Die Solarenergie steht vor einer grundlegenden Herausforderung: Nach Sonnenuntergang hören die Solarpaneele auf zu arbeiten. Wie man das Sonnenlicht des Tages für die Nacht oder bewölkte Tage speichert, ist ein dringendes Problem im Bereich der erneuerbaren Energien. Chemiker der University of California, Santa Barbara, haben eine Lösung entwickelt, die ohne sperrige Batteriepakete oder Netzinfrastruktur auskommt. In einer im Fachmagazin „Science“ veröffentlichten Studie erläutert die außerordentliche Professorin Grace Han und ihr Team im Detail ein neues Material, das Sonnenlicht einfangen, in chemischen Bindungen speichern und Wärme bei Bedarf freisetzen kann.
Dieses Material ist ein modifiziertes organisches Molekül namens Pyrimidon und stellt den neuesten Fortschritt im Bereich der molekularen solarthermischen Speicherung dar.
„Dieses Konzept ist wiederverwendbar und recycelbar“, sagte Han Nguyen, Doktorand in der Han-Forschungsgruppe und Erstautor der Arbeit. „Denken Sie an photochrome Sonnenbrillen. Drinnen sind die Gläser klar. Geht man ins Sonnenlicht, verdunkeln sich die Gläser automatisch. Geht man wieder hinein, werden die Gläser wieder klar“, erklärte Nguyen. „Diese reversible Veränderung ist genau das, was uns interessiert. Nur dass wir nicht die Farbe ändern, sondern das gleiche Prinzip nutzen, um Energie zu speichern und bei Bedarf freizusetzen, und dieses Material dann wiederholt verwenden.“
Biologisch inspirierter Entwurf
Um dieses Molekül zu erschaffen, suchte das Forschungsteam Inspiration aus einer unerwarteten Quelle: der DNA. Die Struktur von Pyrimidon ähnelt einer Komponente in der DNA, die sich unter UV-Bestrahlung reversibel strukturell verändert.
Durch die Synthese einer technisch modifizierten Version dieser Struktur schuf das Team ein Molekül, das Energie reversibel speichern und freisetzen kann. Sie arbeiteten mit dem Distinguished Research Professor Ken Houk von der UCLA zusammen und nutzten Computermodelle, um zu verstehen, warum das Molekül Energie speichern und diese über Jahre hinweg halten kann.
„Wir priorisierten ein leichtes, kompaktes Moleküldesign“, sagte Nguyen. „In diesem Projekt haben wir alles Unnötige weggestrichen. Alles Überflüssige wurde entfernt, um das Molekül so kompakt wie möglich zu machen.“
Wiederaufladbare „Wärmebatterie“
Während herkömmliche Solarpaneele Licht in Elektrizität umwandeln, wandelt das molekulare Solarsystem Licht in chemische Energie um. Das Molekül verhält sich wie eine mechanische Feder: Wird es dem Sonnenlicht ausgesetzt, verformt es sich in einen hochenergetischen, gespannten Zustand und bleibt darin eingesperrt, bis ein Auslöser (wie eine kleine Menge Wärme oder ein Katalysator) es zurück in den entspannten Zustand schnellen lässt und dabei die gespeicherte Energie als Wärme freisetzt.
„Wir beschreiben es normalerweise als eine wiederaufladbare Sonnenbatterie“, sagte Nguyen. „Es speichert Sonnenlicht und kann wieder aufgeladen werden.“
Das neue Molekül des Forschungsteams hat eine Energiedichte von über 1,6 Megajoule pro Kilogramm, etwa doppelt so viel wie bei Standard-Lithium-Ionen-Batterien (ca. 0,9 MJ/kg) und deutlich höher als bei früheren Generationen optischer Schaltmaterialien.
Von der Theorie zur praktischen Anwendung
Der entscheidende Durchbruch der Studie bestand darin, die hohe Energiedichte in praktische Effekte umzusetzen. In der Studie zeigten die Forscher, dass das Material genug Wärme freisetzen kann, um Wasser zum Kochen zu bringen – ein Ergebnis, das in diesem Bereich bisher schwer zu erreichen war.
„Wasser zum Kochen zu bringen ist ein energieintensiver Prozess“, sagte Nguyen. „Dass wir in der Lage waren, Wasser unter normalen Bedingungen zum Kochen zu bringen, ist ein wichtiger Fortschritt.“
Diese Fähigkeit eröffnet die Tür zu praktischen Anwendungen, einschließlich netzunabhängiger Heizszenarien wie beim Camping sowie der Warmwasserversorgung in Wohnhäusern. Da das Material wasserlöslich ist, könnte es theoretisch durch solarthermische Kollektoren auf dem Dach zirkulieren, tagsüber Energie speichern und in einem Speichertank für die nächtliche Wärmeversorgung aufbewahrt werden.
„Bei Solarpanels benötigt man zusätzliche Batteriesysteme, um Energie zu speichern“, sagte Mitautor Benjamin Baker, Doktorand im Han-Labor. „Bei der molekularen solarthermischen Speicherung kann das Material selbst Energie im Sonnenlicht speichern.“
Veröffentlichungsdetails: Autoren: HanP.Q. Nguyen et al., Titel: „Molecular Solar Thermal Storage Exceeding 1.6 MJ/kg in Dewar Pyrimidines“, veröffentlicht in: „Science“ (2026), Zeitschrifteninfo: „Science“
