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Radikaler Durchbruch: Solarenergie kann bis zu 18 Jahre lang gespeichert werden

Dr Kaspar Moth-Poulson und sein Team haben einen Weg gefunden, Solarenergie bis zu 18 Jahre lang zu speichern.
Dr Kaspar Moth-Poulson und sein Team haben einen Weg gefunden, Solarenergie bis zu 18 Jahre lang zu speichern.   -   Copyright  Chalmers University of Technology/ Oscar Mattsson
Von Lottie Limb

Solarbetriebene Energie ist dank eines "radikalen" wissenschaftlichen Durchbruchs einen Schritt näher daran, ein alltäglicher Bestandteil unseres Lebens zu werden.

Im Jahr 2017 haben Wissenschaftler:innen einer schwedischen Universität ein Energiesystem entwickelt, das es ermöglicht, Sonnenenergie einzufangen und bis zu 18 Jahre lang zu speichern, um sie bei Bedarf als Wärme freizugeben.

Jetzt ist es den Forschenden gelungen, das System zur Stromerzeugung mit einem thermoelektrischen Generator zu nutzen. Das an der Chalmers University of Technology in Göteborg entwickelte Konzept steckt zwar noch in den Kinderschuhen, könnte aber den Weg für selbstaufladende Elektronik ebnen, die gespeicherte Sonnenenergie bei Bedarf nutzt.

"Dies ist eine radikal neue Art der Stromerzeugung aus Sonnenenergie. Es bedeutet, dass wir Solarenergie nutzen können, um Strom unabhängig von Wetter, Tageszeit, Jahreszeit oder geografischer Lage zu erzeugen", erklärt der Forschungsleiter Kasper Moth-Poulsen, Professor am Fachbereich Chemie und Chemieingenieurwesen der Chalmers University.

"Ich bin absolut begeistert von dieser Arbeit", fügt er hinzu. "Wir hoffen, dass dies bei der weiteren Entwicklung ein wichtiger Bestandteil des zukünftigen Energiesystems sein wird."

Wie kann Sonnenenergie gespeichert werden?

Solarenergie ist eine variable erneuerbare Energiequelle, da sie größtenteils nur dann funktioniert, wenn die Sonne scheint. Aber es werden bereits in hohem Tempo Technologien entwickelt, die diesen vieldiskutierten Mangel ausgleichen.

Aus Pflanzenabfällen wurden Solarzellen hergestellt, die auch an bewölkten Tagen UV-Licht absorbieren, und es wurden "Nachtsolarzellen" entwickelt, die auch nach Sonnenuntergang funktionieren.

Die langfristige Speicherung der erzeugten Energie ist eine andere Sache. Das Solarenergiesystem, das 2017 in Chalmers entwickelt wurde, ist unter dem Namen "MOST" bekannt: Molecular Solar Thermal Energy Storage Systems.

Die Technologie basiert auf einem speziell entwickelten Molekül aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff, das seine Form ändert, wenn es mit Sonnenlicht in Berührung kommt.

Es verwandelt sich in ein "energiereiches Isomer" - ein Molekül, das aus denselben Atomen besteht, aber anders angeordnet ist. Das Isomer kann dann in flüssiger Form gespeichert werden, um es später bei Bedarf zu nutzen, z. B. nachts oder im tiefsten Winter.

Ein Katalysator gibt die gespeicherte Energie in Form von Wärme ab und bringt das Molekül wieder in seine ursprüngliche Form zurück, so dass es erneut verwendet werden kann.

Im Laufe der Jahre haben die Forscher das System so weit verfeinert, dass es jetzt möglich ist, die Energie für bis zu 18 Jahre zu speichern.

Chalmers University of Technology
Diese Moleküle verändern ihre Form, wenn sie vom Sonnenlicht getroffen werden, und werden in flüssiger Form zur späteren Verwendung gespeichert.Chalmers University of Technology

Ein "ultradünner" Chip wandelt die gespeicherte Sonnenenergie in Strom um

Chalmers University of Technology/Daniel Spacek
Solarenergie kann nach Belieben zu Strom gemacht werden.Chalmers University of Technology/Daniel Spacek

In einer neuen Studie, die im vergangenen Monat in Cell Reports Physical Science veröffentlicht wurde, ist dieses Modell nun einen Schritt weiter gegangen.

Die schwedischen Forscher schickten ihr einzigartiges Molekül, das mit Sonnenenergie geladen war, an Kollegen der Shanghai Jiao Tong University. Dort wurde die Energie freigesetzt und mithilfe des von ihnen entwickelten Generators in Strom umgewandelt.

Die neuen Ergebnisse zeigen, dass das Konzept wirklich funktioniert. Es sieht sehr vielversprechend aus.

Im Wesentlichen wurden schwedische Sonnenstrahlen auf die andere Seite der Welt geschickt und in China in Strom umgewandelt.

"Der Generator ist ein ultradünner Chip, der in elektronische Geräte wie Kopfhörer, Smartwatches und Telefone integriert werden könnte", sagt der Forscher Zhihang Wang von der Chalmers University of Technology.

"Bisher haben wir nur kleine Mengen Strom erzeugt, aber die neuen Ergebnisse zeigen, dass das Konzept wirklich funktioniert. Es sieht sehr vielversprechend aus."

Es könnte möglicherweise Batterien und Solarzellen ersetzen und die Art und Weise, wie wir die reichlich vorhandene Energie der Sonne nutzen, optimieren.

Chalmers University of Technology/Per Erséus, Språng kommunikation
In Verbindung mit einem mikrometerdünnen thermoelektrischen Generator kann das MOST-Energiesystem elektrischen Strom erzeugen.Chalmers University of Technology/Per Erséus, Språng kommunikation

Gespeicherte Sonnenenergie: Eine fossile und emissionsfreie Art der Stromerzeugung

Das Schöne an diesem geschlossenen, kreisförmigen System ist, dass es ohne CO2-Emissionen funktioniert. Es hat also ein großes Potenzial für die Nutzung erneuerbarer Energien.

Der jüngste Bericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses der Vereinten Nationen für Klimaänderungen (IPCC) macht mit überwältigender Deutlichkeit deutlich, dass wir die erneuerbaren Energien ausbauen und viel, viel schneller von fossilen Brennstoffen wegkommen müssen, um eine sichere Klimazukunft zu gewährleisten.

Auch wenn bedeutende Fortschritte bei der Solarenergie wie diese Anlass zur Hoffnung geben, warnen die Wissenschaftler:innen, dass es noch einige Zeit dauern wird, bis die Technologie in unser Leben integriert ist. Bis wir unsere technischen Geräte aufladen oder unsere Häuser mit der gespeicherten Sonnenenergie heizen können, sei noch viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit zu leisten.

"Gemeinsam mit den verschiedenen Forschungsgruppen, die an dem Projekt beteiligt sind, arbeiten wir jetzt daran, das System zu optimieren", sagt Moth-Poulsen. "Die Menge an Strom oder Wärme, die es gewinnen kann, muss erhöht werden.

Er fügt hinzu, dass das System, obwohl es auf einfachen Materialien basiert, so angepasst werden muss, dass es kosteneffektiv produziert werden kann, bevor es auf breiterer Basis eingeführt werden kann.