Een onderzoeksgroep van de Chalmers University of Technology, Zweden, heeft grote stappen gezet in de richting van de ontwikkeling van een speciaal ontworpen molecuul dat zonne-energie kan opslaan voor later gebruik. Deze vorderingen zijn gepresenteerd in vier wetenschappelijke artikelen, de meest recent verschenen in Energie en milieuwetenschappen .

Ongeveer een jaar geleden, het onderzoeksteam presenteerde een molecuul dat in staat was zonne-energie op te slaan. het molecuul, gemaakt van koolstof, waterstof en stikstof, heeft de unieke eigenschap dat wanneer het wordt geraakt door zonlicht, het wordt omgezet in een energierijk isomeer - een molecuul dat uit dezelfde atomen bestaat, maar op een andere manier met elkaar verbonden.

Dit isomeer kan vervolgens worden opgeslagen voor gebruik wanneer die energie later nodig is, bijvoorbeeld 's nachts of in de winter. Het is in vloeibare vorm en is aangepast voor gebruik in een zonne-energiesysteem, dat de onderzoekers het Molecular Solar Thermal Energy Storage (MOST) -systeem noemen. In het laatste jaar, de onderzoekers hebben grote vorderingen gemaakt bij de ontwikkeling van MOST.

De onderzoeksgroep ontwikkelde een katalysator om het vrijkomen van de opgeslagen energie te beheersen. De katalysator werkt als een filter, waardoor de vloeistof stroomt, waardoor een reactie ontstaat die de vloeistof met 63 graden Celsius opwarmt. Als de vloeistof een temperatuur heeft van 20 graden C wanneer deze door het filter wordt gepompt, het komt er aan de andere kant uit bij 83 graden C. Tegelijkertijd, het brengt het molecuul terug in zijn oorspronkelijke vorm, zodat het vervolgens opnieuw kan worden gebruikt in het verwarmingssysteem.

"De energie in dit isomeer kan nu tot 18 jaar worden opgeslagen. En wanneer we de energie extraheren en gebruiken, we krijgen een warmtetoename die groter is dan we hadden durven hopen, " zegt de leider van het onderzoeksteam, Kasper Moth-Poulsen, hoogleraar bij de afdeling Scheikunde en Chemische Technologie.

Gedurende dezelfde periode, de onderzoekers leerden ook om het ontwerp van het molecuul te verbeteren om de opslagcapaciteiten te vergroten, zodat het isomeer tot 18 jaar energie kan opslaan. Dit was een cruciale verbetering, aangezien de focus van het project voornamelijk op chemische energieopslag ligt. Verder, het systeem was voorheen afhankelijk van het gebruik van de ontvlambare chemische stof tolueen. Maar nu, de onderzoekers hebben een manier gevonden om het potentieel gevaarlijke tolueen te verwijderen en in plaats daarvan alleen het energieopslagmolecuul te gebruiken.

Door deze ontwikkelingen werkt het MOST-systeem nu circulair. Eerst, de vloeistof vangt energie op uit zonlicht, in een thermische zonnecollector op het dak van een gebouw. Daarna wordt het bij kamertemperatuur bewaard, wat leidt tot minimaal energieverlies. Wanneer de energie nodig is, het kan door de katalysator worden gezogen zodat de vloeistof opwarmt. Het is de bedoeling dat deze warmte vervolgens kan worden gebruikt in verwarmingssystemen voor woningen, waarna de vloeistof terug naar het dak kan worden gestuurd om meer energie te verzamelen - allemaal volledig vrij van emissies, en zonder het molecuul te beschadigen.

"We hebben de laatste tijd veel cruciale vorderingen gemaakt, en vandaag, we hebben een emissievrij energiesysteem dat het hele jaar door werkt, ", zegt Kasper Moth-Poulsen.

De thermische zonnecollector is een concave reflector met een buis in het midden. Het volgt het pad van de zon door de lucht en werkt op dezelfde manier als een schotelantenne, het concentreren van de zonnestralen op het punt waar de vloeistof door de buis gaat. Het is zelfs mogelijk om een ​​extra leiding met gewoon water toe te voegen om het systeem te combineren met conventionele waterverwarming.

De volgende stappen voor de onderzoekers zijn om alles te combineren tot een samenhangend systeem. "Er moet nog veel gebeuren. We hebben het systeem net aan het werk. Nu moeten we ervoor zorgen dat alles optimaal is ontworpen, ", zegt Kasper Moth-Poulsen. De groep is tevreden over de opslagmogelijkheden, maar er zou meer energie kunnen worden gewonnen, Kasper gelooft. Hij hoopt dat de onderzoeksgroep op korte termijn een temperatuurstijging van minimaal 110 graden Celsius realiseert en denkt dat de technologie binnen 10 jaar commercieel kan worden toegepast.