Energiewende Kommt die energiespeichernde Solarzelle?

Energiespeichernde Solarzellen könnten zum Gelingen der Energiewende beitragen.
Energiespeichernde Solarzellen könnten zum Gelingen der Energiewende beitragen.

Die Speicherung von Sonnenenergie ist eine zentrale Herausforderung der Energiewende. Ein Forschungsansatz ist die Umwandlung und Speicherung von Sonnenenergie in einem einzigen Molekül.

Strom aus regenerativen Energiequellen wie Sonne oder Wind steht nur dann zur Verfügung, wenn der Wind bläst und die Sonne scheint. Wird zu diesem Zeitpunkt gerade wenig Strom benötigt, ist es sehr schwer, den restlichen Strom zu speichern. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg arbeiten an neuen Lösungen und setzen dabei auf chemische Konzepte zur Energiespeicherung.

In zwei Gemeinschaftsprojekten suchen die Wissenschaftler nach neuen Ideen zur molekularen Sonnenenergie-Speicherung. Dazu erforschen sie Moleküle und Prozesse, die sowohl eine effiziente Speicherung als auch eine kontrollierte Energiefreisetzung ermöglichen. Denkbar ist dabei sogar eine direkte Umwandlung der gespeicherten chemischen Energie in elektrische Energie. Das würde den Bau einer energiespeichernden Solarzelle ermöglichen.

Solarenergie speichern

Grundlage der Forschungen ist das so genannte »Norbornadien-Quadricyclan-Speichersystem«. Die Substanzen Norbornadien (NBD) und Quadricyclan (QC) sind Kohlenwasserstoffe und werden in der Fachwelt schon seit längerer Zeit als potenzielle Kandidaten für die Speicherung von Sonnenenergie diskutiert: Unter Einwirkung von Licht kann sich das Molekül Norbornadien in einer Reaktion innerhalb des Moleküls zu Quadricyclan verwandeln.

Dabei wird eine Energiedichte erreicht, die der einer Hochleistungsbatterie entspricht. Auf Grund dieser Eigenschaft wird Quadricyclan auch als »Solar Fuel«, also als solarer Treibstoff, bezeichnet.

Effiziente Speicherung

Im Teil-Projekt »Photochemisch und magnetochemisch ausgelöste Speicherung / Freisetzung von Sonnenenergie in gespannten organischen Verbindungen«, das von Prof. Dr. Dirk Guldi und Prof. Dr. Andreas Hirsch geleitet wird, arbeiten die Wissenschaftler an der Herstellung verschiedener neuer Familien von NBD- und QC-Derivaten.

Darüber hinaus untersuchen sie systematisch den Einfluss von Photosensibilisatoren und Elektronenakzeptoren sowie von Lösungsmitteln und Magnetfeldern innerhalb dieses Prozesses. Langfristiges Ziel der Forscher ist es, einen geschlossenen System-Brennstoffzyklus für molekulare Speichermedien zu realisieren.

Kontrollierte Energiefreisetzung

Im Teil-Projekt »Katalytische und elektrochemische Wiedergabe von in verspannten organischen Verbindungen gespeicherter Sonnenenergie« entwickeln Prof. Dr. Julien Bachmann, Prof. Dr. Jörg Libuda und Dr. Christian Papp neue Katalysatorsysteme und Elektroden, mit denen chemische Energie direkt in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Dieses Funktionsprinzip wollen sie konzeptionell anhand von Hybridgrenzflächen mit geeigneter elektronischer Struktur, chemischer Struktur und elektrochemischer Stabilität nachweisen.

Die Ergebnisse der beiden Teilprojekte, für die Fördermittel der Deutschen Forschungsgemeinschaft von mehr als 1 Mio. Euro zur Verfügung stehen, könnten zusammen die Grundlagen zum Bau einer »energiespeichernden Solarzelle« sein.