Forscher haben ultra-schwarze Nanonadeln aus Kupfer und Kobalt getestet, die 99,5 Prozent des Sonnenlichts absorbieren können. Das Material ist extrem hitze- und feuchtigkeitsbeständig und könnte so die Effizienz von Solarkraftwerken deutlich steigern.
Die Solarenergie ist ein entscheidender Faktor für die Energiewende. Denn mit der Hilfe des Sonnenlichts kann sauberer Strom produziert werden. Dieser steht – Sonneneinstrahlung vorausgesetzt – außerdem unbegrenzt zur Verfügung. Solarkraftwerke können helfen, den Ausstoß von Treibhausgasen zu minimieren und sollen in der Zukunft fossile Brennstoffe ersetzen.
Moderne Solarmodule nehmen heute rund 85 bis 90 Prozent des Sonnenlichts auf. Tatsächlich in Strom umgewandelt, wird hingegen nur ein Teil davon – je nach Wirkungsgrad.
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Forscher der University of the Basque Country (EHU) wollen diesen Prozentsatz jedoch weiter ausreizen. Sie führen thermooptische Analysen durch, um die Absorptionseigenschaften von verschiedenen Materialien zu testen. Dabei haben sie nun herausgefunden, dass ultra-schwarze Nanonadeln 99,5 Prozent des Sonnenlichts absorbieren können.
Was bringen ultra-schwarze Nanonadeln für die Solarenergie?
Die Forscher der Universität des Baskenlandes haben ultra-schwarze Nanonadeln aus Kupfer-Kobaltat in sogenannten Solartürmen getestet. Diese Nanonadeln können nicht nur nahezu das gesamte Sonnenlicht einfangen, sondern sind gleichzeitig auch bei hohen Temperaturen extrem beständig.
Die Kupfer-Kobaltat-Nanonadeln wurden von der University of California in San Diego patentiert. In ihrer Forschungsgruppe „Thermophysikalische Eigenschaften von Materialien“ haben die Wissenschaftler der EHU dieses Material nun unter die Lupe genommen.
Für ihre Untersuchung haben die Forscher das Material in sogenannten Solartürmen getestet. Dabei wird das Sonnenlicht nicht direkt mit der Hilfe von Solarmodulen in Strom umgewandelt, sondern über bewegliche Spiegel auf einen zentralen Turm gebündelt. Die Spiegel reflektieren das Licht auf den Turm, der dann die gebündelte Strahlung in Wärme umwandeln und so Strom erzeugen oder auch Energie speichern kann.
Für eine maximale Absorption des Sonnenlichts auf dem Turm müssen die absorbierenden Materialien ultra-schwarz sein. Die derzeit auf dem Markt erhältlichen schwärzesten Materialien bestehen aus vertikal ausgerichteten Kohlenstoffnanoröhren.
Forscher haben 100 Prozent Lichtabsorption als Ziel
„Wir haben festgestellt, dass diese Kupfer-Kobaltat-Nanonadeln eine bessere Leistung als die bisher verwendeten Kohlenstoffnanoröhren erbringen und dass diese Nanonadeln mit einer Zinkoxidbeschichtung sogar noch besser funktionieren“, erklärt Studienautor Iñigo Dr. González de Arrieta.
Kohlenstoffnanoröhren seien „bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit nicht stabil“. Sie müssten deshalb mit widerstandsfähigeren Materialien beschichtet werden, was jedoch ihre Optimierung beeinträchtigt. Daher seien sie für den Einsatz in Solartürmen nicht geeignet.
Nanonadeln aus Kupfer-Kobaltat hingegen seien „bei hohen Temperaturen viel stabiler“. Das ermöglicht ihnen, 99 Prozent des Sonnenlichts zu absorbieren. Durch eine Zinkoxid-Beschichtung erhöhe sich ihre Absorption noch weiter auf 99,5 Prozent.
Bisher kommt in Solartürmen schwarzes Silizium zum Einsatz. Dieses Material ist jedoch nur in der Lage, 95 Prozent des Lichts einzufangen.
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