Zonne-energie is altijd beschouwd als een van de beste alternatieven voor fossiele brandstoffen. De opslag van opgewekte zonne-energie – om deze wanneer nodig te gebruiken – vormt echter nog steeds een probleem. Wetenschappers van de Chalmers University of Technology hebben een energiesysteem ontwikkeld dat zonne-energie kan opwekken en opslaan. Zo kun je de deze gaan gebruiken op de momenten dat het jou uitkomt.
Het systeem bouwt voort op jaren van onderzoek, waarbij eerder zogenoemde Molecular Solar Thermal Energy Storage Systems (MOST) werden ontwikkeld. Samen met de Shanghai Jiao Tong University ontwikkelden ze een thermo-elektrische generator.
Met deze chip kon met MOST een stap voorwaarts gezet worden. “De chip is heel dun en gevoelig. Hij kan een heel kleine temperatuurverandering detecteren. De generator vangt de warmte op die vrijkomt uit de moleculen, waardoor elektriciteit wordt opgewekt”, vertelt Dr. Zhihang Wang aan Innovation Origins.
Wang maakt deel uit van het onderzoeksteam van de Chalmers University of Technology. Het concept van Chalmers heeft al in een vroeg stadium wereldwijd veel belangstelling gewekt. Na de recente doorbraak is het een van de meest veelbelovende technologieën, met potentiële toepassingen in zelfopladende elektronica en verwarming van gebouwen. Het systeem werkt als een energiekringloop en het is emissievrij.
Gesloten en hernieuwbaar energiesysteem
MOST is een gesloten energiesysteem dat gebaseerd is op een molecule die van vorm verandert wanneer deze in contact komt met zonlicht en zo een energierijke isomeer wordt; een verbinding met dezelfde moleculaire formule, maar waarvan de atomen op andere manieren zijn gerangschikt. Door deze andere indeling kunnen de moleculen energie opslaan.
Het isomeer kan in vloeibare vorm worden bewaard. Bovendien kan de energie tot 18 jaar lang bij kamertemperatuur worden opgeslagen. Zodra de energie vrijkomt, keert het molecuul terug naar zijn oorspronkelijke opbouw, klaar om opnieuw te worden gebruikt. “Daarom zeggen we dat het een gesloten lus is. Het is als een innovatieve batterij, die je idealiter steeds opnieuw kunt opladen en ontladen”, voegt Wang eraan toe.
Energie op afroep
De molecule bestaat in twee vormen: vast en vloeibaar. In vaste vorm lijkt het op poeder. Het zou bijvoorbeeld als een film op ramen kunnen worden aangebracht. In vloeibare vorm is het beter om het molecuul bij lage temperaturen op te slaan.
“Een molecuul kan bijvoorbeeld een jaar lang energie opslaan bij kamertemperatuur. Maar het houdt het slechts een dag vol als we de temperatuur verhogen tot 80° of 100°.”
Een dergelijk principe kan worden verklaard door de thermodynamische effecten. Een energieontlading vindt sneller plaats naar mate de temperatuur hoger is.
“Zo werkt ons systeem. Het kan energie opslaan op plaatsen waar niet het hele jaar door veel zonlicht is, zoals in Noord-Zweden,” legt Wang uit. In zekere zin is het alsof het materiaal wordt ingevroren, zodat het zijn eigenschappen onaangetast kan behouden. Wanneer er energie nodig is, kan het geladen molecuul op afroep weer worden geactiveerd, waarbij tegelijkertijd warmte vrijkomt.
Een oplossing voor de energiecrisis
“Het zonnespectrum is zeer breed. Onze molecule kan werken tot in het ultraviolet (UV) en een deel van het zichtbare licht. We willen er zeker van zijn dat het met alle zonnestralen werkt.” Om dat te doen is verdere pntwikkeling nodig, om het molecuul te optimaliseren en het meer energie te laten opslaan, zodat alle mogelijkheden van de zon worden benut.
“We zullen in deze richting blijven werken, aangezien het probleem van de energieprijzen tegenwoordig nijpend is. Het concept is veelbelovend en we willen het blijven perfectioneren”, aldus Wang.
Zelfwarmende kleding
Het feit dat de MOST-chip superdun is, maakt het mogelijk om hem in te bouwen in koptelefoons, wearables en telefoons. Bovendien is er nog een andere toepassing waar de moleculen voor gebruikt zouden kunnen worden, meent Wang. “Het inweven van moleculen in de stof van kleding is een ander idee. Op die manier zou je je kleding overdag kunnen ‘opladen’ en ‘s nachts de opgeslagen warmte kunnen gebruiken.” Of het nu is als een film om onze telefoons te bedekken of als een molecuul in onze jas, de moleculen van Chalmers banen de weg naar een slimmere manier om zonne-energie te gebruiken.
