Die Nutzung von Solarenergie zur Wärmeversorgung steht im Fokus der gegenwärtigen Forschung, insbesondere im Hinblick auf die saisonalen Herausforderungen der Energiegewinnung. Laut tagesschau.de ist Sonnenenergie im Winter oft zu schwach, um effizientes Heizen zu ermöglichen. Dies führt zu einem erhöhten Bedarf an Energiespeicherlösungen, die in der Lage sind, Sommerüberschüsse der Solarenergie für die kalte Jahreszeit zu sichern.
Einsatzmöglichkeiten in solarthermischen Anlagen sollen künftig durch den Einsatz molekularer Photoschalter revolutioniert werden. Diese innovative Technologie basiert auf lichtempfindlichen Molekülen, die ihre Struktur und damit ihre Eigenschaften durch Sonnenlicht verändern können. Forschungsgruppen, insbesondere von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der Universität Siegen, arbeiten derzeit an der Entwicklung und Optimierung dieser Systeme, welche sich als vielversprechende Lösung erweisen könnten.
Die Herausforderungen der Energiespeicherung
Ein zentrales Problem bei der Nutzung von solarer Wärme ist die Unbeständigkeit der verfügbaren Energie. Laut industr.com macht Wärme rund 50 Prozent des weltweit benötigten Endenergieverbrauchs aus, jedoch ist der Anteil erneuerbarer Wärme, speziell Solarenergie, im Vergleich zu fossilen Brennstoffen gering. Herkömmliche Speicherungsmethoden erlauben lediglich kurzfristige Lösungen, beispielsweise in Form von heißem Wasser.
Für eine effektivere und langfristige Speicherung bieten molekulare Energiespeichersysteme die Option, Solarenergie in chemischen Bindungen zu speichern, die über Wochen oder Monate stabil bleiben. Aktuelle Photoschalter stoßen jedoch noch an Grenzen: Sie können entweder hohe Energiespeicherkapazität oder effiziente Lichtabsorption erzielen, jedoch nicht beides gleichzeitig.
Ein innovativer Ansatz
Die Forschungsgruppen haben einen neuen Ansatz entwickelt, um diese beiden Eigenschaften zu entkoppeln. Eine neuartige Klasse von Photoschaltern hat das Potenzial, in der Energiespeicherung mit Lithium-Ionen-Batterien konkurrieren zu können. Diese Systeme nutzen einen Sensibilisator, der sichtbares Licht absorbiert und die Energie dann an den Photoschalter überträgt. Dadurch wird die Effizienz der Solarenergiespeicherung erheblich gesteigert, wie presse.uni-mainz.de hervorhebt.
Die Mechanik hinter diesen Systemen wurde durch umfangreiche spektroskopische Analysemethoden vertieft untersucht. Jedes absorbierte Photon kann eine neue chemische Bindung bilden, was sowohl Robustheit als auch Praktikabilität der Technologie gewährleistet. Die Mechanismen zur Energiespeicherung und -freigabe stehen bereits im Labormaßstab zur Verfügung und zeigen vielversprechende Ergebnisse.
Pilotprojekte und zukünftige Perspektiven
Aktuelle Pilotprojekte, etwa in Spanien, testen die Speicherlösungen mithilfe kleiner Module auf Dächern. Sehr hohe Speicherdichten sind notwendig, um die Größe der zukünftigen Speicheranlagen zu definieren. Trotz der vielversprechenden Fortschritte steht die Technologie noch in der Grundlagenforschung und benötigt weiterführende Unterstützung, welche heute von Organisationen wie der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) bereitgestellt wird.
Insgesamt zeigen diese Entwicklungen, dass die Nutzung molekularer Photoschalter eine bedeutende Rolle in der zukünftigen Energieversorgung spielen könnte. Mit dem Ziel, eine Effizienz von 100 Prozent zu erreichen, wird an innovativen Lösungen gearbeitet, die die Herausforderungen der Energieeinspeicherung und -nutzung im Kontext Nachhaltigkeit und Klimaschutz adressieren.