Zonne-energie, een onuitputtelijke energiebron, heeft een revolutie teweeggebracht in de manier waarop we elektriciteit produceren. De wisselvalligheid ervan als gevolg van klimatologische factoren heeft echter de behoefte aan efficiënte opslagsystemen vergroot. Accu’s zijn een belangrijke oplossing voor deze uitdaging geworden, omdat ze het mogelijk maken om overtollige zonne-energie die tijdens zonuren wordt gegenereerd, op te slaan en te gebruiken wanneer dat nodig is.
Door middel van elektrochemische processen zetten batterijen elektrische energie om in chemische energie en omgekeerd, waardoor een energiereserve ontstaat die een continue en stabiele toevoer garandeert, zelfs bij afwezigheid van zonnestraling. Er is echter een andere manier om deze energie op te slaan waarvoor geen batterijen nodig zijn. MOST (Molecular Solar Thermal Storage) energieopslag is een innovatieve technologie die een revolutie teweeg wil brengen in de manier waarop we zonne-energie opslaan.
Hoe werkt MOST?
In essentie gebruikt de MOST technologie speciaal ontworpen moleculen om de energie van de zon op te vangen en op te slaan in de vorm van chemische bindingen. Wanneer deze moleculen zonlicht absorberen, veranderen ze hun structuur naar een hogere energietoestand. Deze toestand kan lange tijd worden gehandhaafd, waardoor de opgevangen zonne-energie kan worden opgeslagen.
Wanneer de opgeslagen energie nodig is, kunnen deze moleculen worden gestimuleerd om het proces om te keren en de energie vrij te geven in de vorm van warmte. Deze warmte kan worden gebruikt voor verschillende toepassingen, zoals verwarming, elektriciteitsopwekking of industriële processen.
De voordelen van dit type opslag zijn onder andere:
- Hoge energiedichtheid. MOST-moleculen kunnen grote hoeveelheden energie opslaan in een relatief klein volume.
- Lange opslagduur. Energie kan weken of zelfs maanden worden opgeslagen.
- Flexibiliteit. De opgeslagen energie kan gecontroleerd worden vrijgegeven op het moment dat het nodig is.
- Duurzaamheid. Het maakt gebruik van organische materialen en produceert geen vervuilende uitstoot.
De MOST-technologie biedt een oplossing voor de uitdagingen die zich voordoen bij de opslag van hernieuwbare energie. Door zonne-energie langdurig op te slaan, helpt MOST het elektriciteitsnet te stabiliseren en de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen.
Potentiële toepassingen zijn onder andere verwarming en koeling, het leveren van warmte of koeling in huizen en gebouwen. Ze kunnen ook elektriciteit opwekken in combinatie met thermische energieopwekkingssystemen. Ze zijn toepasbaar in industriële processen, waarbij warmte wordt geleverd voor industriële processen met hoge temperaturen en, tot slot, voor transport, waarbij elektrische voertuigen worden aangedreven.
Huidige status van MOST technologie
Hoewel de MOST-technologie nog in ontwikkeling is, is er de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang geboekt. Verschillende onderzoeksteams over de hele wereld werken aan het optimaliseren van de moleculen en het bouwen van prototypes die op grotere schaal kunnen worden gebruikt.
Zo ontwikkelt een Duits onderzoeksteam onder leiding van de Goethe Universiteit Frankfurt een innovatief systeem voor MOST-opslag van zonne-energie als onderdeel van het ambitieuze onderzoeksproject Formost, dat loopt van 2023 tot 2027. Het is een interdisciplinaire samenwerking waarbij verschillende gerenommeerde instellingen in Duitsland betrokken zijn, waaronder de universiteiten van Tübingen, Giessen, Heidelberg en Erlangen, evenals de Goethe-Universiteit Frankfurt.
Dit gezamenlijke werk combineert expertise op het gebied van chemie, natuurkunde en technologie om de uitdagingen van de opslag van hernieuwbare energie aan te pakken. Het doel is om de moleculaire mechanismen te begrijpen die de opslag en vrijgave van zonne-energie met behulp van specifieke moleculen mogelijk maken.
Deze benadering richt zich op het ontwerp en de modificatie van lichtgevoelige verbindingen die licht kunnen absorberen, kunnen transformeren in structuren met een hogere energie en deze energie vervolgens onder bepaalde omstandigheden kunnen vrijgeven.
Wetenschappers onderzoeken drie hoofdklassen van fotoswitches: norbornadieen, azaborines en azobenzenen. Volgens de Goethe Universiteit vertonen deze moleculen unieke eigenschappen: wanneer ze worden blootgesteld aan licht, ondergaan ze een overgang van hun grondtoestand naar een hogere energietoestand, wat gepaard gaat met veranderingen in hun moleculaire structuur en, in sommige gevallen, zichtbare veranderingen zoals een kleurverandering.
Projectdoelen en uitdagingen
De onderzoekers van Formost hebben ambitieuze doelen voor de komende jaren:
Optimalisatie van lichtabsorptie: Momenteel absorberen fotoswitches voornamelijk ultraviolet licht dat dicht bij het zichtbare spectrum ligt. Het team werkt aan het ontwerp van moleculen die in staat zijn om zichtbaar licht efficiënter op te vangen, wat hun toepasbaarheid in verschillende omstandigheden aanzienlijk zou kunnen vergroten.
Verhoogde opslagcapaciteit: Het begrijpen en verbeteren van de oplaadprocessen in deze moleculen is de sleutel tot het maximaliseren van hun vermogen om zonne-energie vast te houden.
Verhoogde duurzaamheid: Langdurige stabiliteit van de lichtgevoelige moleculen is essentieel om ervoor te zorgen dat dit systeem levensvatbaar is en kan concurreren met andere hernieuwbare technologieën.
