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Forschung: Speicherzellen für Solarenergie

04.12.2020 | 12:51 Uhr | Peter Müller

Sol lucet omnibus, aber eben nicht immer. Speichertechnologien für Solaranlagen sind eine Herausforderung, die eine Forschergruppe angenommen hat.

Der Ausstieg aus fossiler Energie muss eher früher als später kommen, Kernenergie bringt andere Problematiken mit sich und taugt nicht einmal als Brückentechnologie und die Fusionstechnik könnte in 40 Jahren marktreif sein, heißt es seit 40 Jahren. Solar- und Windenergie lassen sich aber schlecht kontinuierlich bereitstellen, Speichern in einem Smart Grid oder im vorhandenen Gasnetz (Power to Gas) ist vermutlich nur Teil der Lösung.

Eurekalert berichtet nun aber von bahnbrechenden Ergebnissen der Universität von Lancaster: Eine kristalline Struktur soll demnach in der Lage sein, aus Sonnenlicht gewonnene Energie über Monate oder gar Jahre hinweg zu speichern – und das bei Raumtemperatur. Beinahe also wie Pflanzen würde das Material die Energie tagsüber in den Sommermonaten generieren und speichern und sie nachts und vor allem im Winter wieder abgeben. Nur eben in Form von Strom und nicht als Nahrung …

Das erforschte Material ist ein "Metal-organic framework" oder MOF, das aus einem Netz von Metall-Ionen besteht, die mit organischen Materialien – also Kohlenstoffverbindungen – in einer dreidimensionalen Struktur verbunden sind. Diese MOFs sind porös und können daher andere Substanzen einlagern. Ein von der Universität Kyoto entwickeltes MOF namens "DMOF1" zeigte sich bei den Experimenten in Lancaster als befähigt, Energie zu speichern. Dabei veränderten die in die Struktur eingelagerten Azobenzene ihre Struktur unter Lichteinwirkung und speicherten dessen Energie, wie etwa eine Feder mechanische Energie speichert, drückt man sie zusammen. Und so wie ein Schachtelteufelchen eben die gespannte Feder einsperrt und die Energie beim Öffnen entlässt, sperrt das untersuchte MOF die verformten Azobenzene gewissermaßen in seiner Struktur ein und speichert so die Energie über längere Zeiträume. Das "Öffnen" der Schachtel passiert unter Zuführung externer Wärme, welche die rasche Rückverformung auslöst und so die gespeicherte Energie wieder frei lässt. Die daraus resultierende Wärme wiederum dient dazu, Wasser zu erhitzen und letztendlich als Dampf Turbinen zur Stromerzeugung anzutreiben – selbst Kernkraftwerke und dereinst vielleicht Fusionsreaktoren ernten so die Energie aus dem Inneren der Atome.

Über den Wirkungsgrad der Speichertechnologie lassen sich nur wenige Aussagen treffen. Der ist aber bei der von Natur über Milliarden von Jahren entwickelten Photosynthese, die Sonnenlicht in Kohlenstoffkettenmoleküle wandelt, aber auch nicht besonders hoch: etwa vier Prozent.

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