Die Solarwärme geht mit dem Sonnenuntergang unter. Doch das könnte sich bald ändern. Eine neue Solarbatterie verspricht, Wärme effizient zu speichern und sogar doppelt so viel Energie wie Lithium-Ionen-Batterien bereitzustellen.
Die Solarwärme hat eine entscheidende Schwäche: Sie verschwindet mit dem Sonnenuntergang. Eine zuverlässige Speicherung dieser Energie für die spätere Nutzung bleibt eines der größten Hindernisse für den Ausbau erneuerbarer Energien. Ein Forscherteam der University of California unter der Leitung des Doktoranden Han Nguyen präsentierte nun eine Übergangslösung.
Im Zentrum steht ein winziges organisches Molekül namens Pyrimidon, das Sonnenlicht einfängt und die Energie in seiner Struktur einschließt. Fachlich bezeichnen die Forscher das System als „Dewar pyrimidone“. Der Aufbau orientiert sich an der Struktur menschlicher DNA. Zur Veranschaulichung des Prinzips verweist das Team auf selbsttönende Sonnenbrillen, die sich im Sonnenlicht automatisch verdunkeln und im Schatten wieder klar werden.
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Statt der Farbe ändert dieses Molekül jedoch seinen Energiezustand, um Wärme zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Professor Ken Houk von der UCLA unterstützte das Vorhaben mit Computermodellen. Simulationen hätten belegt, dass die eingefangene Energie über Jahre hinweg stabil in dem Molekül gelagert werden kann. Das Team suchte dabei gezielt nach einer Konfiguration, die ungewollte Energieverluste im Ruhezustand verhindert.
Solarbatterie: Funktionsweise und chemische Speicherung
Das entwickelte Molekül agiert wie eine gespannte Feder. Sobald es dem Sonnenlicht ausgesetzt ist, wechselt es in eine energiereiche Anordnung. Ein gezielter Trigger wie Wärme oder ein Katalysator fungiert dabei als Auslöser, um die gespeicherte Energie kontrolliert wieder abzurufen. Bei diesem Prozess gibt das Material die gespeicherte Energie als Wärme wieder ab.
Die mechanische Spannung im Inneren des Moleküls ermöglicht eine Kapazität, die gängige Speicherlösungen übertrifft. Die erreichte Energiedichte soll sich auf über 1,6 Megajoule pro Kilogramm belaufen. Dieser Wert wäre etwa doppelt so hoch wie die Kapazität gewöhnlicher Lithium-Ionen-Batterien, die bei rund 0,9 Megajoule pro Kilogramm rangiert. Han Nguyen betont, dass das Team für dieses Projekt alles Unnötige weggeschnitten hat, um das Molekül so kompakt wie möglich zu halten.
Vom Camping-Kocher bis zur Hausheizung
In Laborversuchen demonstrierten die Forscher, dass die freigesetzte Wärme ausreicht, um Wasser zum Sieden zu bringen. Laut Han Nguyen ermöglicht diese Leistung künftige Anwendungen wie mobile Heizlösungen für die Verpflegung beim Camping. Noch ist die Technologie kein fertiges Produkt, sondern ein Blick in die Zukunft. Sie öffnet jedoch Türen für vollkommen neue, netzunabhängige Wärmequellen.
Da das Material wasserlöslich ist, könnten Forscher es künftig durch solarthermische Kollektoren pumpen, die auf Dächern montiert sind. Dort würde sich die Flüssigkeit tagsüber aufladen und anschließend in isolierte Lagertanks fließen. Während der Nachtstunden könnte das System die gespeicherte Wärme dann zum Heizen von Wohnräumen nutzen.
Das Moore Inventor Fellowship unterstützte das Forschungsprojekt finanziell, um die Entwicklung der Solarbatterie voranzutreiben. Diese Technologie entkoppelt die Nutzung der Sonnenenergie erstmals vollständig vom Tageslicht. Han Nguyen und sein Team liefern damit einen neuen Ansatz, um den größten Flaschenhals der Energiewende zu überwinden.
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