Die Energiewende braucht Speicher – nicht nur für Strom, sondern auch für Wärme. Während Lithium-Ionen-Batterien derzeit den Markt dominieren, arbeiten Forschungsteams an einem grundlegend anderen Konzept: Sonnenenergie soll direkt in Molekülen gespeichert werden.
Der Ansatz firmiert unter dem Begriff "Molecular Solar Thermal", kurz MOST. Dabei wird Lichtenergie in eine chemische Strukturänderung überführt und bei Bedarf wieder als Wärme freigesetzt. Die Technologie könnte ein grundsätzliches Problem der Energiewende lösen.
Moleküle verändern ihre Struktur
Im Kern stehen maßgeschneiderte organische Moleküle, die bei Sonneneinstrahlung ihre Struktur verändern. Sie wechseln in einen energiereicheren Zustand und speichern die aufgenommene Energie in ihren chemischen Bindungen.
Wird der Prozess etwa durch einen Katalysator oder gezielte Wärmezufuhr ausgelöst, springen die Moleküle in ihre ursprüngliche Form zurück – und geben die gespeicherte Energie als Wärme ab. Der Prozess ist reversibel und kann viele Male wiederholt werden.
Energie über Monate stabil
Forschungsergebnisse, über die unter anderem die Fachzeitschrift "Chemical & Engineering News" der American Chemical Society berichtet, zeigen, dass solche Systeme beachtliche Energiedichten erreichen können. In einzelnen Laborstudien lagen die theoretischen Speicherkapazitäten pro Kilogramm über denen klassischer Lithium-Ionen-Batterien.
Zudem können einige Moleküldesigns die Energie über Monate oder sogar Jahre stabil halten, ohne dass sie nennenswert verloren geht. Für die saisonale Speicherung von Solarenergie wäre das ein entscheidender Vorteil.
Effiziente thermische Speicher
Ein weiterer Pluspunkt liegt in der direkten Wärmenutzung. Anders als bei Photovoltaik mit nachgeschalteter Batterie entfällt der Umweg über Strom. Die gespeicherte Energie wird als Wärme frei – ein Format, das für Gebäudeheizungen, Warmwasserbereitung oder industrielle Prozesswärme unmittelbar nutzbar ist.
Gerade im kommunalen Umfeld, in dem Wärmenetze eine zentrale Rolle spielen, könnte das perspektivisch interessant sein. Institutionen, wie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), betonen seit Jahren die Bedeutung effizienter thermischer Speicher für die Dekarbonisierung des Wärmesektors.
Von industriellen Modulen noch entfernt
Allerdings befindet sich die molekulare Solarbatterie noch klar im Forschungsstadium. Die bislang publizierten Ergebnisse stammen aus Laborexperimenten mit kleinen Stoffmengen und unter kontrollierten Bedingungen. Der Nachweis, dass sich mit den gespeicherten Energiemengen Wasser erhitzen oder sogar zum Sieden bringen lässt, gilt als wichtiger Machbarkeitsbeweis. Von industriell einsetzbaren Speichermodulen ist man jedoch noch entfernt.
Eine zentrale Hürde ist die Systemintegration. Damit aus einem lichtaktiven Molekül ein marktfähiger Energiespeicher wird, braucht es stabile Trägermedien, geeignete Reaktorsysteme und langlebige Katalysatoren für die kontrollierte Energiefreisetzung.
Auch die Frage der Skalierung ist offen: Wie lassen sich große Mengen des Speichermediums kosteneffizient herstellen? Wie verhalten sich die Stoffe bei jahrelanger zyklischer Belastung? Materialstabilität und Alterungsprozesse sind noch nicht ausreichend untersucht.
Effizienzverluste noch ungeklärt
Hinzu kommt die Effizienzfrage. Zwar können einzelne Moleküle hohe Energiemengen aufnehmen, doch das Gesamtsystem muss auch optisch effizient sein, also möglichst viel Sonnenlicht absorbieren.
Verluste durch unvollständige Umwandlung oder Wärmeabgabe während der Speicherung mindern den realen Wirkungsgrad. Für einen wirtschaftlichen Einsatz im Gebäudebereich oder in Wärmenetzen müssten die Systeme dauerhaft zuverlässig und konkurrenzfähig zu etablierten Lösungen arbeiten.
Dennoch eröffnet der Ansatz eine interessante Perspektive für die kommunale Energiewirtschaft. Wenn es gelingt, langlebige, sichere und kostengünstige Molekülsysteme zu entwickeln, könnten sie als dezentrale Wärmespeicher in Quartieren, in Kombination mit Solarthermie oder als Ergänzung zu bestehenden Wärmenetzen eingesetzt werden.
Die Idee, Sonnenenergie direkt im Molekül zu "parken", zeigt, wie breit das Innovationsspektrum im Bereich Energiespeicher inzwischen ist – und dass neben Batterien auch chemische Konzepte das Potenzial haben, die Wärmewende voranzubringen.
