaus könnte die Technologie in mobilen Anwendungen wie Camping-Kochern eingesetzt werden, um unabhängig vom Stromnetz warmes Wasser oder Essen zuzubereiten. Auch in abgelegenen Regionen ohne zuverlässige Energieversorgung könnte das Molekül eine praktikable Lösung bieten.

Zukunftsperspektiven und Herausforderungen

Obwohl die Ergebnisse vielversprechend sind, bleibt abzuwarten, wann die Technologie marktreif sein wird. Die Forscher betonen, dass weitere Studien notwendig sind, um die Langzeitstabilität und Skalierbarkeit des Systems zu gewährleisten. Dennoch zeigt der Ansatz, welches Potenzial in der direkten chemischen Speicherung von Sonnenenergie steckt. Sollte sich die Technologie durchsetzen, könnte sie einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen weiter verringern.