Die Sonne ist unerschöpflich – aber als Energiequelle auch unpraktisch: Mal ist sie da, mal ist sie weg, und nie, wie es passt. Die Speicher, die das überbrücken könnten, haben allesamt erhebliche Nachteile. Nun haben Fachleute eine neue und überraschende Lösung entwickelt, die diese Lücke für Heizungen füllen könnte: einen langfristigen Wärmespeicher, der nicht heiß wird und womöglich über Rohrleitungen verteilt werden kann. Ein Team um Grace Han von der University of California in Santa Barbara hat eine Gruppe von Molekülen entwickelt, die Sonnenstrahlung aufnehmen, beliebig lange speichern und auf ein Signal hin enorme Mengen Wärme abgeben. Wie die Arbeitsgruppe in der Fachzeitschrift »Science« berichtet, bringt der Stoff Wasser in unter einer Sekunde zum Kochen.

Die Wärme ist in der chemischen Struktur der ringförmigen Moleküle gespeichert und nicht in ihrer Temperatur. Deswegen fließt sie nicht in die Umwelt ab wie bei konventionellen heißen Wärmespeichern, und man kann die Moleküle ohne Isolierung lagern und transportieren. Hinter dieser Besonderheit steckt eine chemische Reaktion, die von UV-Licht angetrieben wird. Bei der sogenannten Dewar-Umlagerung sortiert Strahlung die Bindungen eines aromatischen Moleküls so um, dass aus dem stabilen, energiearmen Benzolring eine Struktur aus stark gespannten, sehr energiereichen Ringen entsteht. Auf ein geeignetes Signal hin, zum Beispiel wenn die Umgebung sauer ist, wird dieses wieder zum ursprünglichen Molekül und setzt die gespeicherte Energie schlagartig als Wärme wieder frei.

Dieses Prinzip ist schon seit einer Weile als möglicher Energiespeicher im Gespräch. Bisher allerdings funktionierten die getesteten Moleküle schlecht. Das lag zum einen daran, dass viele dieser Moleküle sehr energiereiches UV-Licht brauchten, das überwiegend von der Ozonschicht aus dem Sonnenlicht herausgefiltert wird. Zum anderen sind hohe Energiedichten und gute chemische Eigenschaften wie Stabilität oder Absorption bei bestimmten Wellenlängen schwer gleichzeitig zu erreichen. Man benötigt dazu einerseits sehr kleine und leichte Moleküle, andererseits aber auch gezielte chemische Veränderungen und Anbauten, die wiederum die Molekülmasse erhöhen. Und schließlich gibt es bei chemischen Reaktionen und sehr energiereichen Molekülen fast immer unerwünschte Nebenreaktionen, die das Ergebnis verschlechtern.

Die Arbeitsgruppe um Han untersuchte eine Gruppe stickstoffhaltiger aromatischer Ringmoleküle, die Pyrimidone. Eines dieser Moleküle erwies sich dabei als sehr stabil und es absorbierte deutlich energieärmeres UV-Licht an der Grenze zum sichtbaren Spektrum, von dem viel mehr auf der Erde ankommt. Vor allem aber speichert es enorm viel Energie: 1650 Kilojoule pro Kilogramm. Das entspricht grob dem doppelten Energiegehalt eines handelsüblichen Lithium-Ionen-Akkus.

Die Pyrimidone sind wasserlöslich, sodass man sie ohne potenziell umweltschädliche Lösungsmittel nutzen kann. Die Fachleute bauten zusätzlich ein chemisch verwandtes Molekül, das flüssig ist und so theoretisch durch Rohre gepumpt werden kann, analog zu einem Fernwärmenetz. Allerdings brauchen die entwickelten Moleküle noch sehr lange zum Laden und nutzen dazu nur wenige Prozent des auf der Erde ankommenden Sonnenlichts. Außerdem muss man derzeit Säure zusetzen, damit sie ihre Energie freisetzen. Dadurch kann man sie nicht lange im Kreislauf führen, ohne sie zu reinigen. Entsprechend ist noch weitere Entwicklungsarbeit nötig, bis die molekularen Wärmespeicher in der Technik zum Einsatz kommen können.