Eine Option zur Speicherung von Sonnenenergie
An der schwedischen Chalmers University of Technology wurde ein Langzeitspeicher für Sonnenenergie entwickelt, der Wärme zum Heizen auch dann abgeben kann, wenn die Sonne nicht scheint
Wer an Sonnenenergiespeicher denkt, stellt sich üblicherweise eine Art von elektrochemischem Akku vor, wie sie beispielsweise in E-Mobilen zum Einsatz kommen. An der Technischen Hochschule Chalmers im schwedischen Göteburg hat ein Team um Kasper Moth-Poulsen einen Langzeitspeicher für Sonnenenergie entwickelt.
Bei Batteriespeichern für PV-Anlagen ist heute eine Selbstentladung von 3 - 5 % pro Monat bei den meisten gebräuchlichen Techniken üblich. Sie eignen sich somit eher als Kurzzeitspeicher. Redox-Flow-Batterien haben angeblich eine geringere Selbstentladung. Doch deren wirtschaftlicher Erfolg benötigt zumindest einen langen Atem. Ein Vergleich verschiedener Energiespeichertechniken findet sich in einer Ausarbeitung der Wissenschaftlichen Dienste des Deutschen Bundestags.
Die Idee: Speichern auf molekularer Ebene
Die Forscher in Göteborg haben eine Verbindung aus Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff entwickelt, die zur Lösung bestehender Probleme bei der Speicherung erneuerbarer Energien beitragen könnte. Das Molekül ist für den Einsatz als Teil eines Molecular Solar Thermal Energy Storage (MOST)-Systems vorgesehen. Wird es in flüssiger Form Sonnenstrahlung ausgesetzt, wird Sonnenlicht absorbiert. Dabei ändern sich die Bindungen zwischen seinen Atomen und verwandeln es in ein energiereiches Isomer. Auf diese Weise soll sich dann Sonnenenergie speichern lassen.
Die Isomere werden anschließend bei Raumtemperatur aufbewahrt, um das Energiepotenzial des Moleküls in möglichst großem Umfang zu erhalten und den Energieverlust zu minimieren. Es wird daher weder eine aktive Temperaturhaltung noch eine Dämmung des Lagerraums benötigt. Das Konzept hat sich sowohl im Falle des Einbaus der Moleküle in einem Feststoff als auch in einem flüssigen Medium als praktikabel erwiesen.
Im Falle des flüssigen Mediums kann die gespeicherte Wärme mit Hilfe eines Katalysators bei Bedarf wieder aktiviert werden und das Speichermolekül dabei in seinen Ursprungszustand versetzt werden, so dass es erneut unter Sonneneinstrahlung wieder Wärmeenergie speichern kann. Offensichtlich sind die Prozesse ohne Beeinträchtigung der Moleküle möglich und lassen sich unbegrenzt wiederholen. Die Speicherkapazität soll durch die Lade-/Entlade-Zyklen nicht vermindert werden.
Die bei diesem Prozess bislang freisetzbare Wärme soll eine Erwärmung des Isomers um 63°C ermöglichen, was die Möglichkeit zur Erhitzung von Brauchwasser und zur Nutzung in Hausheizungen ermöglichen kann, wo es eine vollständig emissionsfreie Heizung ermöglichen soll. Das Team um Kasper Moth-Poulsen ist nicht das einzige, das an molekularen Sonnenenergiespeichern forscht.
Ein vergleichbares System wie in Göteburg wird auch am Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelt, wo man mit einem Plastik-Polymer (AzoPMA) als Speichermedium arbeitet. Mit diesen Systemen soll nicht nur die schwankende Sonneneinstrahlung ausgeglichen werden, sondern auch der schwankende Bedarf der Nutzer.
Im nächsten Entwicklungsschritt des Göteburger Projekts soll die Abgabetemperatur auf 110°C erhöht werden, bevor man an die Vermarktung des Systems gehen will. Noch ist das System in der Praxis nur zur Wärmenutzung geeignet. Will man es zur Stromerzeugung einsetzen, müsste es gelingen die Energie im Gesamtsystem noch stärker zu konzentrieren, um die Temperaturdifferenz zu erhöhen.
Wenn derartige Molekularspeicher auch bei der Produktion elektrischer Energie eingesetzt werden können, bietet sich eine weitere Stromquelle zur Versorgung von E-Mobilen an, die selbst dann zur Verfügung steht, wenn die Sonne nicht scheint und kein Wind weht, was allgemein vielfach unter dem Begriff "Dunkelflaute" befürchtet wird.
Wann könnte ein molekularer Energiespeicher verfügbar sein?
In einem ersten Schritt dürfte die Technik vorwiegend für kleine Räume realisierbar sein. Dafür bieten sich beispielsweise Elektrofahrzeuge an, die für ihre Heizung bislang die eingebaute Traktionsbatterie belasten und somit in der kalten Jahreszeit die Reichweite des Fahrzeugs reduzieren. Denkbar scheint auch der Einsatz bei Funktionsbekleidung zu sein, wo zusätzlich zur Wärmedämmung eine CO2-freie aktive Beheizung realisierbar wäre.
Wieviel Kapital benötigt wird, um die Idee zu kommerzialisieren, ist bislang noch nicht bekannt. Zu den bekannten Vorteilen des Systems zählt die Tatsache, dass es weder seltene Erden noch sonstige möglicherweise knappen oder strategischen Materialien mit begrenzter Verfügbarkeit benötigen soll.
In welchem Zeitraum eine Kommerzialisierung des Prinzips, das sich in Schweden in der Entwicklung befindet, möglich sein wird, ist derzeit noch nicht abschätzbar. Auch hinsichtlich der Kosten wurde bislang nur erwähnt, dass sie in eine wettbewerbsfähige Größenordnung fallen müssen, wenn die Technik vermarktet werden soll.